[发明专利]粉末3D打印高强高韧性水泥基材料及其制备方法

权利要求书

1.一种粉末3D打印高强高韧性水泥基材料，其特征在于，所述水泥基材料的组成是：

磷酸镁粉末：MgO在800～1600℃煅烧45min，粒径小于150μm；粉煤灰粒径在100～150μm之间，密度大于2.8g/cm³；磷酸盐粒径小于150μm；石英砂及PVA粒径小于150μm；其中，氧化镁/磷酸盐的摩尔比=4/1～5/1；粉煤灰占氧化镁和磷酸盐总量的10～20%；石英砂占氧化镁和磷酸盐总量的15～20%；PVA占氧化镁和磷酸盐总量的3～5%；

增强增韧液体组分：蒸馏水、表面粘结剂、1,2丙二醇、聚丙烯酸酯乳液，增强增韧液体组分的表面张力为41.8～47.8mN/m、粘度为1.22～1.67mPa·s；

增强增韧粉末组分：包括增韧活性组分和分散剂，增韧活性组分选自纳米氧化物、多壁碳纳米管、纳米级纤维中的至少一种，增韧活性组分的掺量占磷酸镁粉末质量的0.1～0.5%；所述纳米氧化物外貌形状为球形、平均粒径100～150nm、比表面积10～20m²/g、密度5.88～5.91g/cm³、含量大于99%；多壁碳纳米管长度10～20μm、外径30～50nm、比表面积60m²/g、纯度大于95%；纳米级纤维直径为40～60 nm，长度5-10 μm；所述分散剂为分散剂IW；

磷酸镁粉末和增强增韧粉末组分构成MPC粉床，MPC粉床的孔隙率为15～55%；

打印试件在三个打印方向上3d抗压强度均在15MPa以上，且三个打印方向上3d抗折强度均在8MPa以上，三个方向的抗压强度相差在3MPa以内，三个方向的抗折强度相差在4MPa以内。

2.根据权利要求1所述的粉末3D打印高强高韧性水泥基材料，其特征在于，所述纳米氧化物选自于纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铁、纳米三氧化二铝、纳米二氧化锆。

3.根据权利要求1所述的粉末3D打印高强高韧性水泥基材料，其特征在于，所述纳米氧化物为掺杂水泥时，能与水泥能发生反应而降低孔隙率的非重金属氧化物；增韧活性组分和分散剂二者按照质量比1：1加入。

4.一种权利要求1-3任一所述的粉末3D打印高强高韧性水泥基材料的制备方法，其特征在于，该方法的步骤是：

1）将氧化镁和磷酸盐混合搅拌不少于1min，然后加入粉煤灰、石英砂及PVA并搅拌不少于3min，最后加入分散剂、增韧活性组分搅拌不少于3min，制备出均匀的粉末3D打印MPC粉末；

2）将增强增韧液体组分放入墨盒里，然后将墨盒超声2-5分钟，打开软件进行喷墨校准，然后将混合好的MPC粉末倒入储料筒之内，之后进行Z轴校准，设置铺粉速度30～45mm/s、振动速度20～40mm/s，设置每层打印厚度为0.15 mm，文件自动导入完成后，打印机自行开始打印，打印完成，静止5-10min后即能去粉取试件。