一種超微珠成型的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超微珠成型的制備方法，該方法是將陶瓷墨水過(guò)濾，灌注到儲(chǔ)液瓶中，將儲(chǔ)液瓶置于噴墨打印機(jī)中，利用壓電效應(yīng)和氣壓控制，將陶瓷墨水打印在絲狀電極上，繼而形成超微珠，并且形成的超微珠尺寸可控，多在35μm-150μm之間，并具有極好的一致性和穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】一種超微珠成型的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超微珠成型的制備方法，尤其是涉及陶瓷墨水材料體系的超微珠成型噴墨打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]噴墨打印技術(shù)是20世紀(jì)70年代末開(kāi)發(fā)成功的一種非接觸式的數(shù)字印刷技術(shù)。是指將陶瓷墨水通過(guò)打印頭的噴嘴噴射到各種介質(zhì)表面上，如陶瓷釉磚、亞克力、木材、紙張等，本專利是將其噴射到絲狀電極上，從而實(shí)現(xiàn)了一種非接觸、高速度、低噪音的新型材料制備方法。
[0003]在噴墨打印技術(shù)的基礎(chǔ)上，將所需的陶瓷粉體制備成墨水，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，利用特制的按需型噴墨打印機(jī)可以將配制好的陶瓷墨水直接打印在絲狀電極上。這種噴墨打印方法與現(xiàn)有的微珠制備工藝相比具有以下優(yōu)點(diǎn):&利用噴墨打印制備的微珠，和傳統(tǒng)的手工點(diǎn)珠相比，其均勻性和一致性都顯著提高，并且尺寸可精確控制，大幅提高了成品率;(2)噴墨打印過(guò)程完全由計(jì)算機(jī)控制，數(shù)字化程度高。生產(chǎn)過(guò)程中可以根據(jù)具體的要求任意改變參數(shù)，使噴打出的陶瓷墨滴符合其各個(gè)要求，并且微珠成型的可重復(fù)性也顯著提高;(3)非接觸式，可在多種介質(zhì)表面實(shí)現(xiàn)噴打。
[0004]陶瓷噴墨打印成型技術(shù)作為一種全新的陶瓷成型方法，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和納米陶瓷粉體懸浮液制備技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，具有快速、成本低、自動(dòng)化程度高、應(yīng)用廣泛，可制備多種復(fù)雜圖案元件等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)陶瓷制備工藝無(wú)可比擬的。但是和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的噴墨打印技術(shù)還處于起步階段，仍存在很多關(guān)鍵性的技術(shù)問(wèn)題亟待解決。相信今后會(huì)受到越來(lái)越多科研工作者的關(guān)注，噴墨打印技術(shù)也會(huì)成為陶瓷材料制備領(lǐng)域的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明所述的超微珠成型制備方法就是利用較為先進(jìn)的噴墨打印技術(shù)，先將市售的陶瓷墨水過(guò)濾，再灌注到儲(chǔ)液瓶中，將儲(chǔ)液瓶置于噴墨打印機(jī)中，利用壓電效應(yīng)和氣壓控制，將陶瓷墨水打印在絲狀電極上，繼而形成超微珠，并且形成的超微珠尺寸可控，多在35 μ m-150 μ m之間，并具有極好的一致性和穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于，提供一種超微珠的成型制備方法，該方法是將配制好的陶瓷墨水過(guò)濾，灌注到儲(chǔ)液瓶中，將儲(chǔ)液瓶置于噴墨打印機(jī)中，利用壓電效應(yīng)和氣壓控制，將陶瓷墨水打印在絲狀電極上，繼而形成超微珠，并且形成的超微珠尺寸可控，多在35 μ m-150 μ m之間，并具有極好的一致性和穩(wěn)定性。
[0007]本發(fā)明所述的一種超微珠成型的制備方法，該方法中所涉及的噴墨打印機(jī)是由儲(chǔ)液瓶(I)、導(dǎo)管(2)、壓電式噴頭(3)、二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)(4)、電控制器(5)、氣控制器(6)、微噴觀測(cè)高倍鏡頭(7)、機(jī)械泵(8)組成，具體操作按下列步驟進(jìn)行: a、陶瓷墨水的選擇:噴墨打印的陶瓷墨水粘度在2-35cP，表面張力為35-75dyn/cm，陶瓷顆粒的粒徑為20-500nm，zeta電位絕對(duì)值在30_120mv ；
b、噴墨打印系統(tǒng)調(diào)試:將步驟a中的陶瓷墨水進(jìn)行過(guò)濾，加入到儲(chǔ)液瓶(I)中，通過(guò)導(dǎo)管(2 )陶瓷墨水進(jìn)入壓電式噴頭(3 )，調(diào)節(jié)壓電式噴頭3、電控制器(5 )和氣控制器(6 )，設(shè)定電壓-120-120V，信號(hào)頻率0.2-20KHz，墨滴速度0.2_25m/s ；
C、微珠成型:通過(guò)調(diào)節(jié)電控制器(5)和氣控制器(6)，將陶瓷墨水通過(guò)壓電式噴頭(3)噴打在置于二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)(4)上的絲狀電極上，即可形成尺寸為35 μ m-150 μ m的微珠。
[0008]步驟c中絲狀電極為鉬金絲、鉬銥絲、碳纖維、銀絲或銅絲。
[0009]本發(fā)明提供的一種噴墨打印系統(tǒng)主要是按需型噴墨打印機(jī)，是由儲(chǔ)液瓶(I)、導(dǎo)管
(2)、壓電式噴頭(3)、二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)(4)、電控制器(5)、氣控制器(6)、微噴觀測(cè)高倍鏡頭(7 )和機(jī)械泵(8 )組成。其中通過(guò)選擇合適型號(hào)(MJ-A系列、DIMATIX_SPECTRA系列、XAAR系列、SEIKO系列、K0NICA_MIN0LTA系列、EPSON系列)的壓電式噴頭可噴打出各種顏色、各種組成成分的陶瓷墨水；通過(guò)調(diào)節(jié)噴頭電控制器和氣控制器可精確控制滴出陶瓷墨水墨滴的形狀與尺寸大??；通過(guò)調(diào)節(jié)二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)可精確控制絲狀電極的走位，使陶瓷墨水墨滴精確打印到絲狀電極上；通過(guò)微噴觀測(cè)高倍鏡頭可捕捉到墨點(diǎn)從噴孔處墨到形成一個(gè)理想墨滴微珠的全部過(guò)程，并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。
[0010]本發(fā)明所述的一種超微珠的成型制備方法，該方法中所述的陶瓷墨水，為市售產(chǎn)品，根據(jù)陶瓷墨水顏料顏色的不同，其陶瓷粉體的組成也不同，多為過(guò)渡金屬氧化物，如Fe2O3、TiO2> BaTiO3、CoFe2O4、ZrO2、Cr2O3 等；
其中噴墨打印系統(tǒng)的調(diào)試:通過(guò)分析微噴觀測(cè)高倍鏡頭捕捉到的墨滴的飛行狀態(tài)和微珠成型過(guò)程，判斷調(diào)整控制噴頭的電壓和氣壓，通過(guò)反復(fù)測(cè)試，找到最適合墨水噴頭的工作電壓和氣壓，使噴頭和墨水的匹配度達(dá)到最佳狀態(tài)，繼而噴打出符合要求的微珠(35 μ m-150 μ m)，再通過(guò)微噴觀測(cè)高倍鏡頭對(duì)其進(jìn)行分析、記錄，保存，使在下次噴打時(shí)就可快速判斷墨水與噴頭的匹配情況，從而提高其噴珠效率。
[0011]本發(fā)明所述的一種超微珠的成型制備方法，其特點(diǎn)為:
省去制備結(jié)晶核的步驟，利用噴墨打印機(jī)，可直接在絲狀電極上噴墨打印，節(jié)省工序，且微珠尺寸更小(35 μ m-150 μ m),能夠基本實(shí)現(xiàn)陶瓷墨水的超微珠成型；
噴墨打印系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，自動(dòng)化程度高，通過(guò)調(diào)整改變合適的噴頭電壓和氣壓，使噴打出微珠尺寸的一致性和均勻性都顯著提高；
利用噴墨打印系統(tǒng)，微珠成型的可重復(fù)性和效率都顯著提高；
該方法利用噴墨打印技術(shù)，節(jié)能環(huán)保，操作簡(jiǎn)單，便于微珠成型，以及用于其他介質(zhì)表面成型。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明儲(chǔ)液瓶和壓電式噴頭的簡(jiǎn)易裝置圖,其中I為儲(chǔ)液瓶,2為導(dǎo)管,3為壓電式嗔頭；
圖2為本發(fā)明按需型噴墨打印系統(tǒng)的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置圖，其中3為壓電式噴頭，4為二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)，5為電控制器、6為氣控制器、7為微噴觀測(cè)高倍鏡頭、8為機(jī)械泵； 圖3為本發(fā)明微噴觀測(cè)高倍鏡頭記錄的墨滴微珠的噴射過(guò)程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
a、陶瓷墨水的選擇:選用市售的納米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度為35cP，表面張力為35dyn/cm,陶瓷顆粒的粒徑在40nm,平均zeta電位絕對(duì)值為47.5mv ；
b、噴墨打印系統(tǒng)調(diào)試:將步驟a中的陶瓷墨水通過(guò)0.5 μ m的過(guò)濾頭進(jìn)行過(guò)濾，加入到儲(chǔ)液瓶I中，通過(guò)導(dǎo)管2陶瓷墨水進(jìn)入壓電式噴頭3，調(diào)節(jié)壓電式噴頭3、電控制器5和氣控制器6，設(shè)定電壓40±5V，信號(hào)頻率500Hz，墨滴速度1.2±lm/s ；
C、微珠成型:打開(kāi)機(jī)械泵8,氣體進(jìn)入氣控制器6,待氣控制器6中氣壓穩(wěn)定后,打開(kāi)電控制器5，電壓40±5V，信號(hào)頻率500Hz，墨滴速度1.2±lm/s，陶瓷墨水通過(guò)壓電式噴頭3噴打在置于二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)4上的鉬依絲電極上，即可形成尺寸為80±5 μ m的微珠。
[0014]實(shí)施例2
a、陶瓷墨水的選擇:選用市售的納米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度為2cP，表面張力為75dyn/cm,陶瓷顆粒的粒徑在200nm,平均zeta電位絕對(duì)值為120mv ；
b、噴墨打印系統(tǒng)調(diào)試:將步驟a中的陶瓷墨水通過(guò)0.5 μ m的過(guò)濾頭進(jìn)行過(guò)濾，加入到儲(chǔ)液瓶I中，通過(guò)導(dǎo)管2陶瓷墨水進(jìn)入壓電式噴頭3，調(diào)節(jié)壓電式噴頭3、電控制器5和氣控制器6，設(shè)定電壓115±5V，信號(hào)頻率20KHz，墨滴速度24±lm/s ；
C、微珠成型:打開(kāi)機(jī)械泵8,氣體進(jìn)入氣控制器6,待氣控制器6中氣壓穩(wěn)定后,打開(kāi)電控制器5，電壓115±5V，信號(hào)頻率20KHz，墨滴速度24± lm/s，陶瓷墨水通過(guò)壓電式噴頭3噴打在置于二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)4上的鉬金絲電極上，即可形成尺寸為35±5 μ m的微珠。
[0015]實(shí)施例3
a、陶瓷墨水的選擇:選用市售的納米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度為25cP，表面張力為50dyn/cm,陶瓷顆粒的粒徑在20nm,平均zeta電位絕對(duì)值為30mv ；
b、噴墨打印系統(tǒng)調(diào)試:將步驟a中的陶瓷墨水進(jìn)行過(guò)濾，加入到儲(chǔ)液瓶I中，通過(guò)導(dǎo)管2陶瓷墨水進(jìn)入壓電式噴頭3，調(diào)節(jié)壓電式噴頭3、電控制器5和氣控制器6，設(shè)定電壓_115±5V，信號(hào)頻率200Hz，墨滴速度3.5 ± lm/s ；
C、微珠成型:打開(kāi)機(jī)械泵8,氣體進(jìn)入氣控制器6,待氣控制器6中氣壓穩(wěn)定后,打開(kāi)電控制器5，電壓-115 土 5V，信號(hào)頻率200Hz，墨滴速度3.5 土 lm/s，陶瓷墨水通過(guò)壓電式噴頭3噴打在置于二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)4上的碳纖維絲電極上，即可形成尺寸為150±5 μ m的微珠。
[0016]實(shí)施例4
a、陶瓷墨水的選擇:選用市售的納米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度為16cP，表面張力為64dyn/cm,陶瓷顆粒的粒徑在70nm,平均zeta電位絕對(duì)值為47.5mv ；
b、噴墨打印系統(tǒng)調(diào)試:將步驟a中的陶瓷墨水進(jìn)行過(guò)濾，加入到儲(chǔ)液瓶I中，通過(guò)導(dǎo)管2陶瓷墨水進(jìn)入壓電式噴頭3，調(diào)節(jié)壓電式噴頭3、電控制器5和氣控制器6，設(shè)定電壓-60±5V，信號(hào)頻率12KHZ，墨滴速度4±lm/s ；
C、微珠成型:打開(kāi)機(jī)械泵8,氣體進(jìn)入氣控制器6,待氣控制器6中氣壓穩(wěn)定后,打開(kāi)電控制器5，電壓_60±5V，信號(hào)頻率12KHZ，墨滴速度4± lm/s，陶瓷墨水通過(guò)壓電式噴頭3噴打在置于二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)4上的銀絲電極上，即可形成尺寸為100±5 μ m的微珠。[0017]實(shí)施例5
a、陶瓷墨水的選擇:選用市售的納米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度為22cP，表面張力為45dyn/cm,陶瓷顆粒的粒徑在180nm,平均zeta電位絕對(duì)值為67.5mv ；
b、噴墨打印系統(tǒng)調(diào)試:將步驟a中的陶瓷墨水進(jìn)行過(guò)濾，加入到儲(chǔ)液瓶I中，通過(guò)導(dǎo)管2陶瓷墨水進(jìn)入壓電式噴頭3，調(diào)節(jié)壓電式噴頭3、電控制器5和氣控制器6，設(shè)定電壓
60±5V，信號(hào)頻率600Hz，墨滴速度10 ± lm/s ；
C、微珠成型:打開(kāi)機(jī)械泵8,氣體進(jìn)入氣控制器6,待氣控制器6中氣壓穩(wěn)定后,打開(kāi)電控制器5，電壓60±5V，信號(hào)頻率600Hz，墨滴速度10± lm/s，陶瓷墨水通過(guò)壓電式噴頭3噴打在置于二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)4上的銅絲電極上，即可形成尺寸為60±5 μ m的微珠。
[0018]實(shí)施例6
將實(shí)施例1-5中任意一種形成的微珠，通過(guò)用微噴觀測(cè)高倍鏡頭7拍照錄像，實(shí)時(shí)觀測(cè)微珠的形成過(guò)程。
【權(quán)利要求】
1.一種超微珠成型的制備方法，其特征在于該方法中所涉及的噴墨打印機(jī)是由儲(chǔ)液瓶(I)、導(dǎo)管(2)、壓電式噴頭(3)、二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)(4)、電控制器(5)、氣控制器(6)、微噴觀測(cè)高倍鏡頭(7)和機(jī)械泵(8)組成，具體操作按下列步驟進(jìn)行: a、陶瓷墨水的選擇:噴墨打印的陶瓷墨水粘度在2-35cP，表面張力為35-75dyn/cm，陶瓷顆粒的粒徑為20-200nm，zeta電位絕對(duì)值在30_120mv ； b、噴墨打印系統(tǒng)調(diào)試:將步驟a中的陶瓷墨水進(jìn)行過(guò)濾，加入到儲(chǔ)液瓶(I)中，通過(guò)導(dǎo)管(2 )陶瓷墨水進(jìn)入壓電式噴頭(3 )，調(diào)節(jié)壓電式噴頭3、電控制器(5 )和氣控制器(6 )，設(shè)定電壓-120-120v，信號(hào)頻率0.2-20KHz，墨滴速度0.2_25m/s ； C、微珠成型:通過(guò)調(diào)節(jié)電控制器(5)和氣控制器(6)，將陶瓷墨水通過(guò)壓電式噴頭(3)噴打在置于二維微位移調(diào)節(jié)臺(tái)(4)上的絲狀電極上，即可形成尺寸為35 μ m-150 μ m的微珠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟c中絲狀電極為鉬金絲、鉬銥絲、碳纖維、銀絲或銅絲。
【文檔編號(hào)】B41J3/407GK103465639SQ201310357235
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】常愛(ài)民, 陳龍, 蔣春萍, 高博, 孔雯雯, 姚金城 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所