一种陶瓷类产品的制造方法
阅读说明：本技术 一种陶瓷类产品的制造方法 (Method for manufacturing ceramic products ) 是由 杨小康 刘轶 张龙江 王敏 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种陶瓷类产品的制造方法,包括：将陶瓷粉末材料、增韧剂、增塑剂和分散增强剂按预设比例进行机械混合得到预制粉末；对混合好的预制粉末进行干燥处理；将干燥后的预制粉末利用3DP打印机进行陶瓷模壳打印成型；对成型的陶瓷型壳固化后进行清粉处理；将清理完毕的陶瓷型壳放入无机粘结剂中进行浸渗处理；对浸渗后的陶瓷型壳进行干燥处理；当陶瓷型壳上的无机粘结剂完全干燥固化后,放入烧结炉进行烧结。本方案能够解决目前的陶瓷材料较难应用于3D打印行业的问题。(The present application relates to a method for manufacturing a ceramic product, comprising: mechanically mixing a ceramic powder material, a toughening agent, a plasticizer and a dispersion reinforcing agent according to a preset proportion to obtain prefabricated powder; drying the mixed prefabricated powder; printing and molding the ceramic mould shell by using a 3DP printer on the dried prefabricated powder; carrying out powder cleaning treatment on the formed ceramic shell after solidification; putting the cleaned ceramic shell into an inorganic binder for infiltration treatment; drying the ceramic shell after infiltration; and after the inorganic binder on the ceramic shell is completely dried and solidified, putting the ceramic shell into a sintering furnace for sintering. The problem that the present ceramic material is difficult to be applied to the 3D printing industry can be solved.)
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种陶瓷类产品的制造方法。
背景技术
陶瓷材料具有高硬度、高强度、化学稳定性好和耐高温等特点，广泛应用于机械、电子、半导体和航空航天等领域。但是，陶瓷材料的高硬度和高强度的特点也使其难以成型和加工，用在铸造的陶瓷型壳其传统制作方法过程工艺复杂、材料多且综合性能较差、生产场地大、生产效率低、型壳强度较低、制造周期长、自动化程度低、产品散热慢、内部缺陷大、不能大规模生产等诸多缺陷限制了其广泛应用。
现有的三维打印主要以陶粒砂、硅砂、热法再生砂以及石膏粉等为粉末材料，所用粘结剂主要以呋喃树脂、酚醛树脂、脲烷树脂等有机树脂为主，但是，采用上述粉末材料及树脂所成型的产品无法在高温焙烧的陶瓷材料领域应用；而且目前可用于陶瓷材料打印的粘结剂种类少，并且无机盐类粘结剂存在固化周期长，打印过程容易堵塞打印头，成型产品烧结过程中存在变形、开裂、致密度低等问题。因此开发一种应用于陶瓷材料的3D打印工艺方案成为本领域中亟需解决的技术问题。
发明内容
基于此，有必要针对目前的陶瓷材料较难应用于3D打印行业的问题，提供一种陶瓷类产品的制造方法。
为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
本发明实施例公开一种陶瓷类产品的制造方法，包括：
将陶瓷粉末材料、增韧剂、增塑剂和分散增强剂按预设比例进行机械混合得到预制粉末；
对混合好的预制粉末进行干燥处理；
将干燥后的预制粉末利用3DP打印机进行陶瓷模壳打印成型；
对成型的陶瓷型壳固化后进行清粉处理；
将清理完毕的陶瓷型壳放入无机粘结剂中进行浸渗处理；
对浸渗后的陶瓷型壳进行干燥处理；
当陶瓷型壳上的无机粘结剂完全干燥固化后，放入烧结炉进行烧结。
在其中一种实施例中，所述将陶瓷粉末材料、增韧剂、增塑剂和分散增强剂按预设比例进行机械混合得到预制粉末具体包括：取如下配比的物料：陶瓷粉末材料81％～98％、增韧剂1％～6％、增塑剂0.2％～3％和分散增强剂2％～4％进行机械混合得到预制粉末。
在其中一种实施例中，所述增韧剂包括500～2000目的碳纤维、纳米二氧化硅、纳米黏土以及80-5000目的玻璃纤维中的一种或多种。
在其中一种实施例中，所述增塑剂为300～600目的氧化锌粉或硬脂酸锌。
在其中一种实施例中，所述分散增强剂包括300～600目的炭黑、硅微粉、纳米二氧化钛以及纳米二氧化硅中的一种或多种。
在其中一种实施例中，所述无机粘结剂包括硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐中的一种或者多种。
在其中一种实施例中，所述将清理完毕的陶瓷型壳放入无机粘结剂中进行浸渗处理具体包括：
当清理完毕的陶瓷型壳的壁厚大于50mm时，将所述陶瓷型壳放入无机粘结剂中浸渗5-40min；
当清理完毕的陶瓷型壳的壁厚大于1m时，进行涂刷渗透的方法，采用纤维毛刷反复涂刷5-10遍，保证无机粘结剂完全渗透；
在其中一种实施例中，所述将干燥后的预制粉末利用3DP打印机进行陶瓷模壳打印成型具体包括：3DP打印机通过预设打印参数对干燥后的预制粉末进行陶瓷模壳打印成型，所述预设打印参数包括层厚为0.10-0.3mm，分辨率为0.01-0.04mm，保证树脂加入量在1.0％-12.0％。
在其中一种实施例中，所述对浸渗后的陶瓷型壳进行干燥处理具体包括：将浸渗的陶瓷型壳放入鼓风干燥箱进行干燥处理，设置干燥温度为80-150℃，干燥时间为1-5h。
在其中一种实施例中，所述陶瓷粉末材料100-450目锆英粉、莫来石粉、石英石粉、白刚玉粉、70-450目硅砂、陶粒砂以及热发砂中的一种或多种。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本发明实施例公开的陶瓷类产品的制造方法中，通过一种具体的3D打印工艺方案，满足陶瓷高温焙烧的工艺需求，实现了陶瓷产品可以通过3D打印方式直接打印，减少了开模造浆等生产流程。相比于目前的陶瓷产品的制造方法，本发明公开实施例可以通过3D打印方式实现对陶瓷类产品的制作，此种方式不仅能够节约生产成本，还能够降低陶瓷类产品的生产周期，以提高工作效率。
附图说明
无
具体实施方式
本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明实施例公开一种陶瓷类产品的制造方法，所公开的制造方法包括：
S100、将陶瓷粉末材料、增韧剂、增塑剂和分散增强剂按预设比例进行机械混合得到预制粉末。
S200、对混合好的预制粉末进行干燥处理；具体地，将混合好的预制粉末在90-120℃的干燥装置中进行干燥处理1-3h，以便于之后的打印处理。
S300、将干燥后的预制粉末利用3DP打印机进行陶瓷模壳打印成型。
S400、对成型的陶瓷型壳固化后进行清粉处理，从而保证陶瓷型壳以外所有粘附的粉末能够被清楚，以保证成型后的陶瓷型壳的外观质量。
S500、将清理完毕的陶瓷型壳放入无机粘结剂中进行浸渗处理，对陶瓷型壳的浸渗时间可以根据陶瓷型壳的壁厚的增加而增加。
S600、对浸渗后的陶瓷型壳进行干燥处理。
S700、当陶瓷型壳上的无机粘结剂完全干燥固化后，放入烧结炉进行烧结。具体地，当无机粘结剂完全干燥固化后，将陶瓷型壳放入烧结炉中，并在1000-1700℃中烧结2-5小时，升温速率可以为5～20℃/min，从而保证陶瓷型壳的打印质量。
通过上文可知，本发明实施例公开的陶瓷类产品的制造方法中，通过一种具体的3D打印工艺方案，满足陶瓷高温焙烧的工艺需求，实现了陶瓷产品可以通过3D打印方式直接打印，减少了开模造浆等生产流程。相比于目前的陶瓷产品的制造方法，本发明公开实施例可以通过3D打印方式实现对陶瓷类产品的制作，此种方式不仅能够节约生产成本，还能够降低陶瓷类产品的生产周期，以提高工作效率。
本发明公开的实施例中，步骤S100具体可以包括：可以取如下配比的物料：陶瓷粉末材料81％～98％、增韧剂1％～6％、增塑剂0.2％～3％和分散增强剂2％～4％进行机械混合得到预制粉末。此种陶瓷粉末可以在现以呋喃树脂为粘结剂的情况下，砂型烘焙不会溃散、力学性能更好；所述陶瓷粉末中的釉粉使得焙烧后的产品更致密、表面更光滑、缺陷更少、扩展了焙烧的温度范围、实现了陶瓷粉末产品脱脂瓷化；所述高折射率氧化物使得焙烧后的产品更具光泽。
本发明实施例公开的制造方式可以适用于精密铸造陶瓷型壳(芯)、高温合金铸造陶瓷型壳(芯)、钛合金铸造陶瓷型壳(芯)、特种陶瓷零件的成型及烧结工艺的陶瓷产品的生产。
进一步地，增韧剂可以包括500～2000目的碳纤维、纳米二氧化硅、纳米黏土以及80-5000目的玻璃纤维中的一种或多种。
进一步地，增塑剂可以为300～600目的氧化锌粉或硬脂酸锌。
进一步地，分散增强剂可以包括300～600目的炭黑、硅微粉、纳米二氧化钛以及纳米二氧化硅中的一种或多种。
本发明公开的实施例中，无机粘结剂可以包括硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐中的一种或者多种。
进一步地，步骤S500具体可以包括：
当清理完毕的陶瓷型壳的壁厚大于50mm时，将所述陶瓷型壳放入无机粘结剂中浸渗5-40min；
当清理完毕的陶瓷型壳的壁厚大于1m时，进行涂刷渗透的方法，采用纤维毛刷反复涂刷5-10遍，保证无机粘结剂完全渗透。此种情况下，对于陶瓷型壳的浸渗时间根据陶瓷型壳壁厚的增加而增加，从而保证陶瓷型壳的浸渗效果。
本发明公开的实施例中，步骤S300具体可以包括：3DP打印机可以通过预设打印参数对干燥后的预制粉末进行陶瓷模壳打印成型，所述预设打印参数可以包括层厚为0.10-0.3mm，分辨率为0.01-0.04mm，保证树脂加入量在1.0％-12.0％。通过此种方式能够更好的保证所打印的陶瓷类产品的质量。
本发明实施例中，步骤S600具体可以包括：将浸渗的陶瓷型壳可以放入鼓风干燥箱进行干燥处理，在干燥过程中，设置干燥温度为80-150℃，干燥时间为1-5h。此种方式操作方便，而且使得陶瓷型壳的干燥效果较好。当然，浸渗后的陶瓷型壳还可以通过其他方式进行干燥处理，本发明实施例对此不作限制。
在其中一种实施例中，所述陶瓷粉末材料100-450目锆英粉、莫来石粉、石英石粉、白刚玉粉、70-450目硅砂、陶粒砂以及热发砂中的一种或多种。
以下为通过具体实施例说明本发明所公开的陶瓷类产品的制作方法：
在一种具体的方案中，将氧化锆粉体材料95.7％、增韧剂玻璃纤维2％、增塑剂氧化锌粉0.3％和分散增强剂硅微粉2％依次加入到罐式混料机中，转速为250r/min，球磨1h；
将混合好的预制粉末120℃干燥处理3h；
将干燥的粉末混合0.2％呋喃树脂固化剂，层厚为0.24mm，分辨率为0.03mm，打印陶瓷产品，得到打印件抗拉强度为1.44MPa；
成型的陶瓷零件固化2小时后进行起模清粉；
将清理完毕的陶瓷零件放入硅酸盐无机粘结剂中进行浸渗10min；
将浸渗的陶瓷零件放入鼓风干燥箱，设置干燥温度为120℃，干燥3h后抗拉强度为2.57MPa；
当无机粘结剂完全干燥固化后，放入烧结炉1400℃烧结2小时。升温速率为15℃/min，烧结后其抗拉强度为5.81MPa。
在另一种具体的方案中，将氧化铝粉体材料94.5％、增韧剂玻璃纤维3％、增塑剂氧化锌粉0.5％和分散增强剂纳米二氧化钛2％依次加入到罐式混料机中，转速为300r/min，球磨1h；
将混合好的预制粉末120℃干燥处理3h；
将干燥的粉末混合0.26％呋喃树脂固化剂，层厚为0.2mm，分辨率为0.02mm，打印陶瓷产品，得到打印件抗拉强度为1.25MPa；
成型的陶瓷零件固化2.5小时后进行起模清粉；
将清理完毕的陶瓷零件放入硅酸盐无机粘结剂中进行浸渗15min；
将浸渗的陶瓷零件放入鼓风干燥箱，设置干燥温度为120℃，干燥3h后抗拉强度为2.21MPa；
当无机粘结剂完全干燥固化后，放入烧结炉1200℃烧结3小时。升温速率为20℃/min，烧结后其抗拉强度为5.28MPa。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。