一種環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末的制備方法，該方法將陶瓷粉末、環(huán)氧樹脂、丙酮溶劑按所需比例投入反應(yīng)釜中，將密封的反應(yīng)釜升溫并進(jìn)行機(jī)械攪拌，保溫時，丙酮直接揮發(fā)并回收；冷卻過程中，環(huán)氧樹脂結(jié)晶包覆在陶瓷粉末表面；從反應(yīng)釜中取出粉末，放置自然干燥后研磨過篩，即得到最終的環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末材料。該方法有利于提高初始形坯的強(qiáng)度、覆膜效果好，并降低粘接劑的含量，并且工藝簡單、對設(shè)備要求低，不會對環(huán)境造成污染。
【專利說明】一種環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末的制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及快速成形【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，研究比較多的SLS材料有高分子粉末材料、金屬粉末材料、陶瓷粉末材料、納米復(fù)合材料等，其中，陶瓷材料的快速成型制造是SLS技術(shù)的一個重要的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段研究的陶瓷粉末材料主要有四類:直接混合粘結(jié)劑的陶瓷粉末、表面覆膜的陶瓷粉末、表面改性的陶瓷粉末、樹脂砂。
[0003]一般來說，SLS系統(tǒng)配備的激光器的功率較小，不足以直接熔化高熔點(diǎn)陶瓷粉末，因此采用間接法來制造陶瓷零件，這種方法使用的陶瓷基粉末材料中含有低熔點(diǎn)粘接劑，激光器通過掃描熔融這些低熔點(diǎn)粘接劑來成形初始形坯。用于間接法SLS的陶瓷復(fù)合粉末的制備方法通常有兩種:一是機(jī)械混合法，是將陶瓷粉末和粘接劑粉末機(jī)械混合得到復(fù)合粉末，機(jī)械混合法具有工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)非常明顯，如粘接劑含量高，零件后處理收縮大；初始形坯強(qiáng)度低，后處理過程中形坯容易損壞；很難均勻混合，粉末在運(yùn)輸及鋪粉過程中易產(chǎn)生偏聚現(xiàn)象等。另外一種為覆膜法，即通過一定工藝將聚合物粘接劑包覆在陶瓷粉末顆粒的外表面，形成聚合物覆膜陶瓷粉末。這種覆膜陶瓷粉末具有較多優(yōu)點(diǎn)，包括:形坯的強(qiáng)度比較高；粘接劑效率較高，因而含量較少；材料穩(wěn)定，不易產(chǎn)生偏聚現(xiàn)象；激光吸收率高等。然而目前的覆膜工藝較復(fù)雜、成本較高，如最常用的噴霧干燥法，對材料要求高，材料準(zhǔn)備工序復(fù)雜， 對設(shè)備要求較高。
[0004]在間接法SLS過程中，初始形坯必須具有足夠的強(qiáng)度來保證后處理過程中形坯的形狀、尺寸精度不受損失。增加初始形坯的強(qiáng)度最簡單的方法是提高聚合物粘接劑的含量，然而由于粘接劑最終要高溫脫除即脫脂后處理，因而高粘接劑含量往往造成形坯在脫脂后形成大量空洞，這就使得最終零件要產(chǎn)生不可接受的收縮量，而且還可能使形坯在脫脂過程中潰散。高粘接劑含量引起的另一個問題是脫脂時間的延長，造成效率減低、成本提高。因此，在形坯強(qiáng)度滿足后處理要求的情況下，粘接劑的含量要降到最低。因?yàn)楦材し勰┑男闻鲝?qiáng)度高于機(jī)械混合粉末，因而使用覆膜粉末更有利于降低粘接劑的含量。另外，環(huán)氧樹脂作為粘接劑具有粘接力極高、成形收縮率小、化學(xué)穩(wěn)定性好等特性，因此，選用與陶瓷粉末界面粘接較好且SLS成形件的強(qiáng)度較高的環(huán)氧樹脂作為粘接劑也有利于提高形坯強(qiáng)度，降低聚合物粘接劑的含量，提高制件精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種新型的環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末的制備方法。
[0006]一種環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟:
[0007]I)將陶瓷粉末、環(huán)氧樹脂按所需比例投入反應(yīng)釜中，加入足量的丙酮溶劑，將反應(yīng)釜和與之相連的丙酮揮發(fā)收集裝置整體密封，通氮?dú)獗Ｗo(hù)；將釜內(nèi)溫度從室溫經(jīng)過0.5~I小時升高到40~50°C，升溫同時進(jìn)行機(jī)械攪拌，使環(huán)氧樹脂完全溶解于丙酮中，然后保溫I小時~2小時，在保溫過程中，丙酮直接揮發(fā)；
[0008]2)釜內(nèi)經(jīng)過2~3小時冷卻至室溫，將覆膜粉末聚集體從所述反應(yīng)釜中取出，放置自然干燥一段時間后，放入真空干燥箱進(jìn)一步干燥，最后將粉末研磨過篩，即得到環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末材料，其中，所述環(huán)氧樹脂與陶瓷粉末的質(zhì)量比不得小于1:19，丙酮的加入量應(yīng)足夠使反應(yīng)釜攪拌頭置于丙酮液面以下。
[0009]其中，所述陶瓷粉末可為氧化鋁、碳化硅、氧化鋯等。
[0010]其中，步驟I)中丙酮揮發(fā)后通過與反應(yīng)釜相連的揮發(fā)收集裝置將丙酮回收。
[0011]由上可知，本發(fā)明所使用的溶劑為丙酮，因?yàn)楸梢匀芙猸h(huán)氧樹脂。整個制備過程在密閉容器中進(jìn)行，不會對環(huán)境造成污染。使用環(huán)氧樹脂作為粘接劑，因?yàn)榄h(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)低，粘接性強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高，成形性好，因而使用環(huán)氧樹脂做粘接劑有利于提高初始形坯的強(qiáng)度、降低粘接劑的含量。溶劑析出法制備覆膜陶瓷粉末是采用一步法加料，而且使用的反應(yīng)設(shè)備為常規(guī)的反應(yīng)釜，因而具有工藝簡單、對設(shè)備要求低等特點(diǎn)。
[0012]本發(fā)明的方法具有以下有益效果:
[0013]I)粘接劑加入量較少，覆膜效果好，形坯的強(qiáng)度比較高，因此最終燒結(jié)體的密度和強(qiáng)度較高，較高強(qiáng)度的SLS坯體有利于后續(xù)其它工藝的進(jìn)行；
[0014]2)材料穩(wěn)定，不易 產(chǎn)生偏聚現(xiàn)象，覆膜較為均勻；
[0015]3)整個制備過程是在密閉容器中進(jìn)行，丙酮揮發(fā)后有專門的收集裝置，不會對環(huán)境造成污染；
[0016]4)選用環(huán)氧樹脂作為粘接劑，相比其他用于覆膜的高分子材料，有利于提高初始形坯的強(qiáng)度、降低粘接劑的含量；
[0017]5)采用一步法加料，而且使用的反應(yīng)設(shè)備為常規(guī)的反應(yīng)釜，因而工藝簡單、對設(shè)備要求低；
[0018]6)解決了傳統(tǒng)的噴霧干燥法工藝復(fù)雜、成本較高、對材料和設(shè)備要求較高等難題?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]本發(fā)明提供了環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末的制備方法，其步驟為:
[0021]I)將陶瓷粉末、環(huán)氧樹脂分別投入帶夾套的不銹鋼反應(yīng)釜中，加入足量的溶劑，將反應(yīng)釜和與之相連的丙酮揮發(fā)收集裝置整體密封，通氮?dú)獗Ｗo(hù)；其中，陶瓷粉末可以為:氧化鋁、碳化硅、氧化鋯等各種陶瓷粉料，環(huán)氧樹脂與陶瓷粉末的質(zhì)量比可根據(jù)需要選取，但不得小于1:19，溶劑為丙酮，加入量應(yīng)足夠使反應(yīng)釜攪拌頭置于丙酮液面以下，一般為4000ml~7000ml ;將釜內(nèi)溫度從室溫經(jīng)過0.5~I小時升高到40~50°C，升溫同時進(jìn)行機(jī)械攪拌，使環(huán)氧樹脂完全溶解于丙酮中，劇烈攪拌使陶瓷粉料均勻分散在環(huán)氧樹脂的丙酮溶液中，保溫I~2小時。由于丙酮在室溫就會揮發(fā)，在保溫過程中，丙酮直接揮發(fā)，需要通過與反應(yīng)釜相連的揮發(fā)收集裝置將丙酮回收，以免污染環(huán)境。[0022]2)釜內(nèi)經(jīng)過2小時~3小時冷卻至室溫，使環(huán)氧樹脂逐漸以陶瓷粉末為核，結(jié)晶包覆在其表面，形成環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末聚集體；將該復(fù)合粉末聚集體從反應(yīng)釜中取出，放置自然干燥一段時間后，再放入真空干燥箱進(jìn)一步干燥，最后將結(jié)成塊狀的粉末研磨后過篩，即得到所需的環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末材料。
[0023]下面結(jié)合通過該方法制造的環(huán)氧樹脂覆膜不同的陶瓷粉末實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0024]實(shí)施例1制備環(huán)氧樹脂覆膜氧化鋁粉末
[0025](I)將環(huán)氧樹脂E06、氧化鋁粉末(FC-A型，法國Baikowski公司)按質(zhì)量比1:2投入反應(yīng)釜中，加入4000ml溶劑丙酮(分析純，天津?qū)毉t豐公司)，將反應(yīng)釜和與之相連的丙酮揮發(fā)收集裝置整體密封，通氮?dú)獗Ｗo(hù)。將釜內(nèi)溫度從室溫經(jīng)過0.5小時~I小時升高到40~50°C左右，升溫同時進(jìn)行機(jī)械攪拌，使環(huán)氧樹脂完全溶解于丙酮中，劇烈攪拌使氧化鋁均勻分散在環(huán)氧樹脂的丙酮溶液中，保溫I小時~2小時，在保溫過程中，丙酮直接揮發(fā)，通過揮發(fā)收集裝置將丙酮回收；
[0026](2)釜內(nèi)經(jīng)過2小時~3小時冷卻至室溫，使環(huán)氧樹脂逐漸以氧化鋁粉末為核，結(jié)晶包覆在其表面，形成環(huán)氧樹脂覆膜氧化鋁粉末聚集體。將該聚集體從反應(yīng)釜中取出，放置自然干燥一段時間后，將結(jié)成塊狀的粉末研磨后過篩，即得到所需的環(huán)氧樹脂覆膜氧化鋁粉末材料。
[0027]實(shí)施例2制備環(huán)氧樹脂覆膜 碳化硅粉末
[0028](I)將環(huán)氧樹脂E06、碳化娃粉末按質(zhì)量比1:3投入反應(yīng)爸中，加入4000ml溶劑丙酮，將反應(yīng)釜和與之相連的丙酮揮發(fā)收集裝置整體密封，通氮?dú)獗Ｗo(hù)。將釜內(nèi)溫度從室溫經(jīng)過0.5小時~I小時升高到40~50°C,升溫同時進(jìn)行機(jī)械攪拌,使碳化娃均勻分散在環(huán)氧樹脂的丙酮溶液中，保溫I小時~2小時，在保溫過程中，丙酮直接揮發(fā)，通過揮發(fā)收集裝置將其回收；
[0029](2)釜內(nèi)經(jīng)過2小時~3小時冷卻至室溫，使環(huán)氧樹脂逐漸以碳化硅粉末為核，結(jié)晶包覆在其表面，形成環(huán)氧樹脂覆膜碳化硅粉末聚集體。將該復(fù)合粉末聚集體從反應(yīng)釜中取出，放置自然干燥一段時間后，再放入真空干燥箱10小時左右烘干，最后將結(jié)成塊狀的粉末研磨過篩，即得到所需的環(huán)氧樹脂覆膜碳化硅粉末材料。
[0030]實(shí)施例3制備環(huán)氧樹脂覆膜氧化鋯粉末
[0031]一、對氧化鋯粉末表面進(jìn)行改性即表面有機(jī)化處理:
[0032]I)將氧化鋯(東莞南玻陶瓷科技有限公司生產(chǎn))進(jìn)行預(yù)熱，并利用超聲震蕩使其充分分散在乙醇溶劑中，形成懸浮液。偶聯(lián)劑選用(3-氨丙基)三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑(APTS)，用以提高環(huán)氧樹脂與氧化鋯表面之間的黏合強(qiáng)度與耐久性。用乙醇(分析純)和水按質(zhì)量比95:5配成醇-水溶液，攪拌下加入APTS使?jié)舛冗_(dá)到2%，將溶液放置I小時使APTS充分水解。將水解的APTS加入到上述懸浮液中，混合物在常溫下攪拌2小時，再在75°C下冷凝回流4小時；
[0033]2)將混合物進(jìn)行離心處理回收溶劑，并用乙醇洗滌沉淀物以除去吸附在氧化鋯表面多余的APTS。最后，將得到的沉淀物在110°C下真空干燥I小時，再在50°C下真空干燥12小時。
[0034]二、對氧化鋯粉末進(jìn)行覆膜:[0035]I)將環(huán)氧樹脂E06、表面改性的氧化鋯粉末按質(zhì)量比1:9投入反應(yīng)釜中，加入5000ml溶劑丙酮，將反應(yīng)釜和與之相連的丙酮揮發(fā)收集裝置整體密封，通氮?dú)獗Ｗo(hù)。將釜內(nèi)溫度從室溫經(jīng)過0.5小時~I小時升高到40~50°C，升溫同時進(jìn)行機(jī)械攪拌，使氧化鋯均勻分散在環(huán)氧樹脂的丙酮溶液中，保溫I~2小時，在保溫過程中，丙酮直接揮發(fā)，通過揮發(fā)收集裝置將丙酮回收；
[0036]2)釜內(nèi)經(jīng)過2~3小時冷卻至室溫，使環(huán)氧樹脂逐漸以氧化鋯粉末為核，結(jié)晶包覆在其表面，形成環(huán)氧樹脂覆膜氧化鋯粉末聚集體。將該復(fù)合粉末聚集體從反應(yīng)釜中取出，放置自然干燥一段時間后，將結(jié)成塊狀的粉末研磨后過篩，即得到所需的環(huán)氧樹脂覆膜氧化鋯粉末材料。
[0037]綜上，本發(fā)明通過環(huán)氧樹脂對陶瓷粉末進(jìn)行覆膜，獲得了性能較好的SLS用陶瓷粉末。該發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法制備SLS用陶瓷粉末時的如下缺陷:(1)粘接劑含量高，零件后處理收縮大；(2)初始形坯強(qiáng)度低，后處理過程中形坯容易損壞；(3)材料不穩(wěn)定，易產(chǎn)生偏聚現(xiàn)象；(4)工藝復(fù)雜，對材料和設(shè)備要求較高等。由本發(fā)明的工藝制備SLS用覆膜陶瓷粉末具有簡單易行、加工周期短、成本低等特點(diǎn)，有助于實(shí)現(xiàn)陶瓷零件的SLS快速制造，拓展了 SLS成形技術(shù)的應(yīng)用范圍，在快速成形領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0038]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明保護(hù)的范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟: 1)將陶瓷粉末、環(huán)氧樹脂按所需比例投入反應(yīng)釜中，加入丙酮溶劑，將反應(yīng)釜和與之相連的丙酮揮發(fā)收集裝置整體密封，通氮?dú)獗Ｗo(hù)；將釜內(nèi)溫度從室溫經(jīng)過0.5~I小時升高到40~50°C，升溫同時進(jìn)行機(jī)械攪拌，使環(huán)氧樹脂完全溶解于丙酮中，然后保溫I~2小時，在保溫過程中，丙酮直接揮發(fā)； 2)釜內(nèi)經(jīng)過2~3小時冷卻至室溫，將得到的覆膜粉末聚集體從所述反應(yīng)釜中取出，放置自然干燥一段時間后，放入真空干燥箱進(jìn)一步干燥，最后將粉末研磨過篩，即得到環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末材料； 其中，所述環(huán)氧樹脂與陶瓷粉末的質(zhì)量比不小于1:19，丙酮的加入量應(yīng)足夠使反應(yīng)釜攪拌頭置于丙酮液面以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末的制備方法，其中，所述陶瓷粉末為氧化鋁、碳化硅或氧化鋯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末的制備方法，其中，所述步驟I)中丙酮揮發(fā)后通過與反應(yīng)釜相連的揮發(fā)收集裝置將丙酮回收。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)氧樹脂覆膜陶瓷粉末的制備方法，其中，丙酮的加入量為 4000ml ~7000ml。
5.一種環(huán)氧樹脂覆膜氧化鋯陶瓷粉末的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟: 一、對氧化鋯粉末表面進(jìn)行`改性即表面有機(jī)化處理: 1)將氧化鋯粉末進(jìn)行預(yù)熱，并利用超聲震蕩使其充分分散在乙醇溶劑中，形成懸浮液；選用(3-氨丙基)三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑(APTS)作為偶聯(lián)劑，用以提高環(huán)氧樹脂與氧化鋯表面之間的黏合強(qiáng)度與耐久性；用乙醇和水按質(zhì)量比95:5配成醇-水溶液，攪拌下加入APTS使?jié)舛冗_(dá)到2%，將溶液放置I小時使APTS充分水解；將水解的APTS加入到上述懸浮液中，混合物在常溫下攪拌2小時，再在75°C下冷凝回流4小時； 2)將混合物進(jìn)行離心處理回收溶劑，并用乙醇洗滌沉淀物以除去吸附在氧化鋯表面多余的APTS ;最后，將得到的沉淀物在110°C下真空干燥I小時，再在50°C下真空干燥12小時。 二、對氧化鋯粉末進(jìn)行覆膜: 1)將上述經(jīng)過表面改性的氧化鋯粉末、環(huán)氧樹脂、溶劑丙酮按所需比例投入反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜和與之相連的丙酮揮發(fā)收集裝置整體密封，通氮?dú)獗Ｗo(hù)；其中，環(huán)氧樹脂與氧化鋯粉末的質(zhì)量比不得小于1:19，丙酮的加入量應(yīng)足夠使反應(yīng)釜攪拌頭置于丙酮液面以下； 將釜內(nèi)溫度從室溫經(jīng)過0.5~I小時升高到40~50°C，升溫同時進(jìn)行機(jī)械攪拌，使氧化鋯均勻分散在環(huán)氧樹脂的丙酮溶液中，保溫I~2小時，在保溫過程中，丙酮直接揮發(fā)，通過與反應(yīng)釜相連的揮發(fā)收集裝置將丙酮回收； 2)釜內(nèi)經(jīng)過2~3小時冷卻至室溫，使環(huán)氧樹脂逐漸以氧化鋯粉末為核，結(jié)晶包覆在其表面，形成環(huán)氧樹脂覆膜氧化鋯粉末聚集體；將該復(fù)合粉末聚集體從反應(yīng)釜中取出，放置自然干燥一段時間后，將結(jié)成塊狀的粉末研磨后過篩，即得到所需的環(huán)氧樹脂覆膜氧化鋯粉末材料。
【文檔編號】C04B35/628GK103601502SQ201310576294
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】史玉升, 劉凱, 夏思婕, 劉潔, 李晨輝 申請人:華中科技大學(xué)