[发明专利]钛墨水、其制备方法以及使用其制备钛制品的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年2月16日提交的美国临时申请第62/116,575号和于2016年1月4日提交的美国临时申请第62/274,409号的权益，该两篇申请均通过引用以其整体引入本文。

技术领域

本公开一般涉及喷墨打印中使用的含钛墨水、其制备方法以及使用所公开的墨水打印钛制品的方法，所述钛制品随后进行热处理而形成固体钛部件。

背景技术

纯钛(Ti)以及合金形式的钛由于其所具有的优异的机械性能而在工业应用中具有吸引力。这些性能包括高刚度和比强度，其几乎是钢的两倍，而密度却近乎其一半。另外，Ti具有优良的耐腐蚀性、良好的蠕变和疲劳品质、高断裂韧性和生物相容性，使其成为可用于从航空航天到医疗装置等多种应用的材料。另外，钛由于其能够利用多种不同技术而制备成各种制品而具有吸引力。例如，粉末冶金(PM)提供了能够产生净成型Ti部件而没有材料损失以及无需与自锻坯机械加工复杂组件相关的费用的可能性。

钛制品还能够利用通常称为粉末床打印(powder bed printing)的金属添加剂制造工艺(metal additive manufacturing process)来制作。示例性工艺包括直接金属激光烧结、选择性激光烧结、选择性激光熔炼和电子束熔炼。基于激光的工艺需要使用大功率激光，以便至少部分熔炼和熔合邻近的钛粉末，从而得到成品固体部件。电子束熔炼需要加热粉末床以达到合理的打印速度。

其他已知的加工技术包括粘合剂喷射(binder-jetting)和滴落粉末上(drop-on-powder)技术，其中粉末薄层铺展在基底板上，随后是喷墨头扫描，其将液体粘合材料滴沉积遍及粉末床。在这种工艺中，利用喷墨头沉积的是粘合剂而非金属组分。类似地，Carreno等(Three-dimensional printing of shape memory alloy；E.Carreno-Morelli,S.Marinerie and J.E.Bidaux；Material Science Forum Vols.534-536(2007)pp.477-480)描述了仅将溶剂从喷墨头分配到预合金金属粉末的粉末床中。现有技术迄今为止描述了直接从喷墨头沉积金属，主要是因为无法得到表现出必需的钛粒径和稳定性性能的含钛墨水。

为了克服上述缺陷，本发明人已经发现了新型含钛墨水，其允许直接打印钛基部件，诸如通过喷墨打印。因此，所公开的含钛墨水及其制备方法以及使用其的方法涉及克服一个和更多个上述问题和/或现有技术中的其他问题。

发明内容

部分地为满足上述需求，本公开涉及用于钛基部件的直接打印的墨水组合物，诸如通过喷墨打印。在一个实施方式中，所述墨水组合物包括液体分散体，所述液体分散体是具有小于10.0微米的平均粒径的氢化钛粉末；液体载体；和至少一种表面活性剂的液体分散体。

在另一实施方式中，公开了制备如上所述的含钛墨水组合物的方法。该方法包括：提供具有小于10.0微米的平均粒径的氢化钛粉末；将所述氢化钛粉末分散在液体载体中，形成分散体；并将至少一种表面活性剂添加至所述分散体中，形成墨水组合物。

在又一实施方式中，公开了通过喷墨打印制备钛产品的方法。该方法包括打印墨水组合物形成半成品(green article)，所述墨水组合物包括具有小于10.0微米的平均粒径的氢化钛粉末的分散体；加热所述半成品形成含钛部件。在一个实施方式中，加热所述半成品包括至少一个使该制品脱粘和/或脱氢的步骤。加热还能用于烧结所述制品并产生钛产品。本公开还涉及通过本文所述方法生产的成品钛制品。

除了上面所讨论的主题之外，本公开包括多个其他特征，诸如在下文解释的那些。上文的描述和下文的描述都仅仅是示例性的。

附图简述

附图引入本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是显示作为颗粒直径函数的金属粉末中氧含量的图，假定金属氧化物层位于颗粒表面。

图2是图解制备如本文所述及实施的喷墨组合物的方法步骤的流程图。

图3是图解利用通过图2所示的方法制备的喷墨组合物打印钛制品的方法步骤的流程图。

发明详述