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决定3D打印陶瓷技术的5种陶瓷粉末你见过吗?

发布日期:2020-09-23 17:19 作者:莫桑比克赌场

  增材制造(3D打印)被称为第三次工业革命,2015年工信部等三部委联合发布《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》,首次从政府层面对3D打印技术予以高度评价。

  3D打印在我国的发展面临着一个严重的瓶颈,就是耗材,如何制备出超高强度、超高耐温、超高韧性、超高抗蚀、具有一定环境适应性的新材料,是中国在3D打印市场的突破口。

  2017年1月24日,工信部等四部委印发《新材料产业发展指南》,明确指出要布局一批前沿新材料。在增材制造材料方面,要研发开发氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硅等陶瓷粉末。

  对于陶瓷材料来说,原材料粉末的性能(如纯度、粒径大小及分布、颗粒形态等因素)会对陶瓷的使用性能产生直接影响。理想的主要有成分控制精、致密度高、球形度好、颗粒尺寸小且粒度分布范围窄、分散性好、流动性好等特性。

  氧化铝是一种白色无定形粉状物,质极硬、熔点高、耐酸碱、耐腐蚀、绝缘性好,主要用于铝的冶炼,还用于耐火材料、陶瓷等。

  99.99%高纯氧化铝粉末主要用于高压钠灯、新型发光材料、特殊陶瓷、高级涂层、三基色、催化剂及一些高性能材料。99.995%高纯氧化铝粉主要用于LED人造蓝宝石晶体、高级陶瓷、PDP荧光粉及一些高性能材料。

  纳米氧化铝粉末添加到各种丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、硅丙乳液等树脂的水性液体中,添加量为5%-10%,可提高树脂硬度。

  化学制备方法:拜耳法、硫酸铝铵热解法、碳酸铝铵热解法等,拜耳法氧化铝粉末平均粒径范围为10-100μm,碱含量高、粒度粗,不宜在精细陶瓷中应用;

  机械研磨:氧化铝在高能量研磨设备的研磨下,达到亚微米粒级以至纳米粒级,用这种方法制得的氧化铝粉表面缺陷多,烧结活性也较好,另外具有成本低廉,制备方便,产量高等优点。

  氧化锆作为一种金属氧化物,具有熔沸点高、热膨胀系数大、抗腐蚀性强、化学稳定性好等优异的物理和化学性质,可应用于烤瓷牙、刀具、传感器、轴承、陶瓷、汽车尾气排气装置等领域。

  氧化锆粉末的制备方法有机械粉碎、化学沉淀法、水热法、水热结晶、溶胶-凝胶法、等离子体法和电弧炉法、喷雾干燥等,工业上常采用气流粉碎制备氧化锆粉末,颗粒尺寸一般在1-88um之间。

  氧化锆陶瓷具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质,可作为感应加热管、发热元件、氧传感器、高温发热体、热障涂层等领域。

  碳化硅是一种超硬材料,莫氏硬度为9.5,具有硬度高、强度高、抗氧化和耐磨性能好等优异性能。碳化硅主要有四大应用领域:功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。

  碳化硅的工业制法是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块,经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。

  碳化硅本身硬度高,要使其粒径分布达到所限定的范围,对于碳化硅微粉的粉碎和分级来说十分困难,气流粉碎和分级设备是碳化硅微粉行业不可替代的超微细加工设备。

  碳化硅粗料目前已能大量供应,而技术含量极高的纳米级碳化硅粉体的规模化生产和应用还需要一段时间。

  碳化硅陶瓷具有优良的常温力学性能(高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数),而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中最佳的。

  氮化铝属类金刚石氮化物,呈白色或灰白色,具有热导率高(约3200W/m·K)、热膨胀系数小、电性能优良、机械性能好、光传输特性好等特性,是良好的耐热冲击材料,可用于坩埚材料、电绝缘体、高功率集成电路基片和包装材料等领域。

  氮化铝粉末的常见制备方法主要有:铝粉直接氮化法、氧化铝粉碳热还原法、自蔓延高温合成法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、等离子体法等,其中铝粉直接氮化法和氧化铝粉碳热还原法已应用于市场化大规模生产,自蔓延高温合成法随着对其机理的深入研究,应用该方法已经可以进行小批量生产。

  目前市场上高品质的氮化铝粉末产品(如日本德山公司)采用等离子体法制备,但该方法设备昂贵、技术复杂,处于被少数发达国家和公司垄断领域。

  氮化铝陶瓷基片,热导率高,膨胀系数低,耐化学腐蚀,电阻率高,介电损耗小,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。氮化铝陶瓷的金属化性能较好,可替代有毒性的氧化铍瓷应用于电子工业。

  氮化硅粉末呈灰色、白色或灰白色,具有硬度高、耐磨损、耐腐蚀、膨胀系数小、热导率大、高温耐氧化性好,是一种重要的结构陶瓷材料。氮化硅粉末可用作耐火材料、轴承滚珠、球阀耐蚀部件、功能陶瓷等领域。

  氮化硅粉末的制备方法主要有直接氮化法、碳热还原法、硅酞亚胺分解法等方法。其中直接氮化法因其生产工艺简单易行,生产设备操作容易,生产成本较低等优点,得到了科学界和产业界广泛的认同和采用。


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