阅读说明：本技术 一种3d打印陶瓷制备方法及其产品 (Preparation method of 3D printing ceramic and product thereof ) 是由 段帅帅 罗丽荣 田晓聪 靳洪允 侯书恩 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种3D打印陶瓷制备方法及其产品。本发明的一种3D打印陶瓷制备方法,包括如下步骤：S1：将陶瓷粉末加入到粘结剂和有机溶剂的混合溶液中搅拌均匀得浆料；S2：采用微流挤出成形设备将浆料挤出成型,得到陶瓷坯体,将打印出的陶瓷坯体立即浸入到无机溶液中快速成型,所述有机溶剂与所述无机溶液互溶；S3：待陶瓷坯体固化变硬后取出干燥；S4：去除粘结剂；S5：高温煅烧得到陶瓷。本发明提供的陶瓷浆料具有良好的流动性和稳定性,具有适当的固相含量,打印出的浆料具有优良的形状保持能力,煅烧制得的陶瓷坯体多孔且不易开裂；通过有机溶剂和陶瓷粉末的比例调控孔隙率大小,实现多级孔结构,可制备复杂几何形状的陶瓷零件。(The invention discloses a preparation method of 3D printing ceramic and a product thereof. The invention discloses a preparation method of 3D printing ceramic, which comprises the following steps: s1: adding ceramic powder into a mixed solution of a binder and an organic solvent, and uniformly stirring to obtain slurry; s2: extruding and molding the slurry by adopting microflow extrusion molding equipment to obtain a ceramic blank, immediately immersing the printed ceramic blank into an inorganic solution for rapid molding, wherein the organic solvent and the inorganic solution are mutually soluble; s3: taking out and drying the ceramic blank after the ceramic blank is cured and hardened; s4: removing the binder; s5: and (4) calcining at high temperature to obtain the ceramic. The ceramic slurry provided by the invention has good fluidity and stability, has proper solid content, has excellent shape retention capacity, and is porous and not easy to crack; the porosity is regulated and controlled by the proportion of the organic solvent and the ceramic powder, a hierarchical pore structure is realized, and ceramic parts with complex geometric shapes can be prepared.)

一种3D打印陶瓷制备方法及其产品

技术领域

本发明涉及陶瓷3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印陶瓷制备方法及其产品。

背景技术

陶瓷作为一种传统的无机非金属材料，具有强度高、耐蚀、耐磨和耐高温等优良性能，在生物医疗、电子、航空航天等各行各业得到了广泛的关注和应用。

增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，是目前比较热门的一项新型的、先进的材料成型技术，众多国内外研究机构和企业参与到这一技术的研发和创新之中。而陶瓷3D打印技术作为陶瓷材料和3D打印技术的结合体，使制造复杂形状陶瓷产品成为可能，并且具有成型速度快、成本低、成型精度高等优点。就陶瓷3D打印现状来看，目前陶瓷3D打印技术发展还不够成熟，还有许多问题有待解决，例如如何配置粘度、低流动性好、混合均匀的陶瓷浆料。在烧结过程，坯体中容易产生裂纹、变形、各向收缩率不同等缺陷，增加了烧结的难度。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种3D打印陶瓷制备方法及其产品。

本发明的一种3D打印陶瓷制备方法，包括如下步骤：

S1：将陶瓷粉末加入到粘结剂和有机溶剂的混合溶液中搅拌均匀得浆料；

S2：采用微流挤出成形设备将浆料挤出成型，得到陶瓷坯体，将打印出的陶瓷坯体立即浸入到无机溶液中快速成型，所述有机溶剂与所述无机溶液互溶；

S3：待陶瓷坯体固化***后取出干燥；

S4：将干燥后的陶瓷坯体在500～600℃温度下保温3h，以去除粘结剂；

S5：将S4得到的陶瓷坯体高温煅烧得到陶瓷制品。

进一步的，步骤S5中煅烧温度为1100～1500℃，升温速率为5～20℃/min，时间为2.5～6h。

进一步的，所述粘结剂、有机溶剂和陶瓷粉末的质量比为2.8～4.2:1:1。

进一步的，所述粘结剂包括聚醚砜和\或聚乙烯醇。

进一步的，所述有机溶剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种或多种。

进一步的，所述无机溶液包括去离子水或蒸馏水。

进一步的，所述陶瓷粉末包括ZrO₂、Al₂O₃、TiO₂和SiC中的一种或多种。

进一步的，所述陶瓷粉末的粒径为纳米级或亚微米级。

进一步的，步骤S3中干燥的温度为75～85℃，干燥时间为12～14h。

一种上述的方法制备的陶瓷。

本发明提供的陶瓷浆料具有良好的流动性和稳定性，具有适当的固相含量，打印出的浆料具有优良的形状保持能力，煅烧制得的陶瓷坯体多孔且不易开裂；一步成型、形状可控、工艺简单、成本低，而且成型精度高，通过有机溶剂和陶瓷粉末的比例调控孔隙率大小，实现多级孔结构，有机溶剂和陶瓷粉末的质量比越大，孔隙率越高，实现多级孔结构，陶瓷坯体中的有机溶剂与无机溶液互溶分离，同时陶瓷坯体中的聚合物粘结剂形成大分子凝胶，从而实现陶瓷坯体的快速固化成型，并且控制煅烧条件，使得陶瓷强度值变大，本发明制得的陶瓷的孔隙率均大于10％，强度均大于1500Mpa，可制备复杂几何形状的陶瓷零件。

附图说明

图1为本发明的一种3D打印陶瓷制备方法的流程图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

如图1所示，将3.34g聚醚砜缓慢加入到10.02g的N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中，并在磁力搅拌器在800r/min下70℃恒温搅拌处理1.5h至聚醚砜均匀溶解于溶剂之中得到预混液1。然后将10.00g陶瓷粉末加入到预混液1中得到预混液2，磁力搅拌器在恒温800r/min下65℃搅拌12h，得到均匀陶瓷浆料。然后采用微流挤出成形设备进行挤出成型，打印出陶瓷坯体1，将打印出的陶瓷坯体1立即缓慢浸入到去离子水中，静置12h至有机溶剂和水交换完成之后，坯体固化***得陶瓷坯体2。然后将所有陶瓷坯体2在75℃干燥12h。将干燥后的陶瓷坯体2在600℃保温3h去除粘结剂聚醚砜，然后1200℃高温煅烧5h，升温速率为10℃/min，得到陶瓷制品，孔隙率为13.2％，强度为1648Mpa。

实施例2

将3.33g聚乙二醇缓慢加入到10.10g的N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中，并在磁力搅拌器在800r/min下70℃恒温搅拌处理1.5h至聚醚砜均匀溶解于溶剂之中得到预混液1。然后将10.00g陶瓷粉末加入到预混液1中得到预混液2，磁力搅拌器在恒温800r/min下65℃搅拌12h，得到均匀陶瓷浆料。然后采用微流挤出成形设备进行挤出成型，打印出陶瓷坯体1，将打印出的陶瓷坯体1立即缓慢浸入到去离子水中，静置12h至有机溶剂和水交换完成之后，坯体固化***得陶瓷坯体2。然后将所有陶瓷坯体2在75℃干燥12h。将干燥后的陶瓷坯体2在550℃保温3h去除粘结剂聚乙二醇，1250℃高温煅烧3h，升温速率为10℃/min，得到陶瓷制品，孔隙率为12.5％，强度为1705Mpa。

实施例3

将4.10g聚醚砜缓慢加入到12.30g的二甲基甲酰胺溶剂中，并在磁力搅拌器在800r/min下70℃恒温搅拌处理1.5h至聚醚砜均匀溶解于溶剂之中得到预混液1。然后将12.00g陶瓷粉末加入到预混液1中得到预混液2，磁力搅拌器在恒温800r/min下65℃搅拌12h，得到均匀陶瓷浆料。然后采用微流挤出成形设备进行挤出成形，打印出陶瓷坯体1，将打印出的陶瓷坯体1立即缓慢浸入到去离子水中，静置12h至有机溶剂和水交换完成之后，坯体固化***得陶瓷坯体2。然后将所有陶瓷坯体2在75℃干燥12h。将干燥后的陶瓷坯体2在550℃保温3h去除粘结剂聚醚砜，1300℃高温煅烧3h，升温速率为12℃/min，得到陶瓷制品，孔隙率为11.3％，强度为1850Mpa。

实施例4

将5.05g聚醚砜缓慢加入到15.15g的二甲基甲酰胺溶剂中，并在磁力搅拌器在800r/min下70℃恒温搅拌处理1.5h至聚醚砜均匀溶解于溶剂之中得到预混液1。然后将15.05g陶瓷粉末加入到预混液1中得到预混液2，磁力搅拌器在恒温800r/min下65℃搅拌12h，得到均匀陶瓷浆料。然后采用微流挤出成形设备进行挤出成型，打印出陶瓷坯体1，将打印出的陶瓷坯体1立即缓慢浸入到去离子水中，静置12h至有机溶剂和水交换完成之后，坯体固化***得陶瓷坯体2。然后将所有陶瓷坯体2在75℃干燥12h。将干燥后的陶瓷坯体2在600℃保温3h去除粘结剂聚醚砜，1150℃高温煅烧6h，升温速率为5℃/min，得到陶瓷制品，孔隙率为15.2％，强度为1580Mpa。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。