本发明属于覆膜砂制作，具体涉及一种用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂及其制备方法。
背景技术：
1、随着科技的不断进步和全球制造业的转型升级，3d打印技术作为先进制造技术的重要代表，正逐步在各个领域展现出其独特的优势和应用潜力。3d打印技术通过逐层堆积材料的方式，能够制造出复杂结构的零件和产品，极大地提高了设计和制造的灵活性。近年来，随着材料科学的进步，3d打印材料的种类日益丰富，从最初的高分子材料拓展到金属、陶瓷等无机非金属材料，这些材料的应用极大地扩展了3d打印技术的应用范围。
2、在铸造行业，覆膜砂作为一种重要的造型材料广泛应用于铸件的生产中。覆膜砂是指在砂粒表面复合涂覆有一层高分子树脂膜的砂粒，具有优良的成型性能和强度。近年来，随着铸造工艺的不断发展和对铸件质量要求的提高，覆膜砂技术得到了快速发展。特别是随着国内汽车、铁路交通、航空航天等重要领域对高性能优质铸件需求的不断增加，覆膜砂的市场需求也持续增长。
3、然而，传统的砂型制造方式存在加工周期长、经济成本高、制作工艺繁琐等问题，尤其是在生产大型复杂铸件时，而3d打印技术的引入，为砂型制造带来了革命性的变革。相比于传统砂型制造，3d打印覆膜砂能够实现复杂结构的高精度制造，确保铸件的尺寸精度和表面质量，同时大幅度缩短了制造周期、提高了生产效率，还能够减少中间环节降低废品率、有效降低生产成本。与此同时，3d打印覆膜砂需要更精细的原材料选择和更复杂的处理工艺，为了满足烧结性能、打印精度和表面质量，在粉末流动、铺粉均匀、烧结致密等多方面有着较高的要求。基于此，研究一种能够用于3d打印的高性能覆膜砂具有重要意义。
技术实现思路
1、针对背景技术所提内容，本发明的目的在于提供一种用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂及其制备方法。本发明采用石英砂与稀土改性的陶粒作为骨料，以热塑性酚醛树脂与松香改性树脂作为粘结剂，制备得到一种能够用于3d打印的高性能覆膜砂。
2、本发明采用如下技术方案：
3、本发明提供了一种用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂，按重量份数计，包括如下制备原料：
4、石英砂110-120份、
5、改性陶粒10-20份、
6、热塑性酚醛树脂3-4.5份、
7、松香改性树脂1-2份、
8、乌洛托品1-1.4份、
9、硬脂酸钙1.2-1.8份、
10、偶联剂0.2-0.3份。
11、作为优选，所述改性陶粒是采用氟化铈、氧化镧、氟化钇对陶粒改性得到的稀土改性陶粒；所述稀土改性陶粒的制备方法为：取氟化铈、氧化镧、氟化钇混合分散于去离子水中，加入陶粒搅拌超声，过滤；过滤所得分散液回收重复利用，所得陶粒干燥后转入马弗炉中焙烧即得稀土改性陶粒。
12、作为优选，氟化铈、氧化镧、氟化钇用量比例为1:(0.2-0.5):0.4。
13、作为优选，所述焙烧的温度为800-1000℃，焙烧时间为2-4 h。
14、作为优选，所述陶粒的制备方法为：取凹凸棒石粘土、粉煤灰充分混合搅拌，随后将所得混合料转入挤压造粒机进行造粒，最后于650-800℃条件下焙烧3-6 h，得到具有多孔结构的陶粒；其中，凹凸棒石粘土、粉煤灰的质量比为(2-3):20。
15、本发明采用粉煤灰为主要原料辅以凹凸棒石粘土制作陶粒，充分利用工业废料的同时还能够降低原料成本，凹凸棒石粘土是一种层链状结构的富镁铝硅酸盐粘土，其具有土质细腻、湿时具粘性和可塑性的特点，其不仅能够提高所制陶粒的颗粒强度、附着力和孔隙率，还能促进原料的粘结。本发明进一步采用氟化铈、氧化镧、氟化钇对所制陶粒进行改性，将氟化铈、氧化镧、氟化钇按一定配比作为改性剂，在搅拌超声辅助条件下，上述改性剂能够充分渗透至陶粒内表层，通过后续焙烧与陶粒基体反应，进而改善陶粒的孔隙结构与表面性质。本发明制得的稀土改性陶粒能够促进粘结剂与砂粒间的界面结合，从而显著提高覆膜砂的致密性，同时对所制覆膜砂的微观结构产生积极影响，细化晶粒；将该稀土改性陶粒与石英砂配比作为骨料，满足3d打印粉末流动及烧结致密性的要求，能够有效提高打印精度和表面质量。
16、作为优选，所述松香改性树脂由松香改性环氧树脂与松香改性酚醛树脂组成，二者质量比为10:(3-5)。
17、作为优选，所述松香改性环氧树脂的制备方法为：取等质量的松香与豆油酸在120-140℃下混合均匀，然后加入二者总质量5-6倍的环氧树脂，170-190℃下搅拌4-5 h，反应结束经冷却、洗涤过滤、干燥即得。
18、针对3d打印覆膜砂更为复杂的砂型制造工艺，本发明以传统的热塑性酚醛树脂与松香改性环氧树脂、松香改性酚醛树脂组合作为粘结剂，松香改性环氧树脂与松香改性酚醛树脂的活性基团能相互发生反应，形成复杂的网络结构，构建的酚醛环氧覆膜砂树脂体系具有优异的柔韧性和粘附性，进而能够提高覆膜砂的整体强度。
19、本发明还提供上述用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂的制备方法，包括如下步骤：
20、步骤一：按配方称取各原料，将石英砂与改性陶粒充分混匀，加热至100-110℃转入混砂机；
21、步骤二：向混砂机中加入热塑性酚醛树脂、松香改性树脂和偶联剂，加热至125-145℃混砂3-4 min；
22、步骤三：待步骤二混合物冷却至105-115℃时，向混砂机中加入乌洛托品混砂1-1.5 min；
23、步骤四：待步骤三混合物冷却至95-105℃，加入硬脂酸钙继续混砂30 s，至混合物温度为80-85℃时出料，破碎、筛分即得覆膜砂。
24、作为优选，所述石英砂混合前需加工成近球形，石英砂afs粒度为60-70、改性陶粒afs粒度为75-85。
25、本发明的有益效果是：
26、1、本发明以工业废料粉煤灰为原料制备陶粒，同时将少量所得改性陶粒与传统石英砂混合配比作为骨料，显著降低了骨料成本，同时改性陶粒还能够促进粘结剂与砂粒间的界面结合，从而显著提高所制覆膜砂的致密性。
27、2、本发明以氟化铈、氧化镧、氟化钇并优化配比作为改性剂，有效改善了陶粒的孔隙结构与表面性质，有利于提高粉末流动及烧结致密性。
28、3、本发明将传统酚醛树脂与松香改性环氧树脂、松香改性酚醛树脂组成粘结剂，不仅能够降低发气量，还构建了具有优异的柔韧性和粘附性树脂体系，进一步提高了覆膜砂的整体强度。
1.一种用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂，其特征在于，按重量份数计，包括如下制备原料：
2.根据权利要求1所述的一种用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂，其特征在于，所述改性陶粒是采用氟化铈、氧化镧、氟化钇对陶粒改性得到的稀土改性陶粒；所述稀土改性陶粒的制备方法为：取氟化铈、氧化镧、氟化钇混合分散于去离子水中，加入陶粒搅拌超声，过滤；过滤所得分散液回收重复利用，所得陶粒干燥后转入马弗炉中焙烧即得稀土改性陶粒。
3.根据权利要求2所述的一种用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂，其特征在于，氟化铈、氧化镧、氟化钇用量比例为1:(0.2-0.5):0.4。
4.根据权利要求2所述的一种用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂，其特征在于，所述焙烧的温度为800-1000℃，焙烧时间为2-4 h。
5.根据权利要求2所述的一种用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂，其特征在于，所述陶粒的制备方法为：取凹凸棒石粘土、粉煤灰充分混合搅拌，随后将所得混合料转入挤压造粒机进行造粒，最后于650-800℃条件下焙烧3-6 h，得到具有多孔结构的陶粒。
6.根据权利要求1所述的一种用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂，其特征在于，所述松香改性树脂由松香改性环氧树脂与松香改性酚醛树脂组成，二者质量比为10:(3-5)。
7.根据权利要求6所述的一种用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂，其特征在于，所述松香改性环氧树脂的制备方法为：取等质量的松香与豆油酸在120-140℃下混合均匀，然后加入二者总质量5-6倍的环氧树脂，170-190℃下搅拌4-5 h，反应结束经冷却、洗涤过滤、干燥即得。
8.权利要求1-7任一项所述用于3d打印的稀土改性陶粒覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述石英砂混合前需加工成近球形，石英砂afs粒度为60-70、改性陶粒afs粒度为75-85。
