论文总字数：39824字

摘 要

氧化铝陶瓷具有十分优异的性能，例如其具有良好的传导性、机械强度与耐高温性，且耐磨性能好、重量轻等，再加上氧化铝陶瓷相对便宜，随着人们生活质量的提升和科学技术的发展，市场对该种陶瓷的需求加大，其应用逐渐由传统陶瓷发展到高技术陶瓷，广泛应用于航空航天、建筑、电子、生物医学等领域。由于传统的成型工艺较为繁琐，近年来，3D打印的不断创新与突破，考虑采用操作简单，节约成本的熔融沉积成型来实现打印氧化铝陶瓷。本课题从固含量、树脂组分与粉末粒径出发，选择聚丙烯、石蜡、硬脂酸作为粘结剂，并选取三组原材料配比与六组粉末粒径进行试验，期望得出适合用于成型的粘结剂，并探究适宜的固含量、粘结剂各组分配比和粉末粒度来打印得到高性能复杂结构的氧化铝陶瓷。

关键词：熔融沉积 粘结剂 粉末粒径 氧化铝陶瓷

Preparation of alumina ceramics by fused deposition 3D printing

Abstract

With the improvement of people's quality of life and the development of science and technology, alumina ceramics have gradually developed from the application of traditional ceramics to the production of high-tech ceramics, which are widely used in aerospace, electronics, biomedicine and other fields, and the traditional molding process is more cumbersome In recent years, continuous innovation and breakthroughs in 3D printing, considering the use of simple operation, cost-effective fused deposition molding to achieve printing alumina ceramics. Starting from the solid content, resin component and powder particle size, this topic selects polypropylene, paraffin, stearic acid as the binder, and selects three groups of raw material ratio and six groups of powder particle size for testing. For the molding binder, and analyze what kind of solid content, the distribution ratio of each group of binder and powder particle size can be printed to obtain high-performance complex structure of alumina ceramics.

Key words: fused deposition；binder；particle size；alumina ceramic

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2氧化铝陶瓷 1

1.3 3D打印技术 2

1.4陶瓷3D打印主要工艺 2

1.4.1喷墨打印技术 3

1.4.2光固化成型技术 3

1.4.3分层实体制造技术 4

1.4.4激光选区熔化/激光选区烧结技术 4

1.4.5三维打印技术 5

1.4.6熔融沉积成型技术 5

1.5研究意义及本文研究内容 8

1.5.1研究目的及意义 8

1.5.2研究内容 8

第二章 实验材料和方法 9

2.1实验材料 9

2.2实验设备 9

2.3实验过程 10

2.3.1配料 10

2.3.2线材制备 11

2.3.3熔融沉积打印制备氧化铝陶瓷 11

2.3.4对坯体进行后处理 12

2.3.5脱脂 12

2.3.6烧结 12

2.4实验表征 12

2.4.1流变特性测定 13

2.4.2热分析 13

2.4.3气孔率及密度测定 13

2.4.4线收缩率 13

2.4.5试样表面粗糙度测评 14

2.4.6显微结构分析 14

2.4.7物相分析 14

2.4.8力学测试 14

第三章 结果与讨论 16

3.1成型性分析 16

3.2烧结体分析 17

3.2.1试样烧结前后断口的微观组织分析 17

3.2.2表面精度分析 18

3.2.3力学分析 18

3.2.4线性收缩率与孔隙率分析 19

3.3材料制品分析 20

第四章 结论与展望 22

4.1结论 22

4.2展望 22

参考文献 24

致谢 27

第一章 绪论

1.1引言

随着人们生活质量的提升和科学技术的发展，陶瓷材料也得到了广泛的应用，各种高性能陶瓷的生产满足了人们的日常生活和特殊性能的需求。而氧化铝陶瓷则是一种将氧化铝（Al₂O₃）作为主要成分的陶瓷材料。该种陶瓷具有十分优异的性能，例如其具有良好的传导性、机械强度与耐高温性，且耐磨性能好、重量轻等，再加上氧化铝陶瓷相对便宜，其应用逐渐由传统陶瓷发展到高技术陶瓷，广泛应用于航空航天、建筑、电子、生物医学等领域。

也随着科技的快速发展，应用要求的提高，对结构相对复杂的陶瓷零件的需求也越来越大，传统的成型方式难以满足这些需求。传统的制备陶瓷的方法主要有：干压成型、挤出成型、可塑成型、等静压成型、注浆成型等。这些制备方法的周期长且繁琐，在生产陶瓷坯体的时候需要相应的模具才能得到特定形状的制品，假如对制品的结构稍作改动，就需要新的模具或者对试样进行加工。陶瓷本身的脆性就比较大，所以很容易碎，而且在制造的过程中缺陷是极易产生的，烧结后的陶瓷制品要想加工是十分困难的，也就是说难以得到结构较为复杂的陶瓷制品，而3D打印刚好可以满足这种需要。近年来，3D打印技术不断取得突破与创新，该种技术能得到任意形状的制品，在很大程度上缩短了制备制品所需的时间，减轻了工作负担，可以提高效率。

1.2氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷是我们生活中常用的一种材料，其一般有两种类型，一种是刚玉型陶瓷，另一种是高铝型陶瓷。该种陶瓷由名字可知主要成分为Al₂O₃，那么随着氧化铝的含量的增加，其成分越纯，性能也就随之增高，但是成分较纯的原料制备成品时的要求就越高，例如会使烧结温度过高，增加能耗。

氧化铝陶瓷的机械强度很高，硬度大，其洛氏硬度仅比金刚石低，远远高于耐磨钢与不锈钢，其耐磨性能也很好，是锰钢、高铬铸铁上百倍，而且化学稳定性也十分优异，具有优越的电绝缘性能，高频介电损耗较小，耐高温性能与耐化学腐蚀突出，除此以外其导热性和生物相容性也不输于其他材料。氧化铝陶瓷不仅具有以上的优点，还有较高的白度和抗摔性能，且作为陶瓷烧成时收缩过大会导致制品变形，但氧化铝陶瓷的烧成收缩较小，产品也就不易变形，加上生产氧化铝陶瓷的原料的纯度高，并无毒害，是一种健康环保的高品质陶瓷。

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