[发明专利]一种光固化成型碳化硅陶瓷浆料和应用

说明书

本发明公开了一种光固化成型碳化硅陶瓷浆料和应用，所述碳化硅陶瓷浆料由SiC陶瓷粉末与光固化浆料组成，所述SiC陶瓷粉末由粒径为200‑500nm的SiC粉末A与粒径为600‑2000nm的SiC粉末B组成，所述SiC陶瓷粉末在碳化硅陶瓷浆料的体积分数为30‑50vol.％，所述光固化浆料由预聚物、稀释剂、光引发剂、分散剂、光扩散剂、添加剂组成、所述光扩散剂选自二氧化硅微球、有机硅微球、苯乙烯树脂、丙烯酸树脂中的至少一种。本发明通过采用两种粒径的碳化硅粉体进行互配，其与光扩散剂、树脂体系的配方配伍获得具有良好光固化性能的陶瓷浆料，进而获得优异的光固化特性和成型性能，并最终获得性能良好的碳化硅产品。

技术领域

本发明涉及一种光固化成型碳化硅陶瓷浆料和应用，属于3D打印成型技术领域。

背景技术

随着工业技术的飞速发展和材料应用领域的不断扩大，人们对高性能陶瓷材料的需求与日俱增。碳化硅陶瓷材料由于其卓越的稳定性、生物相容性、耐高温耐腐蚀性以及良好的硬度和强度,在航空航天、石油化工、生物医学、机械生产电子元件等国防与工业领域应用广泛。如在核工业中主要作为结构和包壳材料应用，涉及到复杂结构的成型及连接问题。但是，陶瓷材料具有高脆性和高硬度的特点，使复杂结构的制品难以成形。传统的陶瓷工艺依靠模具制造，生产周期长，制造成本高，成形精度受限，难以适应复杂几何结构和高精度要求的个性化陶瓷制品。而目前已有的化学气相浸渍和先驱体热解转化制备碳化硅陶瓷存在成本高，周期长等问题。因此，开发光固化成型3D打印碳化硅陶瓷技术对于促进碳化硅陶瓷复杂结构和器件的制备具有重要的意义，对于推动碳化硅陶瓷材料在航天航空、医疗和核工业等领域的发展和应用价值重大。

以陶瓷墨水或浆料为原料的SiC陶瓷材料直接增材制造技术，主要包括光固化成型(stereo lithography，SLA)和墨水直写成型(Direct Ink writing，DIW)等技术。陶瓷材料光固化成型(stereo lithography，SLA)技术是在近年来在聚合物光固化技术的基础上发展起来的最有前景的陶瓷材料增材制备技术之一。在陶瓷材料的光固化工艺成型中，一般采用将陶瓷粉末分散在由预聚物、稀释剂和光引发剂组成的光敏树脂体系中，以形成固含量高、粘度低、分散稳定的陶瓷浆料。当浆料被倒入光固化成型装置中，经特定的紫外灯照射后，可使光敏树脂单体发生聚合，形成交联式高分子网络。通过固化后的高分子交联网络固定住陶瓷颗粒，使其形成特定形状的陶瓷胚体，最后采用脱脂脱胶和高温烧结等工艺生产出陶瓷材料或成品。

光固化成型碳化硅陶瓷技术具有很高的成形精度和表面质量，能够形成特定的复杂结构。但该技术受打印材料体系的限制大，目前研究工作主要集中于生物陶瓷和结构陶瓷的成型，由于碳化硅粉体对紫外光吸收率高、散射作用强、与光敏树脂折射率差值大等原因，导致碳化硅陶瓷的光固化成型技术实现较为困难；且现有基于光固化成型技术的碳化硅陶瓷浆料中的陶瓷固相含量较低，导致最终制备的碳化硅陶瓷材料力学强度较差。而从光固化成型技术的工艺原理来看，用于光固化成型的碳化硅陶瓷浆料必须保证一定的流动性，流动性不足的陶瓷浆料不能保证每一层浆料被均匀地涂抹在储料槽表面，会降低打印精度。而材料的应用又要求所采用的碳化硅陶瓷浆料具有高固相含量，以保证其后续处理中致密度的要求。由此可知，在光固化成型的打印过程中，如何保证陶瓷浆料具有高固相含量的同时又具有一定的流动性和光固化性能，是目前最为关键且棘手的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种高固含量的光固化成型碳化硅陶瓷浆料。

本发明的第二个目的在于提供一种光固化成型碳化硅陶瓷浆料的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：