一种高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料及制备方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，涉及一种高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料及制备方法。
背景技术
氧化铝基陶瓷型芯因其耐高温性能优良、热膨胀率低、无晶型转变、冶金化学稳定性良好、抗蠕变性能优异、结构稳定、耐高温性好等原因，成为新型发动机用空心涡轮叶片内腔成型的重要结构部件。
传统制备氧化铝基陶瓷型芯使用熔模铸造技术，存在工艺流程繁琐、生产周期长、制作成本高等问题(中国专利，专利号CN109574636A)。因光固化3D打印技术具有流程短、精度高、成本低等特点，适用于具有复杂结构的陶瓷型芯的成型。
清华大学(中国专利，专利号CN109251022A)提出了使用选区激光烧结3D打印技术制备多孔陶瓷型芯，缩短了陶瓷型芯的生产周期且降低了生产成本。山东工业陶瓷研究设计院有限公司(中国专利，专利号CN108083777A)提出了一种光固化3D打印陶瓷浆料及制备陶瓷型芯的方法，克服了陶瓷浆料流动性差的问题。西安交通大学(中国专利，专利号CN101306950)提出了一种光固化工艺制作空心叶片陶瓷铸型的制造方法，缩短了陶瓷型芯制备周期。然而光固化3D打印氧化铝基陶瓷型芯浆料仍存在固相含量较低等问题，且打印具有复杂结构的零件仍难度较大。
如何利于光固化3D打印技术快速、简洁、低廉的制备氧化铝基陶瓷型芯，仍存在许多技术难题。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料及制备方法，涉及一种高固相含量的光固化3D打印陶瓷浆料以及制备方法，可实现光固化3D打印氧化铝陶瓷型芯素坯的成型。加速了陶瓷型芯的生产流程。适用于氧化铝基陶瓷型芯的成型工艺。
技术方案
一种高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料，其特征在于组份的质量百分含量为1％～30％的偶联剂、50％～90％的混合物无机粉体以及余量为9％～20％的丙烯酸光敏树脂；所述混合物无机粉体包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、氧化钙、氧化镁、氧化钇中的两种或者多种；其中氧化铝粉体质量百分含量不低于50％，不高于90％。
所述偶联剂为：3-氨丙基三乙氧基硅烷，N-(β-氨乙基-γ-氨丙基)甲基二甲氧基硅烷，3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
一种高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将偶联剂加入到丙烯酸光敏树脂中得到溶液；所述偶联剂所占质量百分含量为1％～30％；
步骤2：将氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、氧化钙、氧化镁、氧化钇中的两种或者多种组成的混合物无机粉体加入到溶液中；所述混合物无机粉体所占质量百分含量为50％～90％，其中氧化铝粉体质量百分含量不低于50％，不高于90％；
步骤3：再置于超声震荡仪中超声0.2～12小时；再在球磨机上球磨0.2～12小时；
步骤4：然后置于真空干燥箱中，于常温下真空处理0.2～12小时，即得到高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料。
所述混合物无机粉体为不同粒径的颗粒混合而成，其中粒径为5～20μm的粉体质量百分含量不低于40％，粒径为10～200nm的粉体质量百分含量不低于10％。
有益效果
本发明提出的一种高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料及制备方法，陶瓷型芯浆料为氧化铝基陶瓷型芯，组份包括偶联剂、混合物无机粉体以及丙烯酸光敏树脂。浆料的制备：将偶联剂加入到丙烯酸光敏树脂中并搅拌均匀，混合物无机粉体加入，置于超声震荡仪中超声，在球磨机上球磨，置于真空干燥箱中，于常温下真空处理得到高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料。本发明通过引入偶联剂、级配无机粉体，提高了陶瓷浆料的固相含量，且制备方法简单、高效，加快了陶瓷型芯的生产周期，降低了陶瓷型芯的制作成本。可应用于氧化铝基陶瓷型芯的生产领域。
本发明的有益效果有以下几点：
(1)本发明通过引入1％～30％质量百分含量的偶联剂、级配微米(5～20μm)及纳米(10～200nm)尺寸的无机粉体，制备了高固相含量的3D打印陶瓷型芯浆料，浆料制备方法简单、高效，加快了陶瓷型芯的生产周期，降低了陶瓷型芯的制作成本。
(2)本发明通过提高3D打印陶瓷型芯浆料中无机粉体的含量，减少了成型素坯中可挥发性树脂的含量，解决了光固化3D打印陶瓷型芯脱脂过程中易变形的难题，减少了陶瓷型芯变形、开裂的现象，提高了陶瓷型芯的尺寸精度。
(3)本发明通过制备高固相含量的光固化3D打印陶瓷浆料，可实现光固化3D打印氧化铝陶瓷型芯素坯的成型。本发明提供了一种高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料的制备方法，适用于氧化铝基陶瓷型芯的成型工艺。
(4)光固化3D打印陶瓷型芯浆料配方的改变不是有限次试验就可以得到的，因为：实验材料光敏树脂昂贵，光固化3D打印陶瓷型芯实验费用高，型芯模型复杂，实验难度大；由于不能进行有限次试验，所以要限定光固化3D打印陶瓷型芯浆料的组成及含量。由于光固化3D打印陶瓷型芯浆料配方组成的多样性，本发明改变的工艺不是简单的能够确定的。
附图说明
图1是光固化3D打印氧化铝基陶瓷型芯的方法流程图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
下面对高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料的制备方法进行详细描述。
将偶联剂加入到丙烯酸光敏树脂中并搅拌均匀，其中偶联剂所占质量百分含量为1％～30％，得到溶液A。
将氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、氧化钙、氧化镁、氧化钇中的两种或者多种组成的混合物无机粉体加入到溶液A中并搅拌均匀，其中混合物无机粉体所占质量百分含量为50％～90％，混合物无机粉体为不同粒径的颗粒混合而成，得到B。
将B置于超声震荡仪中超声0.2～12小时，得到C。
将得到的C在球磨机上球磨0.2～12小时，得到D。
将D置于真空干燥箱中，于常温下真空处理0.2～12小时，即得到高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料。
根据权利要求1所述高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料的制备方法，其特征在于，所述混合物无机粉体由不同粒径的颗粒混合而成，其中粒径为5～20μm的粉体质量百分含量不低于40％，粒径为10～200nm的粉体质量百分含量不低于10％。
一种高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷浆料中氧化铝粉体质量百分含量不低于50％，不高于90％。
根据权利要求1所述一种高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料的制备方法，其特征在于，所述偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷，N-(β-氨乙基-γ-氨丙基)甲基二甲氧基硅烷，3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
实施例1
(1)将8g N-(β-氨乙基-γ-氨丙基)甲基二甲氧基硅烷加入到32g丙烯酸光敏树脂中并搅拌均匀，得到溶液A；(2)将120g氧化铝、20g氧化硅、10g氧化锆、10g氧化镁组成的混合物无机粉体加入到溶液A中并搅拌均匀，粉体中粒径为5～20μm的粉体质量百分含量为70％，粒径为10～200nm的粉体质量百分含量为30％，得到B；(3)将B置于超声震荡仪中超声3小时，得到C；(4)将得到的C在球磨机上球磨3小时，得到D；(5)将D置于真空干燥箱中，于常温下真空处理5小时，即得到高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料。
实施例2
(1)将1.5g 3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷加入到28.5g丙烯酸光敏树脂中并搅拌均匀，得到溶液A；(2)将150g氧化铝、10g氧化硅、10g氧化锆组成的混合物无机粉体加入到溶液A中并搅拌均匀，粉体中粒径为5～20μm的粉体质量百分含量为60％，粒径为10～200nm的粉体质量百分含量为40％，得到B；(3)将B置于超声震荡仪中超声6小时，得到C；(4)将得到的C在球磨机上球磨6小时，得到D；(5)将D置于真空干燥箱中，于常温下真空处理6小时，即得到高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料。
实施例3
(1)将3.4g 3-氨丙基三乙氧基硅烷加入到30.6g丙烯酸光敏树脂中并搅拌均匀，得到溶液A；(2)将149.4g氧化铝、16.6g氧化硅组成的混合物无机粉体加入到溶液A中并搅拌均匀，粉体中粒径为5～20μm的粉体质量百分含量为55％，粒径为10～200nm的粉体质量百分含量为45％，得到B；(3)将B置于超声震荡仪中超声2小时，得到C；(4)将得到的C在球磨机上球磨2小时，得到D；(5)将D置于真空干燥箱中，于常温下真空处理2小时，即得到高固相含量3D打印陶瓷型芯浆料。
