本發(fā)明涉及氮化硅陶瓷，具體涉及一種通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法。

背景技術(shù)：

1、氮化硅是一種高性能陶瓷材料，具有優(yōu)異的機械、熱學(xué)和化學(xué)性能，還具有極高的抗拉強度和硬度，使其能夠在高應(yīng)力條件下保持穩(wěn)定。相比其他陶瓷材料，氮化硅具有較高的斷裂韌性，能夠抵抗機械沖擊和熱沖擊。氮化硅的密度較低，這使得它在重量敏感的應(yīng)用中具有優(yōu)勢。憑借其優(yōu)異的熱學(xué)性能和力學(xué)性能，氮化硅被廣泛應(yīng)用于機械工程、電子工業(yè)、醫(yī)療器械和化工領(lǐng)域。

2、氮化硅陶瓷的本征彈性模量較高，能夠達到310gpa，在應(yīng)用于醫(yī)療器械領(lǐng)域中的人體植入時，由于氮化硅陶瓷的本征彈性模量要大大超出骨骼，所以當(dāng)在被植入人體后承擔(dān)了大部分的機械負荷，導(dǎo)致骨骼承受的負荷減小，形成了應(yīng)力遮蔽效應(yīng)，進一步導(dǎo)致延遲骨骼的愈合，長此以往，骨骼變得疏松。

3、為了降低氮化硅陶瓷的彈性模量，目前常用的方法有兩種：第一種方法為調(diào)節(jié)粉體的配方，改變燒結(jié)助劑的種類及含量，通過組分調(diào)控，降低氮化硅的彈性模量；第二種方法為添加造孔劑，使燒結(jié)后的氮化硅內(nèi)部分布不均勻的氣孔，以此降低氮化硅的彈性模量；第三種方法為使用特殊工藝，如冷凍干燥法，制備定向氣孔分布的多孔氮化硅，降低氮化硅的彈性模量；第四種方法為利用3d打印工藝，制備出具有網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的氮化硅，以此來降低彈性模量。

4、但是上述技術(shù)對氮化硅陶瓷的彈性模量的降低效果有限，難以將氮化硅陶瓷的彈性模量降低至與人骨的彈性模量接近。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，能夠?qū)⒌杼沾傻膹椥阅Ａ拷档椭僚c人骨彈性模量接近。

2、為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，由以下步驟組成：制備表面包覆的氮化硅粉體，噴霧造粒，配制氮化硅料漿，3d打?。?/p>

4、所述制備表面包覆的氮化硅粉體，將金屬硝酸鹽加入醇溶劑中，在40-50℃下攪拌30-35min，加入氮化硅粉體，繼續(xù)攪拌30-35min，滴加溫度為40-50℃的共沉淀劑，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌30-35min，抽濾，在100-105℃下將濾渣烘干后，再經(jīng)熱處理，得到表面包覆的氮化硅粉體；

5、所述熱處理，在空氣氣氛下，由1-1.5℃/min的升溫速度升溫至500-700℃，在500-700℃下熱處理2-2.5h；

6、所述金屬硝酸鹽為硝酸釔、硝酸鋁、硝酸鑭、硝酸鉺、硝酸鎂中的一種；

7、所述醇溶劑為甲醇或乙醇；

8、所述金屬硝酸鹽中的金屬陽離子與氮化硅粉體的摩爾比為6-10:90-94；

9、所述氮化硅粉體的d50粒徑≤1μm；

10、所述氮化硅粉體與醇溶液的質(zhì)量體積比為100-120g:500ml；

11、所述共沉淀劑為氨水、尿素的乙醇溶液、乙二胺中的一種；

12、所述氨水的質(zhì)量濃度為25-28%；

13、所述尿素的乙醇溶液的質(zhì)量濃度為30-40%；

14、所述共沉淀劑的滴加速度為1-1.5ml/min；

15、所述噴霧造粒，將表面包覆的氮化硅粉體進行噴霧造粒，控制噴霧造粒中的進口溫度為125-175℃，出口溫度為100-150℃，氣壓為1.2-3mp，噴霧器頻率為200-220hz，噴霧造粒結(jié)束得到球化氮化硅顆粒；

16、所述球化氮化硅顆粒的d50粒徑≤5μm；

17、所述配制氮化硅料漿，向球化氮化硅顆粒中加入樹脂，再加入2,4,6-三甲基苯甲?；交⑺嵋阴ィ╰po-l）、分散劑、球形造孔劑，然后使用料漿處理系統(tǒng)制備料漿，得到陶瓷料漿；

18、所述樹脂為1,6-己二醇二丙烯酸酯（hdda）、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯（pptta）、4-丙烯酰嗎啉（acmo）的組合物，其中，1,6-己二醇二丙烯酸酯（hdda）、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯（pptta）、4-丙烯酰嗎啉（acmo）的質(zhì)量比為3.8-4.2:3.8-4.2:2；

19、2,4,6-三甲基苯甲?；交⑺嵋阴ィ╰po-l）的質(zhì)量占樹脂總質(zhì)量的質(zhì)量分數(shù)為0.9-1.1%；

20、球化氮化硅顆粒的質(zhì)量與樹脂總質(zhì)量的質(zhì)量比為65-67:34；

21、所述分散劑為byk-103分散劑；

22、所述分散劑的質(zhì)量占球化氮化硅顆粒中氮化硅粉體的質(zhì)量的質(zhì)量分數(shù)為1.9-2.1%；

23、所述球形造孔劑為pmma微珠，d50粒徑為10-20μm；

24、所述球形造孔劑的質(zhì)量占球化氮化硅顆粒中氮化硅粉體的質(zhì)量的質(zhì)量分數(shù)為20-30%；

25、所述陶瓷料漿的體積固含量為40-45%；

26、所述3d打印，將陶瓷料漿倒入3d打印機的打印料倉中，確保料倉中沒有氣泡，然后進行校準后，啟動打印過程，打印完成后，取下坯體，使用清洗液清洗后，脫脂燒結(jié)，得到氮化硅陶瓷；

27、所述脫脂燒結(jié)的溫度為1700-1800℃，保溫時間為2-2.5h。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

29、（1）本發(fā)明的通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，通過將燒結(jié)助劑與氮化硅粉體復(fù)合，并使用pmma微珠作為造孔劑及使用3d打印成型，三種方法在降低氮化硅陶瓷的彈性模量上，能夠起到協(xié)同作用。其中，在將燒結(jié)助劑與氮化硅粉體復(fù)合中，首先將金屬硝酸鹽與氮化硅粉體結(jié)合，金屬陽離子吸附于氮化硅粉體表面，然后加入共沉淀劑，共沉淀劑促進金屬硝酸鹽沉淀，進行一次球化，得到表面包覆有金屬氧化物的氮化硅粉體，再將包覆有金屬氧化物的氮化硅粉體與pmma微球混合，包覆有金屬氧化物的氮化硅粉體吸附于pmma微球表面，進行二次球化，得到球化氮化硅顆粒，從而提高了氮化硅粉體與pmma微球的分散均勻性及在3d打印中氮化硅顆粒的流動速度，更有利于3d打印的進行，從而起到了協(xié)同作用；

30、（2）本發(fā)明的通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，能夠降低氮化硅陶瓷的彈性模量，制備的氮化硅陶瓷的彈性模量為35.8-43.5gpa。

技術(shù)特征：

1.一種通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，由以下步驟組成：制備表面包覆的氮化硅粉體，噴霧造粒，配制氮化硅料漿，3d打?。?/p>

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，所述熱處理，在空氣氣氛下，由1-1.5℃/min的升溫速度升溫至500-700℃，在500-700℃下熱處理2-2.5h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，所述金屬硝酸鹽為硝酸釔、硝酸鋁、硝酸鑭、硝酸鉺、硝酸鎂中的一種；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，所述共沉淀劑為氨水、尿素的乙醇溶液、乙二胺中的一種；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，所述噴霧造粒，將表面包覆的氮化硅粉體進行噴霧造粒，噴霧造粒結(jié)束得到球化氮化硅顆粒；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，所述樹脂為1,6-己二醇二丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、4-丙烯酰嗎啉的組合物，其中，1,6-己二醇二丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、4-丙烯酰嗎啉的質(zhì)量比為3.8-4.2:3.8-4.2:2。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，2,4,6-三甲基苯甲?；交⑺嵋阴サ馁|(zhì)量占樹脂總質(zhì)量的質(zhì)量分數(shù)為0.9-1.1%；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，所述球形造孔劑為pmma微珠，d50粒徑為10-20μm；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，所述3d打印，將陶瓷料漿倒入3d打印機的打印料倉中，確保料倉中沒有氣泡，然后進行校準后，啟動打印過程，打印完成后，取下坯體，清洗坯體，脫脂燒結(jié)，得到氮化硅陶瓷。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的通過3d打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，所述脫脂燒結(jié)的溫度為1700-1800℃，保溫時間為2-2.5h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種通過3D打印制備低彈性模量氮化硅陶瓷的方法，屬于氮化硅陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，所述方法由以下步驟組成：制備表面包覆的氮化硅粉體，噴霧造粒，配制氮化硅料漿，3D打?。核鲋苽浔砻姘驳牡璺垠w，將金屬硝酸鹽加入醇溶劑中，在40?50℃下攪拌，加入氮化硅粉體，在40?50℃下攪拌，滴加溫度為40?50℃的共沉淀劑，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌，抽濾，將濾渣烘干后，再經(jīng)熱處理；所述配制氮化硅料漿，向球化氮化硅顆粒中加入樹脂，再加入2,4,6?三甲基苯甲?；交⑺嵋阴?、分散劑、球形造孔劑，然后使用料漿處理系統(tǒng)制備料漿；本發(fā)明的方法能夠?qū)⒌杼沾傻膹椥阅Ａ拷档椭僚c人骨彈性模量接近。

技術(shù)研發(fā)人員：畢魯南,路翔,張霞,劉建,李伶
受保護的技術(shù)使用者：山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6