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            決定3D打印陶瓷技術發展的5種陶瓷粉末,你見過嗎?
            發布日期:2020/7/20 11:52:48 發布者:管理員

            一、粉末材料是3D打印陶瓷技術的關鍵

            增材制造(3D打?。┍环Q為第三次工業革命,2015年工信部等三部委聯合發布《國家增材制造產業發展推進計劃(2015-2016年)》,首次從政府層面對3D打印技術予以高度評價。

            3D打印在我國的發展面臨著一個嚴重的瓶頸,就是耗材,如何制備出超高強度、超高耐溫、超高韌性、超高抗蝕、具有一定環境適應性的新材料,是中國在3D打印市場的突破口。

            2017年1月24日,工信部等四部委印發《新材料產業發展指南》,明確指出要布局一批前沿新材料。在增材制造材料方面,要研發開發氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化鋁、氮化硅等陶瓷粉末。

            對于陶瓷材料來說,原材料粉末的性能(如純度、粒徑大小及分布、顆粒形態等因素)會對陶瓷的使用性能產生直接影響。理想的陶瓷粉末主要有成分控制精、致密度高、球形度好、顆粒尺寸小且粒度分布范圍窄、分散性好、流動性好等特性。

            二、5大陶瓷粉末

            1、氧化鋁

            (1)氧化鋁粉末的特性

            氧化鋁是一種白色無定形粉狀物,質極硬、熔點高、耐酸堿、耐腐蝕、絕緣性好,主要用于鋁的冶煉,還用于耐火材料、陶瓷等。

            99.99%高純氧化鋁粉末主要用于高壓鈉燈、新型發光材料、特殊陶瓷、高級涂層、三基色、催化劑及一些高性能材料。99.995%高純氧化鋁粉主要用于LED人造藍寶石晶體、高級陶瓷、PDP熒光粉及一些高性能材料。

            納米氧化鋁粉末添加到各種丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、硅丙乳液等樹脂的水性液體中,添加量為5%-10%,可提高樹脂硬度。

            (2)氧化鋁粉末的制備方法

            化學制備方法:拜耳法、硫酸鋁銨熱解法、碳酸鋁銨熱解法等,拜耳法氧化鋁粉末平均粒徑范圍為10-100μm,堿含量高、粒度粗,不宜在精細陶瓷中應用;

            機械研磨:氧化鋁在高能量研磨設備的研磨下,達到亞微米粒級以至納米粒級,用這種方法制得的氧化鋁粉表面缺陷多,燒結活性也較好,另外具有成本低廉,制備方便,產量高等優點。

            (3)氧化鋁陶瓷

            氧化鋁陶瓷有較好的傳導性、機械強度和耐高溫性。

            2、氧化鋯

            (1)氧化鋯粉末的特性

            氧化鋯作為一種金屬氧化物,具有熔沸點高、熱膨脹系數大、抗腐蝕性強、化學穩定性好等優異的物理和化學性質,可應用于烤瓷牙、刀具、傳感器、軸承、陶瓷、汽車尾氣排氣裝置等領域。

            (2)氧化鋯粉末的制備方法

            氧化鋯粉末的制備方法有機械粉碎、化學沉淀法、水熱法、水熱結晶、溶膠-凝膠法、等離子體法和電弧爐法、噴霧干燥等,工業上常采用氣流粉碎制備氧化鋯粉末,顆粒尺寸一般在1-88um之間。

            (3)氧化鋯陶瓷

            氧化鋯陶瓷具有熔點和沸點高、硬度大、常溫下為絕緣體、而高溫下則具有導電性等優良性質,可作為感應加熱管、發熱元件、氧傳感器、高溫發熱體、熱障涂層等領域。

            3、碳化硅

            (1)碳化硅粉末的特性

            碳化硅是一種超硬材料,莫氏硬度為9.5,具有硬度高、強度高、抗氧化和耐磨性能好等優異性能。碳化硅主要有四大應用領域:功能陶瓷、高級耐火材料、磨料及冶金原料。

            (2)碳化硅粉末的制備方法

            碳化硅的工業制法是用優質石英砂和石油焦在電阻爐內煉制。煉得的碳化硅塊,經破碎、酸堿洗、磁選和篩分或水選而制成各種粒度的產品。

            碳化硅本身硬度高,要使其粒徑分布達到所限定的范圍,對于碳化硅微粉的粉碎和分級來說十分困難,氣流粉碎和分級設備是碳化硅微粉行業不可替代的超微細加工設備。

            密友QF系列氣流粉碎機(氣流磨)

            碳化硅粗料目前已能大量供應,而技術含量極高的納米級碳化硅粉體的規?;a和應用還需要一段時間。

            (3)碳化硅陶瓷

            碳化硅陶瓷具有優良的常溫力學性能(高的抗彎強度、優良的抗氧化性、良好的耐腐蝕性、高的抗磨損以及低的摩擦系數),而且高溫力學性能(強度、抗蠕變性等)是已知陶瓷材料中最佳的。

            4、氮化鋁

            (1)氮化鋁的特性

            氮化鋁屬類金剛石氮化物,呈白色或灰白色,具有熱導率高(約3200W/m·K)、熱膨脹系數小、電性能優良、機械性能好、光傳輸特性好等特性,是良好的耐熱沖擊材料,可用于坩堝材料、電絕緣體、高功率集成電路基片和包裝材料等領域。

            (2)氮化鋁粉末的制備

            氮化鋁粉末的常見制備方法主要有:鋁粉直接氮化法、氧化鋁粉碳熱還原法、自蔓延高溫合成法、化學氣相沉積法、溶膠凝膠法、等離子體法等,其中鋁粉直接氮化法和氧化鋁粉碳熱還原法已應用于市場化大規模生產,自蔓延高溫合成法隨著對其機理的深入研究,應用該方法已經可以進行小批量生產。

            目前市場上高品質的氮化鋁粉末產品(如日本德山公司)采用等離子體法制備,但該方法設備昂貴、技術復雜,處于被少數發達國家和公司壟斷領域。

            (3)氮化鋁陶瓷

            氮化鋁陶瓷基片,熱導率高,膨脹系數低,耐化學腐蝕,電阻率高,介電損耗小,是理想的大規模集成電路散熱基板和封裝材料。氮化鋁陶瓷的金屬化性能較好,可替代有毒性的氧化鈹瓷應用于電子工業。

            5、氮化硅

            (1)氮化硅粉末的特性

            氮化硅粉末呈灰色、白色或灰白色,具有硬度高、耐磨損、耐腐蝕、膨脹系數小、熱導率大、高溫耐氧化性好,是一種重要的結構陶瓷材料。氮化硅粉末可用作耐火材料、軸承滾珠、球閥耐蝕部件、功能陶瓷等領域。

            (2)氮化硅粉末的制備方法

            氮化硅粉末的制備方法主要有直接氮化法、碳熱還原法、硅酞亞胺分解法等方法。其中直接氮化法因其生產工藝簡單易行,生產設備操作容易,生產成本較低等優點,得到了科學界和產業界廣泛的認同和采用。

            (3)氮化硅陶瓷

            氮化硅陶瓷具有重量輕和剛度大的特點,是一種理想的高溫結構材料,可用來制造滾珠軸承、柴油發動機電熱塞等。


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