一种超微珠成型的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种超微珠成型的制备方法，该方法是将陶瓷墨水过滤，灌注到储液瓶中，将储液瓶置于喷墨打印机中，利用压电效应和气压控制，将陶瓷墨水打印在丝状电极上，继而形成超微珠，并且形成的超微珠尺寸可控，多在35μm-150μm之间，并具有极好的一致性和稳定性。
【专利说明】一种超微珠成型的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超微珠成型的制备方法，尤其是涉及陶瓷墨水材料体系的超微珠成型喷墨打印方法。
【背景技术】
[0002]喷墨打印技术是20世纪70年代末开发成功的一种非接触式的数字印刷技术。是指将陶瓷墨水通过打印头的喷嘴喷射到各种介质表面上，如陶瓷釉砖、亚克力、木材、纸张等，本专利是将其喷射到丝状电极上，从而实现了一种非接触、高速度、低噪音的新型材料制备方法。
[0003]在喷墨打印技术的基础上，将所需的陶瓷粉体制备成墨水，通过计算机控制，利用特制的按需型喷墨打印机可以将配制好的陶瓷墨水直接打印在丝状电极上。这种喷墨打印方法与现有的微珠制备工艺相比具有以下优点:&利用喷墨打印制备的微珠，和传统的手工点珠相比，其均匀性和一致性都显著提高，并且尺寸可精确控制，大幅提高了成品率;(2)喷墨打印过程完全由计算机控制，数字化程度高。生产过程中可以根据具体的要求任意改变参数，使喷打出的陶瓷墨滴符合其各个要求，并且微珠成型的可重复性也显著提高;(3)非接触式，可在多种介质表面实现喷打。
[0004]陶瓷喷墨打印成型技术作为一种全新的陶瓷成型方法，是现代计算机技术和纳米陶瓷粉体悬浮液制备技术结合的产物，具有快速、成本低、自动化程度高、应用广泛，可制备多种复杂图案元件等优点，是传统陶瓷制备工艺无可比拟的。但是和发达国家相比，我国的喷墨打印技术还处于起步阶段，仍存在很多关键性的技术问题亟待解决。相信今后会受到越来越多科研工作者的关注，喷墨打印技术也会成为陶瓷材料制备领域的一个新的研究热点。
[0005]本发明所述的超微珠成型制备方法就是利用较为先进的喷墨打印技术，先将市售的陶瓷墨水过滤，再灌注到储液瓶中，将储液瓶置于喷墨打印机中，利用压电效应和气压控制，将陶瓷墨水打印在丝状电极上，继而形成超微珠，并且形成的超微珠尺寸可控，多在35 μ m-150 μ m之间，并具有极好的一致性和稳定性。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于，提供一种超微珠的成型制备方法，该方法是将配制好的陶瓷墨水过滤，灌注到储液瓶中，将储液瓶置于喷墨打印机中，利用压电效应和气压控制，将陶瓷墨水打印在丝状电极上，继而形成超微珠，并且形成的超微珠尺寸可控，多在35 μ m-150 μ m之间，并具有极好的一致性和稳定性。
[0007]本发明所述的一种超微珠成型的制备方法，该方法中所涉及的喷墨打印机是由储液瓶(I)、导管(2)、压电式喷头(3)、二维微位移调节台(4)、电控制器(5)、气控制器(6)、微喷观测高倍镜头(7)、机械泵(8)组成，具体操作按下列步骤进行: a、陶瓷墨水的选择:喷墨打印的陶瓷墨水粘度在2-35cP，表面张力为35-75dyn/cm，陶瓷颗粒的粒径为20-500nm，zeta电位绝对值在30_120mv ；
b、喷墨打印系统调试:将步骤a中的陶瓷墨水进行过滤，加入到储液瓶(I)中，通过导管(2 )陶瓷墨水进入压电式喷头(3 )，调节压电式喷头3、电控制器(5 )和气控制器(6 )，设定电压-120-120V，信号频率0.2-20KHz，墨滴速度0.2_25m/s ；
C、微珠成型:通过调节电控制器(5)和气控制器(6)，将陶瓷墨水通过压电式喷头(3)喷打在置于二维微位移调节台(4)上的丝状电极上，即可形成尺寸为35 μ m-150 μ m的微珠。
[0008]步骤c中丝状电极为钼金丝、钼铱丝、碳纤维、银丝或铜丝。
[0009]本发明提供的一种喷墨打印系统主要是按需型喷墨打印机，是由储液瓶(I)、导管
(2)、压电式喷头(3)、二维微位移调节台(4)、电控制器(5)、气控制器(6)、微喷观测高倍镜头(7 )和机械泵(8 )组成。其中通过选择合适型号(MJ-A系列、DIMATIX_SPECTRA系列、XAAR系列、SEIKO系列、K0NICA_MIN0LTA系列、EPSON系列)的压电式喷头可喷打出各种颜色、各种组成成分的陶瓷墨水；通过调节喷头电控制器和气控制器可精确控制滴出陶瓷墨水墨滴的形状与尺寸大小；通过调节二维微位移调节台可精确控制丝状电极的走位，使陶瓷墨水墨滴精确打印到丝状电极上；通过微喷观测高倍镜头可捕捉到墨点从喷孔处墨到形成一个理想墨滴微珠的全部过程，并进行实时分析。
[0010]本发明所述的一种超微珠的成型制备方法，该方法中所述的陶瓷墨水，为市售产品，根据陶瓷墨水颜料颜色的不同，其陶瓷粉体的组成也不同，多为过渡金属氧化物，如Fe2O3、TiO2> BaTiO3、CoFe2O4、ZrO2、Cr2O3 等；
其中喷墨打印系统的调试:通过分析微喷观测高倍镜头捕捉到的墨滴的飞行状态和微珠成型过程，判断调整控制喷头的电压和气压，通过反复测试，找到最适合墨水喷头的工作电压和气压，使喷头和墨水的匹配度达到最佳状态，继而喷打出符合要求的微珠(35 μ m-150 μ m)，再通过微喷观测高倍镜头对其进行分析、记录，保存，使在下次喷打时就可快速判断墨水与喷头的匹配情况，从而提高其喷珠效率。
[0011]本发明所述的一种超微珠的成型制备方法，其特点为:
省去制备结晶核的步骤，利用喷墨打印机，可直接在丝状电极上喷墨打印，节省工序，且微珠尺寸更小(35 μ m-150 μ m),能够基本实现陶瓷墨水的超微珠成型；
喷墨打印系统可实现数字化控制，自动化程度高，通过调整改变合适的喷头电压和气压，使喷打出微珠尺寸的一致性和均匀性都显著提高；
利用喷墨打印系统，微珠成型的可重复性和效率都显著提高；
该方法利用喷墨打印技术，节能环保，操作简单，便于微珠成型，以及用于其他介质表面成型。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明储液瓶和压电式喷头的简易装置图,其中I为储液瓶,2为导管,3为压电式嗔头；
图2为本发明按需型喷墨打印系统的简易实验装置图，其中3为压电式喷头，4为二维微位移调节台，5为电控制器、6为气控制器、7为微喷观测高倍镜头、8为机械泵； 图3为本发明微喷观测高倍镜头记录的墨滴微珠的喷射过程图。
【具体实施方式】
[0013]实施例1
a、陶瓷墨水的选择:选用市售的纳米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度为35cP，表面张力为35dyn/cm,陶瓷颗粒的粒径在40nm,平均zeta电位绝对值为47.5mv ；
b、喷墨打印系统调试:将步骤a中的陶瓷墨水通过0.5 μ m的过滤头进行过滤，加入到储液瓶I中，通过导管2陶瓷墨水进入压电式喷头3，调节压电式喷头3、电控制器5和气控制器6，设定电压40±5V，信号频率500Hz，墨滴速度1.2±lm/s ；
C、微珠成型:打开机械泵8,气体进入气控制器6,待气控制器6中气压稳定后,打开电控制器5，电压40±5V，信号频率500Hz，墨滴速度1.2±lm/s，陶瓷墨水通过压电式喷头3喷打在置于二维微位移调节台4上的钼依丝电极上，即可形成尺寸为80±5 μ m的微珠。
[0014]实施例2
a、陶瓷墨水的选择:选用市售的纳米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度为2cP，表面张力为75dyn/cm,陶瓷颗粒的粒径在200nm,平均zeta电位绝对值为120mv ；
b、喷墨打印系统调试:将步骤a中的陶瓷墨水通过0.5 μ m的过滤头进行过滤，加入到储液瓶I中，通过导管2陶瓷墨水进入压电式喷头3，调节压电式喷头3、电控制器5和气控制器6，设定电压115±5V，信号频率20KHz，墨滴速度24±lm/s ；
C、微珠成型:打开机械泵8,气体进入气控制器6,待气控制器6中气压稳定后,打开电控制器5，电压115±5V，信号频率20KHz，墨滴速度24± lm/s，陶瓷墨水通过压电式喷头3喷打在置于二维微位移调节台4上的钼金丝电极上，即可形成尺寸为35±5 μ m的微珠。
[0015]实施例3
a、陶瓷墨水的选择:选用市售的纳米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度为25cP，表面张力为50dyn/cm,陶瓷颗粒的粒径在20nm,平均zeta电位绝对值为30mv ；
b、喷墨打印系统调试:将步骤a中的陶瓷墨水进行过滤，加入到储液瓶I中，通过导管2陶瓷墨水进入压电式喷头3，调节压电式喷头3、电控制器5和气控制器6，设定电压_115±5V，信号频率200Hz，墨滴速度3.5 ± lm/s ；
C、微珠成型:打开机械泵8,气体进入气控制器6,待气控制器6中气压稳定后,打开电控制器5，电压-115 土 5V，信号频率200Hz，墨滴速度3.5 土 lm/s，陶瓷墨水通过压电式喷头3喷打在置于二维微位移调节台4上的碳纤维丝电极上，即可形成尺寸为150±5 μ m的微珠。
[0016]实施例4
a、陶瓷墨水的选择:选用市售的纳米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度为16cP，表面张力为64dyn/cm,陶瓷颗粒的粒径在70nm,平均zeta电位绝对值为47.5mv ；
b、喷墨打印系统调试:将步骤a中的陶瓷墨水进行过滤，加入到储液瓶I中，通过导管2陶瓷墨水进入压电式喷头3，调节压电式喷头3、电控制器5和气控制器6，设定电压-60±5V，信号频率12KHZ，墨滴速度4±lm/s ；
C、微珠成型:打开机械泵8,气体进入气控制器6,待气控制器6中气压稳定后,打开电控制器5，电压_60±5V，信号频率12KHZ，墨滴速度4± lm/s，陶瓷墨水通过压电式喷头3喷打在置于二维微位移调节台4上的银丝电极上，即可形成尺寸为100±5 μ m的微珠。[0017]实施例5
a、陶瓷墨水的选择:选用市售的纳米陶瓷墨水，陶瓷墨水的粘度为22cP，表面张力为45dyn/cm,陶瓷颗粒的粒径在180nm,平均zeta电位绝对值为67.5mv ；
b、喷墨打印系统调试:将步骤a中的陶瓷墨水进行过滤，加入到储液瓶I中，通过导管2陶瓷墨水进入压电式喷头3，调节压电式喷头3、电控制器5和气控制器6，设定电压
60±5V，信号频率600Hz，墨滴速度10 ± lm/s ；
C、微珠成型:打开机械泵8,气体进入气控制器6,待气控制器6中气压稳定后,打开电控制器5，电压60±5V，信号频率600Hz，墨滴速度10± lm/s，陶瓷墨水通过压电式喷头3喷打在置于二维微位移调节台4上的铜丝电极上，即可形成尺寸为60±5 μ m的微珠。
[0018]实施例6
将实施例1-5中任意一种形成的微珠，通过用微喷观测高倍镜头7拍照录像，实时观测微珠的形成过程。
【权利要求】
1.一种超微珠成型的制备方法，其特征在于该方法中所涉及的喷墨打印机是由储液瓶(I)、导管(2)、压电式喷头(3)、二维微位移调节台(4)、电控制器(5)、气控制器(6)、微喷观测高倍镜头(7)和机械泵(8)组成，具体操作按下列步骤进行: a、陶瓷墨水的选择:喷墨打印的陶瓷墨水粘度在2-35cP，表面张力为35-75dyn/cm，陶瓷颗粒的粒径为20-200nm，zeta电位绝对值在30_120mv ； b、喷墨打印系统调试:将步骤a中的陶瓷墨水进行过滤，加入到储液瓶(I)中，通过导管(2 )陶瓷墨水进入压电式喷头(3 )，调节压电式喷头3、电控制器(5 )和气控制器(6 )，设定电压-120-120v，信号频率0.2-20KHz，墨滴速度0.2_25m/s ； C、微珠成型:通过调节电控制器(5)和气控制器(6)，将陶瓷墨水通过压电式喷头(3)喷打在置于二维微位移调节台(4)上的丝状电极上，即可形成尺寸为35 μ m-150 μ m的微珠。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤c中丝状电极为钼金丝、钼铱丝、碳纤维、银丝或铜丝。
【文档编号】B41J3/407GK103465639SQ201310357235
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】常爱民, 陈龙, 蒋春萍, 高博, 孔雯雯, 姚金城 申请人:中国科学院新疆理化技术研究所