一種超微珠成型的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種超微珠成型的制備方法，該方法是將陶瓷墨水過濾，灌注到儲液瓶中，將儲液瓶置于噴墨打印機中，利用壓電效應和氣壓控制，將陶瓷墨水打印在絲狀電極上，繼而形成超微珠，并且形成的超微珠尺寸可控，多在35μm-150μm之間，并具有極好的一致性和穩定性。
【專利說明】一種超微珠成型的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超微珠成型的制備方法，尤其是涉及陶瓷墨水材料體系的超微珠成型噴墨打印方法。
【背景技術】
[0002]噴墨打印技術是20世紀70年代末開發成功的一種非接觸式的數字印刷技術。是指將陶瓷墨水通過打印頭的噴嘴噴射到各種介質表面上，如陶瓷釉磚、亞克力、木材、紙張等，本專利是將其噴射到絲狀電極上，從而實現了一種非接觸、高速度、低噪音的新型材料制備方法。
[0003]在噴墨打印技術的基礎上，將所需的陶瓷粉體制備成墨水，通過計算機控制，利用特制的按需型噴墨打印機可以將配制好的陶瓷墨水直接打印在絲狀電極上。這種噴墨打印方法與現有的微珠制備工藝相比具有以下優點:&利用噴墨打印制備的微珠，和傳統的手工點珠相比，其均勻性和一致性都顯著提高，并且尺寸可精確控制，大幅提高了成品率;(2)噴墨打印過程完全由計算機控制，數字化程度高。生產過程中可以根據具體的要求任意改變參數，使噴打出的陶瓷墨滴符合其各個要求，并且微珠成型的可重復性也顯著提高;(3)非接觸式，可在多種介質表面實現噴打。
[0004]陶瓷噴墨打印成型技術作為一種全新的陶瓷成型方法，是現代計算機技術和納米陶瓷粉體懸浮液制備技術結合的產物，具有快速、成本低、自動化程度高、應用廣泛，可制備多種復雜圖案元件等優點，是傳統陶瓷制備工藝無可比擬的。但是和發達國家相比，我國的噴墨打印技術還處于起步階段，仍存在很多關鍵性的技術問題亟待解決。相信今后會受到越來越多科研工作者的關注，噴墨打印技術也會成為陶瓷材料制備領域的一個新的研究熱點。
[0005]本發明所述的超微珠成型制備方法就是利用較為先進的噴墨打印技術，先將市售的陶瓷墨水過濾，再灌注到儲液瓶中，將儲液瓶置于噴墨打印機中，利用壓電效應和氣壓控制，將陶瓷墨水打印在絲狀電極上，繼而形成超微珠，并且形成的超微珠尺寸可控，多在35 μ m-150 μ m之間，并具有極好的一致性和穩定性。
【發明內容】
[0006]本發明目的在于，提供一種超微珠的成型制備方法，該方法是將配制好的陶瓷墨水過濾，灌注到儲液瓶中，將儲液瓶置于噴墨打印機中，利用壓電效應和氣壓控制，將陶瓷墨水打印在絲狀電極上，繼而形成超微珠，并且形成的超微珠尺寸可控，多在35 μ m-150 μ m之間，并具有極好的一致性和穩定性。
[0007]本發明所述的一種超微珠成型的制備方法，該方法中所涉及的噴墨打印機是由儲液瓶(I)、導管(2)、壓電式噴頭(3)、二維微位移調節臺(4)、電控制器(5)、氣控制器(6)、微噴觀測高倍鏡頭(7)、機械泵(8)組成，具體操作按下列步驟進行: a、陶瓷墨水的選擇:噴墨打印的陶瓷墨水粘度在2-35cP，表面張力為35-75dyn/cm，陶瓷顆粒的粒徑為20-500nm，zeta電位絕對值在30_120mv ；
b、噴墨打印系統調試:將步驟a中的陶瓷墨水進行過濾，加入到儲液瓶(I)中，通過導管(2 )陶瓷墨水進入壓電式噴頭(3 )，調節壓電式噴頭3、電控制器(5 )和氣控制器(6 )，設定電壓-120-120V，信號頻率0.2-20KHz，墨滴速度0.2_25m/s ；
C、微珠成型:通過調節電控制器(5)和氣控制器(6)，將陶瓷墨水通過壓電式噴頭(3)噴打在置于二維微位移調節臺(4)上的絲狀電極上，即可形成尺寸為35 μ m-150 μ m的微珠。
[0008]步驟c中絲狀電極為鉬金絲、鉬銥絲、碳纖維、銀絲或銅絲。
[0009]本發明提供的一種噴墨打印系統主要是按需型噴墨打印機，是由儲液瓶(I)、導管
(2)、壓電式噴頭(3)、二維微位移調節臺(4)、電控制器(5)、氣控制器(6)、微噴觀測高倍鏡頭(7 )和機械泵(8 )組成。其中通過選擇合適型號(MJ-A系列、DIMATIX_SPECTRA系列、XAAR系列、SEIKO系列、K0NICA_MIN0LTA系列、EPSON系列)的壓電式噴頭可噴打出各種顏色、各種組成成分的陶瓷墨水；通過調節噴頭電控制器和氣控制器可精確控制滴出陶瓷墨水墨滴的形狀與尺寸大小；通過調節二維微位移調節臺可精確控制絲狀電極的走位，使陶瓷墨水墨滴精確打印到絲狀電極上；通過微噴觀測高倍鏡頭可捕捉到墨點從噴孔處墨到形成一個理想墨滴微珠的全部過程，并進行實時分析。
[0010]本發明所述的一種超微珠的成型制備方法，該方法中所述的陶瓷墨水，為市售產品，根據陶瓷墨水顏料顏色的不同，其陶瓷粉體的組成也不同，多為過渡金屬氧化物，如Fe2O3、TiO2> BaTiO3、CoFe2O4、ZrO2、Cr2O3 等；
其中噴墨打印系統的調試:通過分析微噴觀測高倍鏡頭捕捉到的墨滴的飛行狀態和微珠成型過程，判斷調整控制噴頭的電壓和氣壓，通過反復測試，找到最適合墨水噴頭的工作電壓和氣壓，使噴頭和墨水的匹配度達到最佳狀態，繼而噴打出符合要求的微珠(35 μ m-150 μ m)，再通過微噴觀測高倍鏡頭對其進行分析、記錄，保存，使在下次噴打時就可快速判斷墨水與噴頭的匹配情況，從而提高其噴珠效率。
[0011]本發明所述的一種超微珠的成型制備方法，其特點為:
省去制備結晶核的步驟，利用噴墨打印機，可直接在絲狀電極上噴墨打印，節省工序，且微珠尺寸更小(35 μ m-150 μ m),能夠基本實現陶瓷墨水的超微珠成型；
噴墨打印系統可實現數字化控制，自動化程度高，通過調整改變合適的噴頭電壓和氣壓，使噴打出微珠尺寸的一致性和均勻性都顯著提高；
利用噴墨打印系統，微珠成型的可重復性和效率都顯著提高；
該方法利用噴墨打印技術，節能環保，操作簡單，便于微珠成型，以及用于其他介質表面成型。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明儲液瓶和壓電式噴頭的簡易裝置圖,其中I為儲液瓶,2為導管,3為壓電式嗔頭；
圖2為本發明按需型噴墨打印系統的簡易實驗裝置圖，其中3為壓電式噴頭，4為二維微位移調節臺，5為電控制器、6為氣控制器、7為微噴觀測高倍鏡頭、8為機械泵； 圖3為本發明微噴觀測高倍鏡頭記錄的墨滴微珠的噴射過程圖。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
a、陶瓷墨水的選擇:選用市售的納米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度為35cP，表面張力為35dyn/cm,陶瓷顆粒的粒徑在40nm,平均zeta電位絕對值為47.5mv ；
b、噴墨打印系統調試:將步驟a中的陶瓷墨水通過0.5 μ m的過濾頭進行過濾，加入到儲液瓶I中，通過導管2陶瓷墨水進入壓電式噴頭3，調節壓電式噴頭3、電控制器5和氣控制器6，設定電壓40±5V，信號頻率500Hz，墨滴速度1.2±lm/s ；
C、微珠成型:打開機械泵8,氣體進入氣控制器6,待氣控制器6中氣壓穩定后,打開電控制器5，電壓40±5V，信號頻率500Hz，墨滴速度1.2±lm/s，陶瓷墨水通過壓電式噴頭3噴打在置于二維微位移調節臺4上的鉬依絲電極上，即可形成尺寸為80±5 μ m的微珠。
[0014]實施例2
a、陶瓷墨水的選擇:選用市售的納米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度為2cP，表面張力為75dyn/cm,陶瓷顆粒的粒徑在200nm,平均zeta電位絕對值為120mv ；
b、噴墨打印系統調試:將步驟a中的陶瓷墨水通過0.5 μ m的過濾頭進行過濾，加入到儲液瓶I中，通過導管2陶瓷墨水進入壓電式噴頭3，調節壓電式噴頭3、電控制器5和氣控制器6，設定電壓115±5V，信號頻率20KHz，墨滴速度24±lm/s ；
C、微珠成型:打開機械泵8,氣體進入氣控制器6,待氣控制器6中氣壓穩定后,打開電控制器5，電壓115±5V，信號頻率20KHz，墨滴速度24± lm/s，陶瓷墨水通過壓電式噴頭3噴打在置于二維微位移調節臺4上的鉬金絲電極上，即可形成尺寸為35±5 μ m的微珠。
[0015]實施例3
a、陶瓷墨水的選擇:選用市售的納米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度為25cP，表面張力為50dyn/cm,陶瓷顆粒的粒徑在20nm,平均zeta電位絕對值為30mv ；
b、噴墨打印系統調試:將步驟a中的陶瓷墨水進行過濾，加入到儲液瓶I中，通過導管2陶瓷墨水進入壓電式噴頭3，調節壓電式噴頭3、電控制器5和氣控制器6，設定電壓_115±5V，信號頻率200Hz，墨滴速度3.5 ± lm/s ；
C、微珠成型:打開機械泵8,氣體進入氣控制器6,待氣控制器6中氣壓穩定后,打開電控制器5，電壓-115 土 5V，信號頻率200Hz，墨滴速度3.5 土 lm/s，陶瓷墨水通過壓電式噴頭3噴打在置于二維微位移調節臺4上的碳纖維絲電極上，即可形成尺寸為150±5 μ m的微珠。
[0016]實施例4
a、陶瓷墨水的選擇:選用市售的納米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度為16cP，表面張力為64dyn/cm,陶瓷顆粒的粒徑在70nm,平均zeta電位絕對值為47.5mv ；
b、噴墨打印系統調試:將步驟a中的陶瓷墨水進行過濾，加入到儲液瓶I中，通過導管2陶瓷墨水進入壓電式噴頭3，調節壓電式噴頭3、電控制器5和氣控制器6，設定電壓-60±5V，信號頻率12KHZ，墨滴速度4±lm/s ；
C、微珠成型:打開機械泵8,氣體進入氣控制器6,待氣控制器6中氣壓穩定后,打開電控制器5，電壓_60±5V，信號頻率12KHZ，墨滴速度4± lm/s，陶瓷墨水通過壓電式噴頭3噴打在置于二維微位移調節臺4上的銀絲電極上，即可形成尺寸為100±5 μ m的微珠。[0017]實施例5
a、陶瓷墨水的選擇:選用市售的納米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度為22cP，表面張力為45dyn/cm,陶瓷顆粒的粒徑在180nm,平均zeta電位絕對值為67.5mv ；
b、噴墨打印系統調試:將步驟a中的陶瓷墨水進行過濾，加入到儲液瓶I中，通過導管2陶瓷墨水進入壓電式噴頭3，調節壓電式噴頭3、電控制器5和氣控制器6，設定電壓
60±5V，信號頻率600Hz，墨滴速度10 ± lm/s ；
C、微珠成型:打開機械泵8,氣體進入氣控制器6,待氣控制器6中氣壓穩定后,打開電控制器5，電壓60±5V，信號頻率600Hz，墨滴速度10± lm/s，陶瓷墨水通過壓電式噴頭3噴打在置于二維微位移調節臺4上的銅絲電極上，即可形成尺寸為60±5 μ m的微珠。
[0018]實施例6
將實施例1-5中任意一種形成的微珠，通過用微噴觀測高倍鏡頭7拍照錄像，實時觀測微珠的形成過程。
【權利要求】
1.一種超微珠成型的制備方法，其特征在于該方法中所涉及的噴墨打印機是由儲液瓶(I)、導管(2)、壓電式噴頭(3)、二維微位移調節臺(4)、電控制器(5)、氣控制器(6)、微噴觀測高倍鏡頭(7)和機械泵(8)組成，具體操作按下列步驟進行: a、陶瓷墨水的選擇:噴墨打印的陶瓷墨水粘度在2-35cP，表面張力為35-75dyn/cm，陶瓷顆粒的粒徑為20-200nm，zeta電位絕對值在30_120mv ； b、噴墨打印系統調試:將步驟a中的陶瓷墨水進行過濾，加入到儲液瓶(I)中，通過導管(2 )陶瓷墨水進入壓電式噴頭(3 )，調節壓電式噴頭3、電控制器(5 )和氣控制器(6 )，設定電壓-120-120v，信號頻率0.2-20KHz，墨滴速度0.2_25m/s ； C、微珠成型:通過調節電控制器(5)和氣控制器(6)，將陶瓷墨水通過壓電式噴頭(3)噴打在置于二維微位移調節臺(4)上的絲狀電極上，即可形成尺寸為35 μ m-150 μ m的微珠。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟c中絲狀電極為鉬金絲、鉬銥絲、碳纖維、銀絲或銅絲。
【文檔編號】B41J3/407GK103465639SQ201310357235
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月15日 優先權日:2013年8月15日
【發明者】常愛民, 陳龍, 蔣春萍, 高博, 孔雯雯, 姚金城 申請人:中國科學院新疆理化技術研究所