一種陶瓷基3d打印材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于復合材料領域，具體設及一種陶瓷基3D打印材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 氧化侶陶瓷是氧化物陶瓷中應用最廣泛、產量最大的陶瓷材料。氧化侶陶瓷具有 優良的絕緣性、機械性能、耐高溫性能和抗磨損性能，用于制造刀具、球閥、磨輪、陶瓷釘、軸 承等，在陶瓷刀具、電子電力和航空航天上得到廣泛應用。
[0003] 單晶藍寶石晶須（Single C巧Stal sap地ire怖isker，亦稱單晶藍寶石纖維）是 一種具有一定長徑比的單晶氧化侶晶須，具有超強機械強度、抗熱沖擊、比重小、抗氧化、高 耐磨量和高耐腐蝕性等優異的物理性能。單晶藍寶石晶須適合作為陶瓷、金屬、塑料及橡膠 的增強組元。因此，單晶藍寶石晶須成為第=代先進復合材料的最佳選擇。
[0004] 3D打印技術的原理是疊層制造，逐層增加材料來生成=維實體的技術，所W又被 稱為增材制造技術。近年來，增材制造技術發展迅速，對制造業領域影響巨大，受到世界各 國的極大關注，被譽為顛覆傳統制造業的又一次工業革命，被列入我國戰略性新興產業。
[0005] 3D打印主流成型技術包括選擇性激光燒結（SLS)、烙融沉淀成型（FDM)、立體光固 化（SLA)等。選擇性激光燒結，由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R.Dechard于1989年 研制成功。采用激光器作能源，使用的造型材料多為粉末材料。加工時，首先將粉末預熱到 稍低于其烙點的溫度，然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪平；激光束在計算機控制下根據 分層截面信息進行有選擇地燒結，一層完成后再進行下一層燒結，全部燒結完后去掉多余 的粉末，則就可W得到燒結好的零件。該類成型方法有著制造工藝簡單，柔性度高、材料選 擇范圍廣、材料價格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特點，2014年，GE公司研發 的飛機發動機噴嘴，把20個零件做成了一個零件，材料成本大幅度減少，還節省燃油15%。 目前市場上3D打印用激光燒結的陶瓷材料品種較少，主要依賴進口。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種陶瓷基3D打印材料及其制備方法，在氧化侶陶瓷中 加入單晶藍寶石晶須后，可W顯著提高制品的彎曲彈性模量、抗拉強度，具有高強度、耐高 溫、抗氧化、耐腐蝕等多種性能，用于制備高強、高初精細工程陶瓷，例如制備超音速飛機的 噴嘴、火箭發動機中的墊圈等。
[0007] 為實現W上目的，本發明的技術方案為： 一種陶瓷基3D打印材料，包括按重量計的如下組分： 氧化侶粉末 100重量份 氧化侶粉末處理劑 3~20重量份 分散介質 100~500重量份 單晶藍寶石晶須 1~20重量份 穩定劑 1~20重量份 光固化劑 5~20重量份。
[0008] 所述的陶瓷基3D打印材料，各組分優選重量份數如下： 氧化侶粉末 100重量份 氧化侶粉末處理劑 5~15重量份 分散介質 100~500重量份 單晶藍寶石晶須 1~10重量份 穩定劑 1~10重量份 光固化劑 5~10重量份。
[0009] 所述氧化侶粉末為粒徑100~lOOOnm，純度（wt%) >90%的市售單斜氧化侶，所述氧 化侶粉末處理劑為焦憐酸鋼、=聚憐酸鋼或偏憐酸鋼的任一種及W上；所述分散介質為去 離子水和無水乙醇的任一種及兩種混合。
[0010] 所述單晶藍寶石晶須為直徑0. 1~1微米，長度為5~100微米，密度為4g/cm3,純度 (wt%)為90-99. 9%的單晶藍寶石晶須。
[0011] 所述穩定劑為孔2〇3、Sm2〇3中的任一種或兩者的混合物；所述光固化劑為聚合度為 1~1000的環氧丙締酸醋類聚合物或聚合度為1~1000的甲基丙締酸聚氨醋聚合物。
[0012] 一種陶瓷基3D打印材料的制備方法，a、在加熱裝置中，按照配方量加入去離子水 和氧化侶粉末處理劑，攬拌溶解直至氧化侶粉末處理劑完全溶解；b向步驟a制得的溶液中 加入氧化侶粉末，在恒溫下攬拌1~地，充分反應后，冷卻，過濾，干燥，獲得處理后的氧化侶 粉末；C、將穩定劑、光固化劑和單晶藍寶石晶須按照配方量加入到無水乙醇中，在常溫下快 速攬拌2~6h制得混合液；d、將步驟C制得的混合液在超聲下震蕩30~90min;然后加入步 驟b處理后的氧化侶粉末，攬拌3~巧h;e、將上述混合粉末干燥，篩后即可獲得陶瓷基3D打 印材料。
[0013] 所述步驟a中所述加熱溫度為50~80°C，攬拌速度為350~55化/min。
[0014] 所述步驟b中加熱溫度為80 + 5 °C，攬拌速度為350~75化/min 步驟C中攬拌速度為500~75化/min。
[0015] 步驟d中攬拌速度為500~750r/min。
[0016] 使用EOSM400型號3D打印機，采用粉末燒結成型（SelectedLaserSintering, 簡稱化S)技術，利用激光器對粉末材料進行粉末燒結成型。所述單晶藍寶石晶須是由東 競深圳清華大學研究院創新中屯、單晶藍寶石晶須團隊研發制備，選擇直徑0. 1~5微米，長 度為5~100微米的單晶藍寶石晶須。所選單晶藍寶石晶須密度為4g/cm3,純度（wt%)約為 99〇/〇。
[0017] 本發明的有益效果是： 有益效果： (1) 本發明的一種陶瓷基3D打印材料具有高強度、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等多種性 能，用于制備高強、高初精細工程陶瓷； (2) 本發明的一種陶瓷基3D打印材料具有粉體顆粒小，粒徑分布窄，流動性較好，與3D 打印機成型速度匹配性較好；產品性質穩定，精度高； (3) 本發明的一種陶瓷基3D打印材料過程簡單，易于工業化生產； (4) 本發明的一種陶瓷基3D打印材料原料來源廣泛，成本低，而且具有良好的環境效 益和經濟效益。
【附圖說明】
[001引附圖1示出陶瓷基3D打印材料的制備流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 通過實施例進一步詳述本發明。 陽〇2〇] 實施例1 (1)在50~80°C的加熱裝置中，將5重量份焦憐酸鋼加入100去離子水中，350~750r/min速度下攬拌直至焦憐酸鋼充分溶解。
[0021] (2)向上述溶液中加入100重量份氧化侶粉末，在恒溫為80 + 5 °C下350~75化/ min攬拌比，充分反應后，冷卻，過濾，干燥，獲得處理后的氧化侶粉末。
[0022] (3)將2重量份孔2〇3、5重量份環氧丙締酸醋類聚合物和1重量份單晶藍寶石晶 須按照配方量加入到200重量份無水乙醇中，在常溫下W500~75化/min快速攬拌2~6h.。
[0023] (4)將上述混合液在超聲下震蕩30~90min。
[0024] (5)將處理后的氧化侶粉末加入到上述混合液中，500~750r/min攬拌3~15h。 陽02引 （6)將上述混合粉末80~120°C下干燥，篩分后即可獲得3D打印用陶瓷材料。 陽0%] 實施例2 (1)在50~80°C的加熱裝置中，將10重量份S聚憐酸鋼加入200重量份去離子水中， 350~75化/min速度下攬拌直至S聚憐酸鋼充分溶解。
[0027] (2)向上述溶液中加入100重量份氧化侶粉末，在恒溫為80 + 5 °C下350~75化/ min攬拌化，充分反應后，冷卻，過濾，干燥，獲得處理后的氧化侶粉末。 陽02引 （3)將3重量份Sm2〇3、3重量份甲基丙締酸聚氨醋聚合物和3重量份單晶藍寶石晶 須按照配方量加入到300重量份無水乙醇中，在常溫下W500~75化/min快速攬拌2~6h.。
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