一種用於3d列印的摻鉻無機納米複合材料及其製備方法
2023-05-07 17:53:46
一種用於3d列印的摻鉻無機納米複合材料及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於3D列印的摻鉻無機納米複合材料，以重量百分數計，包括：73-80％的陶瓷前驅體粉末、5-10％的納米粉末增強材料、2-5％的鉻粉、2-5％的表面活性劑、2-5％的有機溶劑、1-4％無機粘結劑、5-10％的低溫固化劑，納米粉末增強材料的粒徑為20-200納米。採用表面活性劑對納米粉末實施解團聚處理，使得納米粉末具備優異的分散性，將其添加入陶瓷前驅體粉末中，可以提高陶瓷緻密度及強度，並進一步提升產品韌性；無機混合粉末、無機粘結劑及低溫固化劑相互協同配合，在低溫下即可快速粘結；該無機納米複合材料作為3D列印快速成型機的成型原料，能夠有效的在3D印表機上快速成型，並可應用於多種不同型號的3D印表機。
【專利說明】一種用於30列印的摻鉻無機納米複合材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及30列印製造【技術領域】，具體涉及一種用於30列印的摻鉻無機納米複合材料及其製備方法。
技術背景
[0002]快速成形技術誕生於20世紀80年代後期，是基於材料堆積法的一種高新製造技術，被認為是近年來製造領域的一個重大成果。它集機械工程、^0、逆向工程技術、分層製造技術、數控技術、材料科學、雷射技術於一身，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或直接製造零件，從而為零件原型製作、新設計思想的校驗等方面提供了一種高效低成本的實現手段。即，快速成形技術就是利用三維「0的數據，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型。
[0003]30列印是一種快速成型技術，它綜合了計算機圖形處理、數位化信息和控制、雷射技術、機電技術和材料技術等多項技術的優勢，可將產品的物理形狀通過造型軟體或三維掃描儀轉化為三維數字立體模型，用分層軟體將此模型在2軸離散，形成一系列具有特定厚度的薄層，然後利用各種方法將這一系列薄層逐層堆積起來，最後經過適當的後處理方法，得到所需的產品。這種成型方法不需要模具，省去了模具設計、製造以及合模、脫模等過程，顯著縮短了研發和製造周期，降低了產品的成本。
[0004]30列印可分為兩大類:第一類是基於雷射技術的成型方法，如立體光刻(義虹的111:110^1-81)117 八卯、紙疊層(1肅 11131:6(1 013^601:[01),選擇性雷射燒結(3616(^1^6 1&861- 313)、選擇性雷射溶化(361601:1^6 1&861- 1611:6(1,311)等；第二類是非雷射技術的成型方法，如熔絲沉積([1186(1 061)0811:1011 1(3(1611118，
[01)、掩膜光固化81:61-60 1:1016
實體磨削固化(311(1 61-01111(1, 860)等。技術不同所用材料則完全不同，例如:熔絲沉積$01)技術操作簡單，所用的材料主要是環保高分子材料，例如:？1八、？八、八83、？匕等。目前，市場上所售的30列印成型材料基本被國外公司所壟斷，售價高，嚴重製約30列印技術在我國的推廣和普及。
【發明內容】
[0005]本發明的目的旨在克服現有技術的缺陷，提供一種用於30列印的摻鉻無機納米複合材料及其製備方法，該材料強度高、成型性能優異、成本低且通用性好。
[0006]本發明的技術方案如下:
[0007]一種用於30列印的摻鉻無機納米複合材料，以重量百分數計，包括:73-80%的陶瓷前驅體粉末、5-10%的納米粉末增強材料、2-5%的鉻粉、2-5%的表面活性劑、2-5%的有機溶劑、1-4%無機粘結劑、5-10%的低溫固化劑；所述納米粉末增強材料的粒徑為20-200納米。
[0008]所述陶瓷前驅體粉末選自氧化鋁、氮化鋁、氧化矽、氮化矽、碳化矽中的一種或任意兩種的組合，所述陶瓷前驅體粉末的粒徑為180-280目；
[0009]所述納米增強材料選自納米氧化鋅粉末、納米氧化鈦粉末中的一種；
[0010]所述表面活性劑選自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、磷酸三丁酯、十二烷基苯磺酸鈉、木質素磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚丙烯酸鈉中的一種；
[0011]所述低溫固化劑選自矽溶膠、鋁溶膠中的一種；
[0012]所述無機粘結劑為添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液；
[0013]所述有機溶劑為乙醇，丙酮，甲醇，正己烷，異丁醇、異丙醇中的一種。
[0014]進一步的，所述鉻粉純度為98%以上，粒徑為1-5微米。
[0015]進一步的，所述低溫固化劑的固相體積分數為10?40%。
[0016]進一步的，所述無機粘結劑中氧化矽、氧化鈦、氧化鋁及矽酸鈉的質量比為2: 1: 1: 4。
[0017]上述用於30列印的摻鉻無機納米複合材料的製備方法為:
[0018](1)將表面活性劑溶入有機溶劑中形成濃度為1.5-10^/1的表面活性劑溶液，將納米粉末增強材料加入該表面活性劑溶液中，超聲攪拌30-60分鐘，形成改性後的納米粉末增強材料懸濁液；
[0019](2)將上述改性後的納米粉末增強材料懸濁液、有機溶劑、鉻粉及陶瓷前驅體粉末均勻混合後，並放入轉速為3500-4000轉丨分鐘的研磨機中研磨5-8小時，然後進行超臨界乾燥，得到混合粉末。
[0020](3)將上述混合粉末及無機粘結劑均勻混合，然後與低溫固化劑混合併球磨1-2小時，形成無機納米複合材料，所述摻鉻無機納米複合材料的固含量為75-85%。
[0021]本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果:
[0022](1)採用表面活性劑對納米粉末實施解團聚處理，使得納米粉末具備優異的分散性，將其添加入陶瓷前驅體粉末中，可以提高陶瓷緻密度及強度，並進一步提升產品韌性。
[0023](2)本發明中的無機粘結劑具有粘結快速，粘結牢固等特點，可快速製作出各種形狀的模型產品。
[0024](3)無機混合粉末、鉻粉、無機粘結劑及低溫固化劑相互協同配合，在低溫下即可快速粘結，復配效果佳。
[0025](4)將該無機納米複合材料作為30列印快速成型機的成型原料，能夠有效的在30印表機上快速成型，並可應用於多種不同型號的30印表機。
[0026](5)本發明原料獲取範圍廣泛，製備方法簡單易行，成本低，有利於市場化的推廣。
【具體實施方式】
[0027]下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定。
[0028]實施例1:
[0029]一種用於30列印的摻鉻無機納米複合材料，以重量百分數計，包括:73%的氧化鋁、6 %的納米氧化鋅、2 %的鉻粉、4%的聚乙二醇、10 %的矽溶膠、1 %的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液、4%的乙醇；納米氧化鋅的粒徑為40納米；矽溶膠的固相體積分數為40% ；矽酸鈉溶液中氧化矽、氧化鈦、氧化鋁及矽酸鈉的質量比為2: 1: 1: 4。
[0030]該摻鉻無機納米複合材料的製備方法為:
[0031](1)將佔總重量4%的聚乙二醇溶入佔總重量2%的乙醇中，並形成濃度為徹/1的表面活性劑溶液，將佔總重量6%的納米氧化鋅加入該表面活性劑溶液中，超聲攪拌30分鐘，形成改性後的納米粉末增強材料懸濁液；
[0032](2)將上述改性後的納米粉末增強材料懸濁液與佔總重量2%的鉻粉、佔總重量2%的乙醇及佔總重量73%的氧化鋁均勻混合後，並放入轉速為4000轉/分鐘的研磨機中研磨5小時，然後進行超臨界乾燥，得到混合粉末。
[0033](3)將上述混合粉末及佔總重量1%的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液均勻混合，然後與佔總重量10%的矽溶膠混合，球磨2小時，形成無機納米複合材料，所述無機納米複合材料的固含量為75%。
[0034]實施例2:
[0035]一種用於30列印的摻鉻無機納米複合材料，以重量百分數計，包括:75%的氮化鋁、8 %的納米氧化鋅、3 %的鉻粉、5 %的聚乙烯醇、5 %的矽溶膠、1 %的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液、3%丙酮；納米氧化鋅的粒徑為20納米；矽溶膠的固相體積分數為10% ；矽酸鈉溶液中氧化矽、氧化鈦、氧化鋁及矽酸鈉的質量比為2: 1: 1: 4。
[0036]該摻鉻無機納米複合材料的製備方法為:
[0037](1)將佔總重量5%的聚乙二醇溶入佔總重量1%的丙酮中，並形成濃度為10^/I的表面活性劑溶液，將佔總重量8%的納米氧化鋅加入該表面活性劑溶液中，超聲攪拌60分鐘，形成改性後的納米粉末增強材料懸濁液；
[0038](2)將上述改性後的納米粉末增強材料懸濁液與佔總重量2%的鉻粉、佔總重量2%的丙酮及佔總重量75%的氮化鋁均勻混合後，並放入轉速為3500轉/分鐘的研磨機中研磨8小時，然後進行超臨界乾燥，得到混合粉末。
[0039](3)將上述混合粉末及佔總重量1%的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液均勻混合，然後與佔總重量5%的矽溶膠混合，球磨1小時，形成無機納米複合材料，所述無機納米複合材料的固含量為78%。
[0040]實施例3:
[0041]一種用於30列印的摻鉻無機納米複合材料，以重量百分數計，包括:78%的氧化矽、5 %的納米氧化鈦、2 %的鉻粉、3 %的磷酸三丁酯、8 %的矽溶膠、1 %的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液、3%的甲醇；納米氧化鈦的粒徑為60納米；矽溶膠的固相體積分數為20% ；矽酸鈉溶液中氧化矽、氧化鈦、氧化鋁及矽酸鈉的質量比為2: 1: 1: 4。
[0042]該摻鉻無機納米複合材料的製備方法為:
[0043](1)將佔總重量3%的磷酸三丁酯溶入佔總重量1%的甲醇中，並形成濃度為6^/I的表面活性劑溶液，將佔總重量5%的納米氧化鈦加入該表面活性劑溶液中，超聲攪拌50分鐘，形成改性後的納米粉末增強材料懸濁液；
[0044](2)將上述改性後的納米粉末增強材料懸濁液與佔總重量2%的鉻粉、佔總重量2%的甲醇及佔總重量78%的氧化矽均勻混合後，並放入轉速為3800轉/分鐘的研磨機中研磨7小時，然後進行超臨界乾燥，得到混合粉末。
[0045](3)將上述混合粉末及佔總重量1%的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液均勻混合，然後與佔總重量8%的矽溶膠混合，球磨1.5小時，形成無機納米複合材料，所述無機納米複合材料的固含量為76%。
[0046]實施例4:
[0047]一種用於30列印的摻鉻無機納米複合材料，以重量百分數計，包括:80%的氮化矽、5 %的納米氧化鈦、2 %的鉻粉、3 %的十二烷基苯磺酸鈉、5 %的矽溶膠、1 %的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液、4%的異丁醇；納米氧化鈦的粒徑為80納米；矽溶膠的固相體積分數為30% ；矽酸鈉溶液中氧化矽、氧化鈦、氧化鋁及矽酸鈉的質量比為2: 1: 1: 4。
[0048]該摻鉻無機納米複合材料的製備方法為:
[0049](1)將佔總重量3%的十二烷基苯磺酸鈉溶入佔總重量2%的異丁醇中，並形成濃度為38/1的表面活性劑溶液，將佔總重量5%的納米氧化鈦加入該表面活性劑溶液中，超聲攪拌40分鐘，形成改性後的納米粉末增強材料懸濁液；
[0050](2)將上述改性後的納米粉末增強材料懸濁液與佔總重量2%的鉻粉、佔總重量2%的異丁醇及佔總重量80%的氮化矽均勻混合後，並放入轉速為4000轉/分鐘的研磨機中研磨6小時，然後進行超臨界乾燥，得到混合粉末。
[0051](3)將上述混合粉末及佔總重量1%的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液均勻混合，然後與佔總重量5%的矽溶膠混合，球磨2小時，形成無機納米複合材料，所述無機納米複合材料的固含量為80%。
[0052]實施例5:
[0053]一種用於30列印的摻鉻無機納米複合材料，以重量百分數計，包括:80%的碳化矽、5 %的納米氧化鈦、5%的鉻粉、2 %的十二烷基硫酸鈉、5 %的鋁溶膠、1 %的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液、2%的異丙醇；納米氧化鈦的粒徑為150納米；矽溶膠的固相體積分數為20% ；矽酸鈉溶液中氧化矽、氧化鈦、氧化鋁及矽酸鈉的質量比為2: 1: 1: 4。
[0054]該摻鉻無機納米複合材料的製備方法為:
[0055](1)將佔總重量2%的十二烷基硫酸鈉溶入佔總重量1%的異丙醇中，並形成濃度為28/1的表面活性劑溶液，將佔總重量5%的納米氧化鈦加入該表面活性劑溶液中，超聲攪拌40分鐘，形成改性後的納米粉末增強材料懸濁液；
[0056](2)將上述改性後的納米粉末增強材料懸濁液與佔總重量5%的鉻粉、佔總重量1%的異丙醇及佔總重量80%的碳化矽均勻混合後，並放入轉速為3500轉/分鐘的研磨機中研磨8小時，然後進行超臨界乾燥，得到混合粉末。
[0057](3)將上述混合粉末及佔總重量1%的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液均勻混合，然後與佔總重量5%的鋁溶膠混合，球磨2小時，形成無機納米複合材料，所述無機納米複合材料的固含量為82%。
[0058]實施例6:
[0059]一種用於30列印的摻鉻無機納米複合材料，以重量百分數計，包括:38%的氧化鋁、38%的氮化鋁、10%的納米氧化鋅、4%的鉻粉、2%的聚乙烯吡咯烷酮、5%的鋁溶膠、1 %的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液、2%的正己烷；納米氧化鈦的粒徑為200納米；矽溶膠的固相體積分數為40% ；矽酸鈉溶液中氧化矽、氧化鈦、氧化鋁及矽酸鈉的質量比為2: 1: 1: 4。
[0060]該摻鉻無機納米複合材料的製備方法為:
[0061](1)將佔總重量2%的聚乙烯吡咯烷酮溶入佔總重量1%的正己烷中，並形成濃度為28/1的表面活性劑溶液，將佔總重量10%的納米氧化鋅加入該表面活性劑溶液中，超聲攪拌60分鐘，形成改性後的納米粉末增強材料懸濁液；
[0062](2)將上述改性後的納米粉末增強材料懸濁液與佔總重量4%的鉻粉、佔總重量
1%的正己烷及佔總重量38%的氧化鋁和38%的氮化鋁均勻混合後，並放入轉速為4000轉/分鐘的研磨機中研磨8小時，然後進行超臨界乾燥，得到混合粉末。
[0063](3)將上述混合粉末及佔總重量1%的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液均勻混合，然後與佔總重量5%的鋁溶膠混合，球磨2小時，形成無機納米複合材料，所述無機納米複合材料的固含量為84%。
[0064]實施例7:
[0065]一種用於30列印的摻鉻無機納米複合材料，以重量百分數計，包括:38%的氧化矽、38%的碳化矽、8%的納米氧化鈦、4%的鉻粉、3%的聚丙烯酸鈉、6%的鋁溶膠、1 %的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液、2%的正己烷；納米氧化鈦的粒徑為100納米；矽溶膠的固相體積分數為10% ；矽酸鈉溶液中氧化矽、氧化鈦、氧化鋁及矽酸鈉的質量比為
2: 1: 1: 4。
[0066]該摻鉻無機納米複合材料的製備方法為:
[0067](1)將佔總重量3%的聚丙烯酸鈉溶入佔總重量1%的正己烷中，並形成濃度為1.5^/1的表面活性劑溶液，將佔總重量8%的納米氧化鈦加入該表面活性劑溶液中，超聲攪拌60分鐘，形成改性後的納米粉末增強材料懸濁液；
[0068](2)將上述改性後的納米粉末增強材料懸濁液與佔總重量4%的鉻粉、佔總重量1 %的正己烷及佔總重量38%的氧化矽和38%的碳化矽均勻混合後，並放入轉速為4000轉/分鐘的研磨機中研磨8小時，然後進行超臨界乾燥，得到混合粉末。
[0069](3)將上述混合粉末及佔總重量1%的添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液均勻混合，然後與佔總重量6%的鋁溶膠混合，球磨2小時，形成無機納米複合材料，所述無機納米複合材料的固含量為85%。
【權利要求】
1.一種用於3D列印的摻鉻無機納米複合材料，其特徵在於，以重量百分數計，包括:75-85%的陶瓷前驅體粉末、5-10%的納米粉末增強材料、2-5%的表面活性劑、2-5%的有機溶劑、1-4%無機粘結劑、5-10%的低溫固化劑；所述陶瓷前驅體粉末選自氧化鋁、氮化鋁、氧化矽、氮化矽、碳化矽中的一種或任意兩種的組合，所述納米增強材料選自納米氧化鋅粉末、納米氧化鈦粉末中的一種；所述表面活性劑選自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、磷酸三丁酯、十二烷基苯磺酸鈉、木質素磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚丙烯酸鈉中的一種；所述低溫固化劑選自矽溶膠、鋁溶膠中的一種；所述無機粘結劑為添加了氧化矽、氧化鈦及氧化鋁的矽酸鈉溶液；所述有機溶劑為乙醇，丙酮，甲醇，正己烷，異丁醇、異丙醇中的一種；所述納米粉末增強材料的粒徑為20-200納米。
2.根據權利要求1所述的一種用於3D列印的摻鉻無機納米複合材料，其特徵在於:所述鉻粉純度為98%以上，粒徑為1-5微米。
3.根據權利要求1所述的一種用於3D列印的摻鉻無機納米複合材料，其特徵在於:所述陶瓷前驅體粉末的粒徑為180-280目。
4.根據權利要求1所述的一種用於3D列印的摻鉻無機納米複合材料，其特徵在於:所述低溫固化劑的固相體積分數為10?40%。
5.根據權利要求1所述的一種用於3D列印的摻鉻無機納米複合材料，其特徵在於:所述無機粘結劑中氧化矽、氧化鈦、氧化鋁及矽酸鈉的質量比為2:1:1: 4。
6.一種製備如權利要求1所述的用於3D列印的摻鉻無機納米複合材料的方法，其特徵在於，該方法包括: (1)將表面活性劑溶入有機溶劑中形成濃度為1.5-10g/L的表面活性劑溶液，將納米粉末增強材料加入該表面活性劑溶液中，超聲攪拌30-60分鐘，形成改性後的納米粉末增強材料懸濁液； (2)將上述改性後的納米粉末增強材料懸濁液、鉻粉、有機溶劑及陶瓷前驅體粉末均勻混合後，並放入轉速為3500-4000轉/分鐘的研磨機中研磨5-8小時，然後進行超臨界乾燥，得到混合粉末。 (3)將上述混合粉末及無機粘結劑均勻混合，然後與低溫固化劑混合併球磨1-2小時，形成無機納米複合材料，所述無機納米複合材料的固含量為75-85%。
7.根據權利要求5所述的一種用於3D列印的摻鉻無機納米複合材料的製備方法，其特徵在於: (1)將表面活性劑溶入有機溶劑中形成濃度為3g/L的表面活性劑溶液，將納米粉末增強材料加入該表面活性劑溶液中，超聲攪拌40分鐘，形成改性後的納米粉末增強材料懸濁液； (2)將上述改性後的納米粉末增強材料懸濁液、鉻粉、有機溶劑及陶瓷前驅體粉末均勻混合後，並放入轉速為4000轉/分鐘的研磨機中研磨6小時，然後進行超臨界乾燥，得到混合粉末。 (3)將上述混合粉末及無機粘結劑均勻混合，然後與低溫固化劑混合併球磨2小時，形成無機納米複合材料，所述無機納米複合材料的固含量為80%。
【文檔編號】C04B35/584GK104446394SQ201410717675
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月1日 優先權日:2014年12月1日
【發明者】岑偉, 郭雷 申請人:青島麥特瑞歐新材料技術有限公司