[发明专利]一种陶瓷3D打印产品及其脱脂焙烧一体化工艺方法

说明书

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种陶瓷3D打印产品及其脱脂焙烧一体化工艺方法，其中，所述陶瓷3D打印产品脱脂焙烧一体化工艺方法，包括对陶瓷胚体的脱脂和焙烧，所述脱脂包括将陶瓷胚体置于反应装置内，先由室温升至200℃并保温；再由200℃升至500℃并保温；最后由500℃升至800℃并保温；所述焙烧包括在脱脂达到800℃并保温结束之后，向反应装置内充入空气后由800℃升至1000℃并保温；再由1000℃升至1280℃并保温。本发明提供的工艺方法，可使陶瓷脱脂坯体保持一定的强度，快速、无缺陷的脱出陶瓷坯体中的大部分有机物，避免空气热脱脂过程中需要根据有机黏结剂的热脱脂特性进行缓慢、复杂的升温速率和保温时间的特定设置，普适性好。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种陶瓷3D打印产品及其脱脂焙烧一体化工艺方法。

背景技术

陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、低密度、化学稳定性好、耐腐蚀等优异特性，是三大固体材料之一。目前陶瓷3D打印制备的主要材料有氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、磷酸钙陶瓷等。

而陶瓷3D打印技术的发展使复杂陶瓷产品制备成为可能，3D打印技术具有的操作简单、速度快、精度高等优点给陶瓷注入了新的活力。

目前国外已有很多研究，出现了3DCeram、Lithoz等专注陶瓷3D打印的公司。目前国内陶瓷3D打印技术还不够成熟，清华大学、西安交通大学等科研单位正在钻研，也涌现出了十维科技等敢于探索的企业。

虽然，陶瓷3D打印可以制备结构复杂、高精度的多功能陶瓷，在建筑、工业、医学、航空航天等领域将会得到广泛的应用，在陶瓷型芯、骨科替代物、催化器等方向具有很好的应用前景，将给我们的生活带来巨大改变。

但是，通过光固化3D打印技术得到的氧化铝陶瓷坯体中含有大量的固化后的光敏树脂，在坯体的各类大小间隙中也存在大量的未固化的光敏树脂，如何款速脱除固化的和未固化的光敏树脂，一直是3D打印中存在的难于解决的问题。

脱脂是光固化3D成型陶瓷坯体后处理中至关重要的一步，脱脂过程中出现的微裂纹、孔洞、分层等缺陷在烧结过程中会被放大，直接决定了成型陶瓷的质量。而在陶瓷焙烧的过程中，如果没有有效的脱除这些光敏树脂，在热脱脂过程会使氧化铝陶瓷生坯内部产生较大的内应力，容易使氧化铝陶瓷坯体发生变形、开裂、起泡以及分层等现象，这些现象限制了光固化3D打印氧化铝陶瓷技术的发展与应用。

针对光固化3D打印氧化铝陶瓷材料的脱脂方面的研究并不充分，如何利用新型助溶剂辅助脱脂、采用合理的脱脂设备以及合理的脱脂工艺，获得结构均匀、无裂纹、表面质量优良的氧化铝陶瓷材料，是促进光固化3D打印氧化铝陶瓷技术发展与应用的重要步骤。

根据光固化3D打印氧化铝陶瓷坯体的陶瓷化过程，需要脱脂将陶瓷坯体中含有的大量有机物去除，然而通过控制脱脂过程的顺利进行是陶瓷化过程中的主要技术瓶颈之一，现有的脱脂过程主要以0.1～1℃/min的升温速率和不间断保温时间来设置，其过程漫长，完成脱脂往往需要50-100h。

申请号为201910810054.7的《一种整体式陶瓷铸型分布烧结收缩控制方法》公开了一种整体式陶瓷铸型分布烧结收缩控制方法公开日为2019年11月15日，其首先在陶瓷粉体材料中添加两种或两种以上的烧结膨胀剂，分散均匀后得到所需的陶瓷粉体原材料粉末，将陶瓷粉体原材料粉末与液相溶剂混合，球磨均匀后得到陶瓷浆料，然后采用基于光固化3D打印的型芯/型壳一体化陶瓷铸型成型工艺制备铸型坯体，坯体经冷冻干燥后进行烧结处理。铸型烧结分两步进行，第一步为中低温脱脂烧结，烧结温度不超过1100℃，第二步为高温强化烧结，烧结温度高于1200℃。本发明采用的方案针利用反应烧结氧化膨胀效应抵消分步烧结过程中的收缩变形，可用于抑制整体式陶瓷铸型焙烧过程中的烧结收缩变形，有效提高铸型制造精度；但是由于采用分步式的方式，一方面导致脱脂过程提供的热量被浪费，另一方面造成了制备过程的时间格外漫长。