TiO2加入量对光固化打印成型Al2O3陶瓷性能的影响

王 瑞 杨道媛 原会雨 崔俊艳

郑州大学材料科学与工程学院 河南郑州450001

随着耐高温陶瓷行业的发展，陶瓷材料的需求量逐渐增加，使用范围逐步扩大，产品质量不断提高。Al2O3陶瓷性能优异，被广泛应用于多种行业，但是较高的力学强度使得传统成型方法无法实现复杂形状Al2O3陶瓷的精密与定制加工［1－2］。3D打印技术与耐高温陶瓷制备的完美结合为该问题的解决带来了希望，其中数字光固化成型技术（Digital Light Processing，DLP）分辨率极高且成型速度较快，逐步成为众多3D打印技术中的一个研究热点［3－4］。研究发现，采用DLP制备的陶瓷素坯含有大量的有机树脂，在脱脂后形成相互连通的孔隙，降低烧后陶瓷的密度与力学强度［5－8］。研究还表明，烧结助剂在促进晶粒长大、提高耐高温陶瓷烧结致密度与强度方面作用显著［9－10］。

因此，本研究中，在配料过程中添加适量烧结助剂TiO2，目的在于提高DLP制备Al2O3陶瓷的密度和强度。探究了TiO2加入量与烧结温度对Al2O3耐高温陶瓷性能的影响。

1 试验

1.1 试验原料

本试验所用主原料为α-Al2O3粉（d10＝0.84μm、d50＝2.38μm、d90＝5.41μm），w（α-Al2O3）＝99.46%，经XRD分析，除α-Al2O3的衍射峰外无杂峰出现；光敏丙烯酸树脂为结合剂；SP－710（丙烯酸酯类）为分散剂；化学纯的TiO2粉为烧结助剂。

1.2 试验过程

试样配比见表1。采用全方位球磨机混合陶瓷浆料，研磨球与陶瓷浆料的质量比为1∶1，球磨时间为6 h，最终制备出固含量为78%（w）的陶瓷浆料。

表1 试样配比Table 1 Formulations of specimens

本试验所选用的DLP成型打印示意图如图1所示，设备与PC端连接并受其控制进行打印工作。具体工作步骤包括：1）使用Solid works绘制三维图形并保存为STL格式文件，将STL格式三维图形导入DLP成型打印机配套软件RayWareC中进行切片，切片厚度为20μm，将切片后的三维图形导出为SSJ格式文件；……