3D打印氧化锆陶瓷墨水的制备与性能研究

摘要

喷墨打印成型技术作为3D打印技术之一，由于其打印精度高，人们试图将其应用于陶瓷材料的制备，特别是在精密陶瓷材料的制备中。陶瓷喷墨打印成型的关键是打印墨水的制备。对于氧化锆陶瓷材料，由于其密度较高，难以稳定地分散，且难以制备具有高固相含量低粘度的打印墨水。本文根据胶体化学的原理，试图通过同时添加两种不同类型分散剂聚丙烯酸铵（PAA-NH4）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP），并改变溶剂中去离子水、无水乙醇、丙三醇的比例的方法，提高氧化锆粉末在打印墨水中的分散稳定性，从而制备具有较高固相含量的3D打印陶瓷墨水。
　　论文首先重点研究了二元分散剂对陶瓷墨水流变性能的影响，粘度结果表明：二元分散剂的添加模式对流变性的影响较大。与二元分散剂先后添加模式相比，同时添加模式的情况下陶瓷墨水的粘度更小。当同时混合添加分散剂1wt％PAA-NH4和1wt%PVP，陶瓷墨水具有更低的粘度。SEM结果显示陶瓷墨水分散良好。FTIR结果表明，二种分散剂相互作用产生的缔合作用是提高陶瓷墨水流变性的主要原因。
　　其次，通过沉降实验和干燥实验，改变溶剂中水、甘油、酒精的比例，评估了陶瓷墨水的稳定性与干燥性，结果表明：干燥速率随着酒精含量的升高而增加；稳定性随着甘油含量的升高而增加。室温下，对于固相含量为20vol%的陶瓷墨水，在喷墨打印的粘度要求范围内，陶瓷墨水中酒精最大加入量为30vol%，甘油的加入量不超过35vol%。
　　最后，利用墨滴观测仪观测喷墨打印过程，考察了打印温度、脉冲电压和工作频率对墨滴喷射行为的影响，结果表明：自制20vol%陶瓷墨水在25℃和60℃下都能喷射形成单个规则圆润的墨滴，有较宽的喷墨温度范围；当脉冲电压120V、工作频率为5000Hz时，喷墨打印过程中墨滴喷射形态较为理想。使用该陶瓷墨水打印成型的义齿样品经烧结后，密度达到理论密度的95%以上。

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1 绪 论

1.1 速成型技术

1.2 三维打印快速成型

1.3 三维打印陶瓷墨水研究进展

1.4 研究意义与研究内容

2 陶瓷墨水的制备与实验表征

2.1 制备方法

2.2 实验表征

3 陶瓷墨水流变行为及干燥行为的研究

3.1 陶瓷墨水的流变性能

3.2 陶瓷墨水的表面张力

3.3 陶瓷墨水的分散性与稳定性

3.4 陶瓷墨水的干燥性能

3.5 本章小结

4 陶瓷墨水喷射行为的研究

4.1 墨滴喷射行为实验

4.2 打印参数对墨滴喷射行为的影响

4.3 3D打印成型义齿

4.4 本章小结

5 全文总结

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ攻读硕士学位期间发表和待发表论文