[发明专利]一种浆料直写成型3D打印用陶瓷膏体的制备方法

说明书

本发明公开了一种浆料直写成型3D打印用陶瓷膏体的制备方法，步骤是：根据陶瓷的化学组成精确称量原料粉体、溶剂、分散剂，然后依次经过球磨混合、烘干、研磨、低温煅烧以及分级过筛步骤得到陶瓷前驱体粉体；按比例分别称量水溶性增稠剂与高纯去离子水，并进行充分搅拌混合均匀得到高分子凝胶体；按按比例分别称量陶瓷前驱体粉体和高分子凝胶体，并充分搅拌混合均匀，然后将混匀的陶瓷膏体置于离心真空搅拌机中进行真空脱泡处理，得到高致密的陶瓷膏体。本发明制备的陶瓷膏体具有极高的固含量和剪切变稀性能以及宽的粘弹性可控区间，显示出该陶瓷膏体具有良好的流变性能，制备步骤简单，条件可控，易于推广。

技术领域

本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体涉及一种浆料直写成型3D打印用陶瓷膏体的制备方法。

背景技术

3D打印作为一种新型的增材制造技术，由于其具有不依赖模具，可快速高效的制备结构复杂的异形器件，近些年来吸引了材料研究人员的积极兴趣，目前该技术已被广泛应用于医疗、航空航天、车辆制造、人工智能等领域。陶瓷3D打印工艺作为一种新的打印技术，根据其原理的不同可以划分众多分支，目前比较常见的有立体光固化成型(SLA)和浆料直写成型(DIW)两种技术。其中光固化成型技术主要是以陶瓷粉体和光敏树脂混合而成的光固化材料为打印原料，通过选择性激光扫描的方式对单层材料进行选择性固化，完成后重新涂覆材料然后再扫描固化，由此逐层累积得到所需要的三位模型，最后通过脱脂烧结得到最终陶瓷成品。但这种3D打印技术所用的光敏树脂一般具有一定的毒性，易造成环境污染，并且紫外光固化的过程较为缓慢，极大延长了陶瓷坯体的成型周期，同时烧结后容易引起坯体的较高收缩率，陶瓷结构容易遭到破坏。相较于此，浆料直写成型技术作为一种新型的无模成型技术，无需任何光照射也无需加热，在室温下通过简单的陶瓷原料就可以成型出三维复杂形状产品，因此近年来开始得到了积极关注。

浆料直写成型技术与其它无模成型方法相比优越性在于：首先，超细陶瓷粉体可以均匀稳定地分散在水基介质中，为获得高致密化地陶瓷烧结体奠定了基础；第二，粉体中的大颗粒团聚体可以通过研磨、过筛、过滤、重力沉降以及超声分散等手段消除，可有效避免大颗粒团聚体对陶瓷膏体性能的不利影响；第三，该技术可采用高固含量的陶瓷浆料(这里称之为陶瓷膏体)，有效避免了因干燥、烧结过程引发的显著变形和巨大体积收缩；第四，该技术可采用多喷嘴装置实现多功能复合材料的加工成型。

目前，DIW成型技术的难点依然在于合适陶瓷浆料的配制。基于环保以及经济等原因，水基陶瓷浆料成为材料研究人员在3D打印领域的主要研究对象。大量的实验研究结果表明可用于3D打印的陶瓷浆料通常需要满足以下两个重要的指标：(1)浆料要具有可以调控的粘弹性以保证其在喷嘴中可以顺利挤出，并且沉积到基板上保证即使是在下面无任何支撑的时候也能保持线条形状和一定的跨距；(2)浆料必须具有较高的固含量以减少因干燥和烧结导致的体积收缩现象。为了达到以上两个指标，陶瓷浆料体系需要经历一个由流体向凝胶的转变过程，最终陶瓷浆料形成具有高固含量、高假塑性特征的陶瓷膏体。

发明内容

本发明的目的是提供一种浆料直写成型3D打印用陶瓷膏体的制备方法，实现具有高固含量、高假塑性特征以及粘弹性可调的陶瓷膏体的制备。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种浆料直写成型3D打印用陶瓷膏体的制备方法，包括以下步骤：

S1、根据陶瓷的化学组成精确称量原料粉体、溶剂、分散剂，然后依次经过球磨混合、烘干、研磨、低温煅烧以及分级过筛步骤得到陶瓷前驱体粉体；

S2、按照一定的质量比分别称量水溶性增稠剂与高纯去离子水，并进行充分搅拌混合均匀得到高分子凝胶体；

S3、按照一定的质量比分别称量陶瓷前驱体粉体和高分子凝胶体，并充分搅拌混合均匀，然后将混匀的陶瓷膏体置于离心真空搅拌机中进行离心真空脱泡处理，得到高致密的陶瓷膏体。