[发明专利]光固化3D打印氧化钇陶瓷型芯及其制备方法

说明书

一种光固化3D打印氧化钇陶瓷型芯的制备方法，通过将表面改性氧化钇粉和光固化树脂球磨混合后制成氧化钇陶瓷型芯料浆，通过对陶瓷型芯三维模型切片处理和设置打印路径，采用光固化3D打印机将氧化钇陶瓷型芯料浆进行3D打印获得陶瓷型芯素坯，再经固化烧结得到氧化钇陶瓷型芯；本发明通过溶液法在电熔氧化钇表面包覆了氧化锆，有利于获得流动性能较好且粘度可控的氧化钇料浆；通过光固化3D打印工艺获得结构复杂的氧化钇陶瓷型芯素坯；通过对氧化钇陶瓷型芯素坯的高温烧结，使得氧化钇粉表面包覆的氧化锆与氧化钇发生晶格固溶，从而进一步提高氧化钇陶瓷型芯的高温强度。

技术领域

本发明涉及的是一种陶瓷型芯领域的技术，具体是一种光固化3D打印氧化钇陶瓷型芯及其制备方法。

背景技术

比现有的镍基高温合金更耐温的铌硅合金是未来航空发动机涡轮叶片的主要候选材料之一，而铌硅合金涡轮叶片仍具有空心结构，并需要通过定向凝固技术成型，因此形成叶片空心结构的陶瓷型芯仍必不可少。目前常用的氧化硅基和氧化铝基陶瓷型芯的耐火度不足，且易与铌硅合金熔体发生界面反应，因此并不适用于铌硅合金空心涡轮叶片的制造。氧化钇陶瓷材料具有耐火度高、不易与铌硅合金发生高温反应的优点，因此可以用于铌硅合金空心涡轮叶片的定向凝固成型，然而现有氧化钇陶瓷型芯多采用热压注工艺制备，该成型方式的缺点在于开模成本极高，并且针对某些存在内部结构型芯的铸件制造时，只能牺牲产品的力学性能，选择分段制造的方式来制造，不能完全满足未来航空发动机用铌硅合金空心涡轮叶片的制造需求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种光固化3D打印氧化钇陶瓷型芯及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种光固化3D打印氧化钇陶瓷型芯的制备方法，通过将表面改性氧化钇粉和光固化树脂球磨混合后制作成氧化钇陶瓷型芯料浆，制作陶瓷型芯三维模型，并对型芯三维模型进行切片处理和3D打印路径编程，导入3D打印的格式文件后，采用光固化3D打印机对氧化钇陶瓷型芯料浆进行3D打印，获得陶瓷型芯素坯，再将陶瓷型芯素坯进一步固化、烧结，得到3D打印的氧化钇陶瓷型芯产品。

所述的表面改性氧化钇粉，通过向硝酸锆、氧氯化锆或醋酸锆的乙醇溶液中加入电熔氧化钇粉，经充分混合后得到分散液，经进一步加热得到。

所述的表面改性氧化钇粉，优选经烘干处理，温度为140-180℃，烘干时间为12-24h。

所述的电熔氧化钇粉占分散液的质量分数为10-30％；

所述的球磨混合，优选为将表面改性氧化钇粉和光固化树脂加入到行星式球磨机中，进行球磨共混30-60min。

所述的切片处理是指：通过计算机建立的陶瓷型芯的3D模型按层分解，将3D模型分解成一系列厚度为25-100μm的二维模型。

所述的陶瓷型芯素坯，优选进一步在无水乙醇中进行浸泡，以去除多余未固化树脂，浸泡时间为5-10min，浸泡次数为2-4次。

所述的固化是指：通过紫外固化箱中继续固化1-5h。

所述的烧结是指：将陶瓷型芯素坯置于陶瓷匣钵的轻质氧化镁粉中，在型芯烧结炉中进行烧结，随炉冷却至室温后出炉，即得到烧结的氧化钇陶瓷型芯。

所述的烧结，具体为：升温速度为30℃/h，在200℃、500℃、1000℃下各保温2h，然后升温至1500-1700℃下保温2h。

所述的电熔氧化钇粉的粒度为325-600目。

所述的硝酸锆、氧氯化锆、醋酸锆优选为化学纯试剂。

所述的光固化树脂包括：水性聚氨酯丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯中的任意一种，其粘度小于270CPS(30℃)。