一種用于3D打印的陶瓷球形料及其制備方法與應用與流程

本發明涉及3d打印所用的球形料的制備，具體涉及一種用于3d打印的陶瓷球形料及其制備方法與應用。

背景技術：

隨著陶瓷3d打印技術尤其是選區激光燒結技術(sls)和紫外光固化技術(sla)的發展，對陶瓷粉料原料也提出了新的要求，即陶瓷粉料的球形化。球形粉料顆粒堆積時接觸面小，粒子間空隙少，粉料的松裝密度、振實密度和流動性均得到顯著提高，球形粉料具有更高的比表面積，反應活性也高。在紫外光固化技術成型過程中，由于球的表面流動性好，與光固化樹脂攪拌均勻，樹脂添加量小，并且流動性最好，粉料的填充量可達到90％以上，有利于陶瓷的致密化。

目前制備陶瓷球形粉料的方法包括高溫熔融噴射法、氣體火焰法、等離子體法等物理方法和氣相法、液相法(溶膠凝膠法、沉淀法、微乳液法)等化學方法。化學法存在工藝復雜、過程不易控制、制備的球形粉料容積密度低、成本普遍較高等問題。物理方法可以獲得容積密度高旳球形粉料，但要求加熱裝置有穩定的溫度場、易于調節的溫度范圍、清潔的熱源環境(確保陶瓷粉不受二次污染)。火焰法由于溫度局限性，不易獲得高球化率和無定形率；高溫熔融噴射法在純度和粒度控制方面存在不足。射頻等離子體球化制粉技術與其它方法相比，其顯著優點是：放電區體積較大，能量高。有關射頻等離子球化技術制備3d打印用的陶瓷球形料目前還未見報道。

技術實現要素：

本發明的目的之一是提供一種用于3d打印的陶瓷球形料的制備方法。

為了實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種用于3d打印的陶瓷球形料的制備方法，包括以下步驟：配料、球磨、干燥、過篩、射頻等離子體球化。

優選的：所述射頻等離子體球化過程中：工作氣流量20～30l/min，邊氣流量85～120l/min，加料速率5～35g/min，系統壓力65～90kpa，等離子功率75～90kw。

優選的：所述射頻等離子體球化過程中：工作氣流量20～30l/min，邊氣流量100～120l/min，加料速率15～35g/min，系統壓力65～90kpa，等離子功率85～90kw。

優選的：所述過篩30～60目篩。

優選的：所述陶瓷球形料為al2o3(熔點2054℃)、sio2(熔點1650±50℃)、zro2(熔點2700℃)、tic(熔點3067℃)、zrb(熔點3040℃)、羥基磷灰石(熔點1650℃)或磷酸三鈣(熔點1670℃)。

本發明的目的之二是提供一種由上述任一方法制備得到的陶瓷球形料，該陶瓷球形料的粒徑范圍為0.5～20μm，球化率為95-100％。

本發明的目的之三是提供一種由上述任一方法制備得到的球形料在3d打印中的應用。

本發明的目的之四是提供一種由上述任一方法制備得到的球形料制備得到的產品，優選的：由上述任一方法制備得到的球形料通過3d打印的方式制備得到的產品。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)形狀不規則的陶瓷顆粒被載氣通過加料槍噴入等離子體弧后，在輻射、對流、傳導和化學四種傳熱機制作用下，被迅速加熱(最高溫度可達10000k)而熔化，熔融的顆粒在表面張力的作用下形成球形度很高的液滴，并在極高的溫度梯度下迅速凝固，形成球形的顆粒。

(2)射頻等離子技術雖然是一種已知的技術，但其在3d打印領域的應用主要局限在金屬及其合金的球形料制備，本發明首次使用射頻等離子技術來制備適用于3d打印用陶瓷球形料，通過球化參數的綜合調節，該球形料可實現顆粒級配(大顆粒：中顆粒＝1:7～2:5，或大顆粒：小顆粒＝1:2～2:3，或中顆粒：小顆粒＝5:3～7:2，或大顆粒：中顆粒：小顆粒＝1:7:2-2:5:3)，其中，10μm≤大顆粒≤20μm，2μm≤中顆粒＜10μm，0.5μm≤小顆粒＜2μm；

(3)陶瓷顆粒的形貌及尺寸對陶瓷坯體的3d打印成型效果和燒結性能非常重要，顆粒形貌越接近球形，表面流動性越好，陶瓷的3d打印成型效果越好，并且顆粒級配的陶瓷粉末可實現緊密堆積從而利于其坯體的致密化燒結，本發明方法制備的球形料球化率高，并且顆粒級配適合3d打印，有利于坯體致密化的燒結。

附圖說明

圖1為實施例1制備得到的sio2陶瓷球形料顯微結構圖；

圖2為實施例2制備得到的al2o3陶瓷球形料顯微結構圖；

圖3為實施例3制備得到的zro2陶瓷球形料顯微結構圖；

圖4為實施例4制備得到的tic陶瓷球形料顯微結構圖；

圖5為實施例5制備得到的zrb陶瓷球形料顯微結構圖；

圖6為實施例6制備得到的羥基磷灰石陶瓷球形料顯微結構圖；

圖7為實施例7制備得到的磷酸三鈣陶瓷球形料顯微結構圖。

具體實施方式

為了更好的了解本發明的技術方案，下面結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。

實施例1

一種用于3d打印的陶瓷球形料的制備方法，步驟如下：

步驟1：稱取一定量的待球化sio2陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:2:3的質量比例，球磨12h；

步驟2：將待球化sio2陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步驟3：過篩：將干燥后的陶瓷粉料過45目篩；

步驟4：射頻等離子球化：將過篩后陶瓷粉料加入射頻等離子體球化制粉設備中，調節設備參數：工作氣流量25l/min，邊氣流量110l/min，加料速率20g/min，系統壓力80kpa，等離子功率80kw。

步驟5：陶瓷球形料的收集，以及粒徑和球化率測試。

如圖1所示，所制備的sio2陶瓷球形料粒徑1.6-10μm，球化率95％。

實施例2

一種用于3d打印的陶瓷球形料的制備方法，步驟如下：

步驟1：稱取一定量的待球化al2o3陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:2:3的質量比例，球磨10h；

步驟2：將待球化al2o3陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步驟3：過篩：將干燥后的陶瓷粉料過50目篩；

步驟4：射頻等離子球化：將過篩后陶瓷粉料加入射頻等離子體球化制粉設備中，調節設備參數：工作氣流量20l/min，邊氣流量100l/min，加料速率15g/min，系統壓力70kpa，等離子功率85kw。

步驟5：陶瓷球形料的收集，以及粒徑和球化率測試。

如圖2所示，所制備的al2o3陶瓷球形料粒徑0.5-3.5μm，球化率100％。

實施例3

一種用于3d打印的陶瓷球形料的制備方法，步驟如下：

步驟1：稱取一定量的待球化zro2陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:3:3的質量比例，球磨14h；

步驟2：將待球化zro2陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步驟3：過篩：將干燥后的陶瓷粉料過60目篩；

步驟4：射頻等離子球化：將過篩后陶瓷粉料加入射頻等離子體球化制粉設備中，調節設備參數：工作氣流量30l/min，邊氣流量100l/min，加料速率15g/min，系統壓力85kpa，等離子功率90kw。

步驟5：陶瓷球形料的收集，以及粒徑和球化率測試。

如圖3所示，所制備的zro2陶瓷球形料粒徑0.5-2.5μm，球化率100％。

實施例4

一種用于3d打印的陶瓷球形料的制備方法，步驟如下：

步驟1：稱取一定量的待球化tic陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:2:4的質量比例，球磨15h；

步驟2：將待球化tic陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步驟3：過篩：將干燥后的陶瓷粉料過35目篩；

步驟4：射頻等離子球化：將過篩后陶瓷粉料加入射頻等離子體球化制粉設備中，調節設備參數：工作氣流量23l/min，邊氣流量110l/min，加料速率20g/min，系統壓力65kpa，等離子功率90kw。

步驟5：陶瓷球形料的收集，以及粒徑和球化率測試。

如圖4所示，所制備的tic陶瓷球形料粒徑5.3-11.7μm，球化率100％。

實施例5

一種用于3d打印的陶瓷球形料的制備方法，步驟如下：

步驟1：稱取一定量的待球化zrb陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:4:3的質量比例，球磨9h；

步驟2：將待球化zrb陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步驟3：過篩：將干燥后的陶瓷粉料過45目篩；

步驟4：射頻等離子球化：將過篩后陶瓷粉料加入射頻等離子體球化制粉設備中，調節設備參數：工作氣流量28l/min，邊氣流量100l/min，加料速率15g/min，系統壓力90kpa，等離子功率83kw。

步驟5：陶瓷球形料的收集，以及粒徑和球化率測試。

如圖5所示，所制備的zrb陶瓷球形料粒徑1-8μm，球化率100％。

實施例6

一種用于3d打印的陶瓷球形料的制備方法，步驟如下：

步驟1：稱取一定量的待球化羥基磷灰石陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:4:5的質量比例，球磨18h；

步驟2：將待球化羥基磷灰石陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步驟3：過篩：將干燥后的陶瓷粉料過60目篩；

步驟4：射頻等離子球化：將過篩后陶瓷粉料加入射頻等離子體球化制粉設備中，調節設備參數：工作氣流量22l/min，邊氣流量110l/min，加料速率15g/min，系統壓力75kpa，等離子功率85kw。

步驟5：陶瓷球形料的收集，以及粒徑和球化率測試。

如圖6所示，所制備的羥基磷灰石陶瓷球形料粒徑1.0-5.7μm，球化率100％。

實施例7

一種用于3d打印的陶瓷球形料的制備方法，步驟如下：

步驟1：稱取一定量的待球化磷酸三鈣陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:2:3的質量比例，球磨12h；

步驟2：將待球化磷酸三鈣陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步驟3：過篩：將干燥后的陶瓷粉料過50目篩；

步驟4：射頻等離子球化：將過篩后陶瓷粉料加入射頻等離子體球化制粉設備中，調節設備參數：工作氣流量25l/min，邊氣流量100l/min，加料速率20g/min，系統壓力80kpa，等離子功率80kw。

步驟5：陶瓷球形料的收集，以及粒徑和球化率測試。

如圖7所示，所制備的磷酸三鈣陶瓷球形料粒徑1.3-10μm，球化率95％。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術原理的說明。本領域技術人員應當理解，本申請中所涉及的發明范圍，并不限于上述技術特征的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋在不脫離所述發明構思的情況下，由上述技術特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術特征進行互相替換而形成的技術方案。