本發(fā)明涉及陶瓷材料技術領域，具體涉及一種用于3D打印成型的陶瓷膏體、膏體的制備方法及其應用。
背景技術：
陶瓷材料作為一種重要的結構材料，具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，無論在傳統(tǒng)工業(yè)領域還是新興的高新技術領域都有廣泛的應用。陶瓷成型是生產(chǎn)過程的一個重要步驟，目前主要成型方法有：擠壓成型、干壓成型、注漿成型、凝膠注模成型等，上述成型方法在制備陶瓷的過程中，首先根據(jù)陶瓷產(chǎn)品的要求制備相應的模具，若設計或構件結構發(fā)生變化，需重新制備模具，生產(chǎn)周期長，研發(fā)成本高；制造產(chǎn)品的形狀種類有限；多種異形件無法用傳統(tǒng)成型方法制備；制造產(chǎn)品時產(chǎn)生的副產(chǎn)品比較多，浪費原料和增大資源消耗。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，這些傳統(tǒng)的成型方法已不能滿足某些領域的要求，3D打印成型是近年來快速發(fā)展的一種新型成型工藝，該工藝是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬、塑料、陶瓷粉末等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。相比于傳統(tǒng)陶瓷成型方式，3D打印成型具有以下先進性：(1)制造精度高；(2)生產(chǎn)周期短；(3)可以實現(xiàn)個性化異形制造；(4)制造成本低。
目前用于陶瓷3D打印的技術主要有分層實體制造(LOM)、熔化沉積造型(FDM)、形狀沉積成型(SDM)、噴墨打印法(IJM)、立體光刻(SLA)、選區(qū)激光燒結(SLS)。
分層實體制造技術對陶瓷基片要求高、多余部分材料去除困難；熔化沉積造型精度低，難以構建結構復雜的零件，垂直方向強度小，成形速度較慢，原材料價格昂貴；形狀沉積成型，需要制作支撐，原型的部分復雜和細微結構的支撐很難去除；噴墨打印法和選區(qū)激光燒結制備陶瓷材料存在陶瓷粉末顆粒之間間距大，坯體密度低，在高溫燒結過程中無法致密化，陶瓷性能低的問題；立體光刻制備陶瓷材料由于所用的液態(tài)光敏樹脂成本高、可選擇范圍小、樹脂有一定毒性、設備價格高等無法得到廣泛應用。
技術實現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種用于3D打印成型的陶瓷膏體、膏體的制備方法及其應用，此方法工藝簡單、3D打印設備成本低，無需加熱和支撐材料，膏體在打印擠出過程中可減小陶瓷粉末顆粒之間的間距，坯體致密度高，陶瓷膏體可制備各種形狀復雜的陶瓷制品。
本發(fā)明所述的一種用于3D打印成型的陶瓷膏體，原料組成如下：
顆粒級配的陶瓷粉體60％-80％、分散劑1.5％-3.5％、粘結劑3％-7％、潤滑劑0.5％-1.5％，其余為溶劑。
陶瓷粉體為氧化鋁、碳化硅、氮化硅或氧化鋯中的一種。
顆粒級配的陶瓷粉體粗細粉之比為2:3；顆粒級配的粗粉體粒度D50在30-100μm，顆粒級配的細粉體粒度D50在1-10μm。
分散劑為聚丙烯酸銨、檸檬酸銨、聚乙二醇、甲基纖維素、三乙醇胺或聚甲基丙烯酸銨中的一種或幾種。
粘結劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纖維素、羧甲基纖維素、聚丙基纖維素或石蠟中的一種或幾種。
潤滑劑為丙三醇、硬脂酸酰胺或硬脂酸鋅中的一種或幾種。
溶劑為去離子水和乙醇。
所述的用于3D打印成型的陶瓷膏體的制備方法，將原料混合1-3h，制備成陶瓷膏體。
所述的用于3D打印成型的陶瓷膏體的應用，采用3D打印成型的陶瓷膏體制備目標零件，包括以下步驟：
(1)將原料混合1-3h，制備成陶瓷膏體；
(2)將配置好的陶瓷膏體裝入3D打印機的料筒中，按照預先導入3D打印機中的切片gcode文件打??；
(3)打印過程中使用1mm或2mm噴頭，在gcode制造程序的控制下，調節(jié)打印速度和出絲量，通過層層堆積，制得3D打印成型的坯體；
(4)坯體經(jīng)烘干、燒結制得目標零件。
陶瓷膏體的出絲為30-150％，擠出速度為6-100mm/s。
本發(fā)明中陶瓷粉體優(yōu)選微米級別。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明不需要專門的設備，膏體配制簡單易行，成本低，此方法工藝簡單、3D打印過程中無需激光及其它方式加熱、無需支撐材料或其它高成本操作，在3D打印擠出過程中通過調節(jié)膏體的黏度、固相含量、打印速度和出絲量等參數(shù)，可減少陶瓷料漿中粉末顆粒的間距，得到坯體致密度高且不受形狀的限制，適合制備各種復雜形狀的陶瓷制品，為陶瓷零件的快速成型提供了一種新的途徑。
附圖說明
圖1為實施例1配制的陶瓷膏體3D打印成型燒結后產(chǎn)品的SEM圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
實施例1
(1)取161g顆粒級配的氧化鋁微米級粉體(占總質量的70wt％)，顆粒級配粉體粗粉與細粉之比為2:3，粗粉粒度D50在80μm，細粉粒度D505μm，形狀為近球形，3.94g聚乙二醇、6.9g聚乙烯醇溶液(溶液濃度為10wt％)和3.1g石蠟的混合物、3.45g丙三醇、21.48g去離子水和9.20g酒精，16.45g滑石粉和4.48g碳酸鈣的混合物，裝入小型真空練泥機中混合2h，制備成氧化鋁陶瓷膏體；
(2)將配置好的陶瓷膏體裝入陶泥3D打印機的料筒中，按照預先導入3D打印機中的切片gcode文件打?。?/p>
(3)打印過程中使用1mm噴頭，在gcode制造程序的控制下，氧化鋁陶瓷膏體的出絲為70％，陶瓷膏體的擠出速度為90mm/s；
(4)坯體經(jīng)烘箱中60℃下干燥1h，素坯完全干燥；
(5)常壓燒結。
燒結曲線為：從室溫以2℃/min升溫至500℃，然后升溫至800℃，接著升溫至900℃，速率不變，最后以1℃/min升溫至1580℃保溫3h即可，燒結密度達到3.80g/cm3以上。
以上百分數(shù)均為質量分數(shù)。
實施例2
本實施例與實施例1制備步驟相同，不同的是，步驟(1)中采用的陶瓷粉末為碳化硅，取60wt％碳化硅顆粒級配微米粉體，粗粉粒度D50在40μm，細粉粒度D5010μm，碳化硅粉中炭粉與碳化硅質量之比為1:4，分散劑為2.8％檸檬酸銨和0.7％甲基纖維素混合物；粘結劑為7％甲基纖維素，潤滑劑為1％硬脂酸鋅，19.95％去離子水和8.55％酒精；在步驟(5)中為真空反應燒結，素坯周圍加入Si粒，燒結曲線：從室溫升溫至600℃，然后升溫至1000℃，接著升溫至1600℃保溫2h，燒結密度到3.02g/cm3以上。
以上百分數(shù)均為質量分數(shù)。
實施例3
本實施例與實施例1制備步驟相同，不同的是，步驟(1)中采用的陶瓷粉末為氧化鋯，取80wt％氧化鋯顆粒級配粉體，粗粉粒度D50在100μm，細粉粒度D502μm，分散劑為2％的三乙醇胺；粘結劑為3.5％的聚丙基纖維素，潤滑劑為0.5％丙三醇，其余為9.8％去離子水和4.2％酒精；步驟(3)中，打印過程中使用2mm噴頭，在步驟(5)中燒結曲線：從室溫以2℃/min升溫至500℃，然后升溫至800℃，速率不變，最后以1℃/min升溫至1500℃保溫3h即可，燒結密度達到5.30g/cm3以上。
以上百分數(shù)均為質量分數(shù)。