一種用3d打印技術(shù)制備金屬陶瓷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的3D打印成型方法，具體涉及一種用3D打印技術(shù)制備金屬陶瓷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，是快速成型領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，材料成為限制3D打印技術(shù)未來走向的關(guān)鍵因素之一，在某種程度上，材料的發(fā)展決定著3D打印能否有更廣泛的應(yīng)用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料、木質(zhì)材料以及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0003]利用3D打印技術(shù)來成型制備陶瓷類產(chǎn)品具有成型速度快，性能好，精度高，能成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的優(yōu)點，被人們所接受并在各個領(lǐng)域得到應(yīng)用。金屬陶瓷是一種新型的復(fù)合材料，既保持了陶瓷的高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學(xué)穩(wěn)定性等特性，又具有較好的金屬韌性和可塑性，具有廣闊的應(yīng)用前景，但傳統(tǒng)的成型方法對金屬陶瓷的成型具有成型困難，成型速度慢，成型精度低，成型結(jié)構(gòu)簡單的缺陷，因而很難滿足金屬陶瓷在各個領(lǐng)域中的使用。將金屬陶瓷材料采用3D打印技術(shù)成型，能顯著改善金屬陶瓷在成型中存在的不足，使金屬陶瓷材料在各個領(lǐng)域中得到更好點的應(yīng)用，具有廣闊的市場前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對目前金屬陶瓷的成型具有成型困難，成型速度慢，成型精度低，成型結(jié)構(gòu)簡單的缺陷提出了一種用3D打印技術(shù)制備金屬陶瓷的方法，利用3D打印陶瓷材料與連續(xù)金屬纖維的復(fù)合，制備得到一種具有高強度和高韌性的金屬陶瓷材料，彌補了金屬陶瓷材料在成型中的不足，也促進了 3D打印技術(shù)在金屬陶瓷材料成型中的應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明一種用3D打印技術(shù)制備金屬陶瓷的方法，其特征在于具體制備方法包括以下步驟:
(1)、提供3D打印的原料，包括85-90份的3D打印陶瓷材料和5_15份的金屬纖維；
(2)、提供一臺連續(xù)長纖維粘土3D打印機，將步驟I的3D打印粘土材料放置于3D打印機料槽內(nèi)，將連續(xù)金屬纖維放置在料盤上；
(3)、使用計算機輔助設(shè)計軟件繪制陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型；
(4)、啟動3D打印機，將所述陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件導(dǎo)入到步驟2中的3D打印機中，并使3D打印機開始打印，得到陶瓷胚體；
(5)、設(shè)置燒結(jié)曲線，將步驟4得到的陶瓷胚體在氮氣的氣氛中先在700-850°C的溫度下預(yù)燒結(jié)18-20h，然后在1100-1500°C的溫度下燒結(jié)3_4h，最后進行冷卻，制得金屬陶瓷材料
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[0006]上述一種用3D打印技術(shù)制備金屬陶瓷的方法，其中所述的3D打印陶瓷材料由30-45份的粘土，35-45份的膠體粒子，20-35份的潤濕劑，0-30份的骨料和5-10份的增塑劑通過混合得到;所述的金屬纖維為鈷纖維、鎳?yán)w維、鉻纖維、鎢纖維、鉬纖維、鋁纖維、不銹鋼纖維中的一種或多種。
[0007]上述一種用3D打印技術(shù)制備金屬陶瓷的方法，其中所述的粘土為經(jīng)過高溫煅燒去除了有機質(zhì)的細度為1250-2000目的高嶺土、蒙脫土中的一種或兩種;所述的膠體粒子為氫氧化鋁膠體粒子、氫氧化鎂膠體粒子中的一種或兩種;所述的骨料為細度為1500-2000目的水白云母粉末、蒙脫石粉末、伊利石粉末中的一種或多種;所述的潤濕劑為水與乙醇按1: 2混溶的乙醇溶液;所述的增塑劑為甘油、植物油中的一種或兩種。
[0008]上述一種用3D打印技術(shù)制備金屬陶瓷的方法，其中所述的連續(xù)長纖維粘土3D打印機其特點在于其打印頭由內(nèi)外重疊雙頭復(fù)合而成，內(nèi)為纖維牽引頭，外為粘土噴頭；打印時，膏狀3D打印陶瓷材料和金屬纖維同時出料，陶瓷材料將纖維包覆然后擠出，進行打印成型。
[0009]本發(fā)明利用了3D打印陶瓷材料高塑性的特點，在3D打印成型過程中添加金屬纖維材料與陶瓷材料進行復(fù)合，最后經(jīng)過燒結(jié)得到既具有金屬的韌性、高導(dǎo)熱性和良好的熱穩(wěn)定性，又具有陶瓷的耐高溫、耐腐蝕和耐磨損特性的金屬陶瓷材料，解決了金屬陶瓷成型困難，成型速度慢，成型精度低，成型結(jié)構(gòu)簡單的缺陷，擴大了金屬陶瓷產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，該成型方法工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，促進了3D打印成型技術(shù)在生活中的推廣應(yīng)用，具有廣闊的市場前景。
[0010]本發(fā)明突出的特點和有益效果在于:
1、本發(fā)明解決了金屬陶瓷成型困難，成型速度慢，成型精度低，成型結(jié)構(gòu)簡單的缺陷，制備得到了具有高強度和高韌性的金屬陶瓷材料產(chǎn)品。
[0011]2、本發(fā)明直接用粘土材料和連續(xù)金屬纖維材料作為原料，成本低廉，原料易得。
[0012]3、本發(fā)明成型方法直接成型得到金屬陶瓷產(chǎn)品，工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0013]以下通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0014]實施例1
1、提供3D打印的原料，包括85份的3D打印粘土材料和15份的連續(xù)金屬纖維；
2、提供一臺連續(xù)長纖維粘土3D打印機，將步驟I的3D打印粘土材料放置于3D打印機料槽內(nèi)，將連續(xù)金屬纖維放置在料盤上；
3、使用計算機輔助設(shè)計軟件繪制陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型；
4、啟動3D打印機，將所述陶瓷產(chǎn)品的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件導(dǎo)入到步驟2中的3D打印機中，并使3D打印機開始打印，得到陶瓷胚體；
5、設(shè)置燒結(jié)曲線，將步驟4得到的陶瓷胚體在氮氣的氣氛中先在700°C的溫度下預(yù)燒結(jié)
ISh，然后在1100°C的溫度下燒結(jié)3h，最后進行冷卻，制得金屬陶瓷材料產(chǎn)品。
[0015]其中步驟I中的3D打印陶瓷材料由30重量份的1250目的高嶺土，35重量份的氫氧化鋁膠體粒子，20重量份的水與乙醇按I: 2混溶的乙醇溶液，10重量份的1500目的白云母粉末和5重量份的甘油混合而成;所述的金屬連續(xù)纖維為鈷纖維。
[0016]實施例2
1、提供3D打印的原料，包括90份的3D打印粘土材料和5份的連續(xù)金屬纖維；
2、提供一臺連續(xù)長纖維粘土3D打印機，將步驟I的3D打印粘土材料放置于3D打印機料槽內(nèi)，將連續(xù)金屬纖維放置在料盤上；
3、使用計算機輔助設(shè)計軟件繪制陶瓷產(chǎn)