CN108724428A - 一种3d打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，属于蜂窝陶瓷载体制备技术领域。设计汽车用蜂窝陶瓷载体三维模型，进行二维切片处理，然后保存二维切片数据；将陶瓷粉和低温强化剂混合均匀进行陶瓷粉末配置得到陶瓷粉末；打印成型蜂窝陶瓷载体坯体；预处理；蜂窝陶瓷载体坯体浸泡到高温粘结剂中；脱除低温强化剂；烧结制备得到汽车用蜂窝陶瓷载体。本方法工艺简单，不需要模具，不受蜂窝陶瓷载体形状和格子壁厚度的限制；同时，通过该方法生产的3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体具有良好的机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，属于蜂窝陶瓷载体制备技术领域。
背景技术
随着人们生活水平的提高，汽车作为一种交通工具走进越来越多的家庭，随之带来的就是汽车尾气对环境的污染。目前几乎所有的大中城市最大的大气污染源都来自汽车尾气的排放，汽车尾气处理对于环境的保护有重要意义。当前处理汽车尾气的方法是在蜂窝陶瓷载体上涂敷金属催化剂，借助蜂窝陶瓷大的比表面积，使尾气跟金属催化剂充分接触催化，减少有害气体的排出量。
近年来，全球环保法规标准日益提高，对汽车尾气排放的标准也越来越高。这对蜂窝陶瓷载体也提出了更高的要求，要求蜂窝陶瓷载体的目数更高，壁厚更薄。现有400cpsi和600cpsi的蜂窝陶瓷载体已经不能满足要求，市场上需要目数更高，壁厚更薄的（900cpsi以上）超薄壁蜂窝陶瓷载体。目前，蜂窝陶瓷载体的成型主要是通过挤出模具来实现的，这种方法存在的问题是（1）不能挤出复杂形状的蜂窝陶瓷载体；（2）高目数、超薄壁蜂窝陶瓷载体挤出模具设计加工困难。
3D打印技术通过获取目标零件三维模型的二维累积数据，通过逐层叠加的方式来制造零件。与传统的成型方法相比具有以下优点：（1）可以制备形状复杂的制品；（2）成型过程中不需要任何模具；（3）成型体的形状和尺寸可以通过软件随时改变，而不需要重新设计模具；（4）可以制备结构微小的制品。因此，近年来3D打印技术受到广泛的关注。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法。本方法工艺简单，不需要模具，不受蜂窝陶瓷载体形状和格子壁厚度的限制；同时，通过该方法生产的3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体具有良好的机械性能。本发明通过以下技术方案实现。
一种3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，其具体步骤如下：
步骤1、采用CAD设计汽车用蜂窝陶瓷载体三维模型，在设计三维模型过程中可以设置孔的形状和格子壁的厚度，保存为STL格式文件，采用octoprint软件进行二维切片处理，然后保存二维切片数据；
步骤2、将陶瓷粉和低温强化剂混合均匀进行陶瓷粉末配置得到陶瓷粉末；
步骤3、将步骤1得到的二维切片数据导入到3D打印设备制造程序中，将步骤2得到的陶瓷粉末加入到3D打印设备料筒中，粉床预热到150℃保温30分钟后升温到168℃开始打印，根据二维切片数据打印成型蜂窝陶瓷载体坯体；
步骤4、将步骤3得到的蜂窝陶瓷载体坯体放置自干，然后经100～150℃烘干，保温1～2小时后自然冷却进行坯料预处理；
步骤5、将经步骤4坯料预处理的蜂窝陶瓷载体坯体浸泡到高温粘结剂中，使高温粘结剂在坯体中渗透均匀后取出，放置自干；
步骤6、将经步骤5浸泡高温粘结剂的蜂窝陶瓷载体坯体进行脱除低温强化剂；
步骤7、将步骤6脱除低温强化剂的蜂窝陶瓷载体坯体烧结制备得到汽车用蜂窝陶瓷载体。
所述步骤2中陶瓷粉为滑石、高岭土和氧化铝的混合物，混合物中二氧化硅含量为50.3wt%、氧化铝含量为36.2wt%、氧化镁含量为13.5wt%，平均粒径为60～100μm。
所述步骤2中低温强化剂为尼龙、环氧树脂或酚酸树脂，低温强化剂加入量为陶瓷粉与低温强化剂质量比为93～95：5～7。
所述步骤3中3D打印设备为选择性激光烧结设备，激光功率为30W，扫描速度为1.5m/s，铺粉厚度为0.1mm。
所述步骤5中高温粘结剂为30硅溶胶、浓度为30wt%的氯化铝溶液或者浓度为25wt%的磷酸溶液。
所述步骤6脱除低温强化剂具体过程为：将陶瓷载体坯体放在加热炉中升温至350℃保温30min。
所述步骤7在空气中、温度为900～950℃条件下烧结3～4h。
上述30硅溶胶既可以为碱性30硅溶胶（JN-30硅溶胶）也可以为酸性30硅溶胶（SW-30硅溶胶）。
本发明的有益效果是：本发明利用3D打印技术成型蜂窝陶瓷载体的坯体，不受蜂窝陶瓷载体形状和格子壁厚度的限制，不需要模具，可制造形状复杂和超薄壁汽车用蜂窝陶瓷载体，为汽车用蜂窝陶瓷载体的制备提供了一种新方法。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，该3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，其具体步骤如下：
步骤1、采用CAD设计400目、孔形为四方形、格子壁厚为0.16mm汽车用蜂窝陶瓷载体三维模型，保存为STL格式文件，采用octoprint进行二维切片处理，然后保存二维切片数据；
步骤2、将陶瓷粉（陶瓷粉为滑石、高岭土和氧化铝混合物，混合物中二氧化硅含量为50.3wt%，氧化铝含量为36.2wt%，氧化镁含量为13.5wt%，平均粒径为60μm）和低温强化剂混合均匀进行陶瓷粉末配置得到陶瓷粉末；其中低温强化剂为尼龙，低温强化剂加入量为陶瓷粉与低温强化剂质量比为93：7；
步骤3、将步骤1得到的二维切片数据导入到3D打印设备制造程序中，将步骤2得到的陶瓷粉末加入到3D打印设备料筒中，粉床预热到150℃保温30分钟后升温到168℃开始打印，根据二维切片数据打印成型蜂窝陶瓷载体坯体；3D打印设备为选择性激光烧结设备，激光功率为30W，扫描速度为1.5m/s，铺粉厚度为0.1mm；
步骤4、将步骤3得到的蜂窝陶瓷载体坯体放置自干，然后经100℃烘干，保温1小时后自然冷却进行坯料预处理；
步骤5、将经步骤4坯料预处理的蜂窝陶瓷载体坯体浸泡到高温粘结剂中，浸泡5h后使高温粘结剂在坯体中渗透均匀后取出，放置自干；其中高温粘结剂为为碱性30硅溶胶（JN-30硅溶胶）；
步骤6、将经步骤5浸泡高温粘结剂的蜂窝陶瓷载体坯体进行脱除低温强化剂；其中所述步骤6脱除低温强化剂具体过程为：将陶瓷载体坯体放在加热炉中升温至350℃保温30min；
步骤7、将步骤6脱除低温强化剂的蜂窝陶瓷载体坯体在空气中、温度为930℃烧结3.5h制备得到汽车用蜂窝陶瓷载体。
实施例2
如图1所示，该3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，其具体步骤如下：
步骤1、采用CAD设计600目、孔形为四方形、格子壁厚为0.12mm汽车用蜂窝陶瓷载体三维模型，保存为STL格式文件，采用octoprint进行二维切片处理，然后保存二维切片数据；
步骤2、将陶瓷粉（陶瓷粉为滑石、高岭土和氧化铝混合物，混合物中二氧化硅含量为50.3wt%，氧化铝含量为36.2wt%，氧化镁含量为13.5wt%，平均粒径为100μm）和低温强化剂混合均匀进行陶瓷粉末配置得到陶瓷粉末；其中低温强化剂为环氧树脂，低温强化剂加入量为陶瓷粉与低温强化剂质量比为95：5；
步骤3、将步骤1得到的二维切片数据导入到3D打印设备制造程序中，将步骤2得到的陶瓷粉末加入到3D打印设备料筒中，粉床预热到150℃保温30分钟后升温到168℃开始打印，根据二维切片数据打印成型蜂窝陶瓷载体坯体；3D打印设备为选择性激光烧结设备，激光功率为30W，扫描速度为1.5m/s，铺粉厚度为0.1mm；
步骤4、将步骤3得到的蜂窝陶瓷载体坯体放置自干，然后经150℃烘干，保温2小时后自然冷却进行坯料预处理；
步骤5、将经步骤4坯料预处理的蜂窝陶瓷载体坯体浸泡到高温粘结剂中，浸泡5h后使高温粘结剂在坯体中渗透均匀后取出，放置自干；其中高温粘结剂为浓度为30wt%的氯化铝溶液；
步骤6、将经步骤5浸泡高温粘结剂的蜂窝陶瓷载体坯体进行脱除低温强化剂；其中所述步骤6脱除低温强化剂具体过程为：将陶瓷载体坯体放在加热炉中升温至350℃保温30min；
步骤7、将步骤6脱除低温强化剂的蜂窝陶瓷载体坯体在空气中、温度为900℃烧结4h制备得到汽车用蜂窝陶瓷载体。
实施例3
如图1所示，该3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，其具体步骤如下：
步骤1、采用CAD设计600目、孔形为三角形、格子壁厚为0.1mm汽车用蜂窝陶瓷载体三维模型，保存为STL格式文件，采用octoprint进行二维切片处理，然后保存二维切片数据；
步骤2、将陶瓷粉（陶瓷粉为滑石、高岭土和氧化铝混合物，混合物中二氧化硅含量为50.3wt%，氧化铝含量为36.2wt%，氧化镁含量为13.5wt%，平均粒径为80μm）和低温强化剂混合均匀进行陶瓷粉末配置得到陶瓷粉末；其中低温强化剂为酚酸树脂，低温强化剂加入量为陶瓷粉与低温强化剂质量比为94：6；
步骤3、将步骤1得到的二维切片数据导入到3D打印设备制造程序中，将步骤2得到的陶瓷粉末加入到3D打印设备料筒中，粉床预热到150℃保温30分钟后升温到168℃开始打印，根据二维切片数据打印成型蜂窝陶瓷载体坯体；3D打印设备为选择性激光烧结设备，激光功率为30W，扫描速度为1.5m/s，铺粉厚度为0.1mm；
步骤4、将步骤3得到的蜂窝陶瓷载体坯体放置自干，然后经120℃烘干，保温1.5小时后自然冷却进行坯料预处理；
步骤5、将经步骤4坯料预处理的蜂窝陶瓷载体坯体浸泡到高温粘结剂中，浸泡5h后使高温粘结剂在坯体中渗透均匀后取出，放置自干；其中高温粘结剂为为浓度为25wt%的磷酸溶液；
步骤6、将经步骤5浸泡高温粘结剂的蜂窝陶瓷载体坯体进行脱除低温强化剂；其中所述步骤6脱除低温强化剂具体过程为：将陶瓷载体坯体放在加热炉中升温至350℃保温30min；
步骤7、将步骤6脱除低温强化剂的蜂窝陶瓷载体坯体在温度为950℃烧结3h制备得到汽车用蜂窝陶瓷载体。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1、设计汽车用蜂窝陶瓷载体三维模型，进行二维切片处理，然后保存二维切片数据；
步骤2、将陶瓷粉和低温强化剂混合均匀进行陶瓷粉末配置得到陶瓷粉末；
步骤3、将步骤1得到的二维切片数据导入到3D打印设备制造程序中，将步骤2得到的陶瓷粉末加入到3D打印设备料筒中，粉床预热到150℃保温30分钟后升温到168℃开始打印，根据二维切片数据打印成型蜂窝陶瓷载体坯体；
步骤4、将步骤3得到的蜂窝陶瓷载体坯体放置自干，然后经100～150℃烘干，保温1～2小时后自然冷却进行坯料预处理；
步骤5、将经步骤4坯料预处理的蜂窝陶瓷载体坯体浸泡到高温粘结剂中，使高温粘结剂在坯体中渗透均匀后取出，放置自干；
步骤6、将经步骤5浸泡高温粘结剂的蜂窝陶瓷载体坯体进行脱除低温强化剂；
步骤7、将步骤6脱除低温强化剂的蜂窝陶瓷载体坯体烧结制备得到汽车用蜂窝陶瓷载体。
2.根据权利要求1所述的3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，其特征在于：所述步骤2中陶瓷粉为滑石、高岭土和氧化铝的混合物，混合物中二氧化硅含量为50.3wt%、氧化铝含量为36.2wt%、氧化镁含量为13.5wt%，平均粒径为60～100μm。
3.根据权利要求1所述的3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，其特征在于：所述步骤2中低温强化剂为尼龙、环氧树脂或酚酸树脂，低温强化剂加入量为陶瓷粉与低温强化剂质量比为93～95：5～7。
4.根据权利要求1所述的3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，其特征在于：所述步骤3中3D打印设备为选择性激光烧结设备，激光功率为30W，扫描速度为1.5m/s，铺粉厚度为0.1mm。
5.根据权利要求1所述的3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，其特征在于：所述步骤5中高温粘结剂为30硅溶胶、浓度为30wt%的氯化铝溶液或者浓度为25wt%的磷酸溶液。
6.根据权利要求1所述的3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，其特征在于：所述步骤6脱除低温强化剂具体过程为：将陶瓷载体坯体放在加热炉中升温至350℃保温30min。
7.根据权利要求1所述的3D打印汽车用蜂窝陶瓷载体的方法，其特征在于：所述步骤7在空气中、温度为900～950℃条件下烧结3～4h。
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