西安交大研究人員在高性能陶瓷3D打印領(lǐng)域取得新進展

來源：交大新聞網(wǎng)

高性能陶瓷在航空航天、核工程等領(lǐng)域的重大應(yīng)用需求越來越廣泛，與傳統(tǒng)成型技術(shù)相比，陶瓷3D打印成型技術(shù)具有制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)、近凈成型、無�？焖僦圃旌徒档统杀镜葍�(yōu)勢。目前國內(nèi)開展陶瓷增材制造材料、成型工藝、裝備研究還處于起步階段，特別是致密性好、強度高的陶瓷光固化成型（SLA）膏料研制、陶瓷實體件脫脂、燒結(jié)過程中防止開裂、變形等關(guān)鍵技術(shù)還存在諸多瓶頸難題。

西安交通大學(xué)鮑崇高教授團隊采用聚多巴胺對熔融石英（SiO2）陶瓷進行表面包覆改性，取代了傳統(tǒng)光固化成型膏料制備所需的分散劑和吸光劑，制備了基于光固化成型（SLA）技術(shù)的SiO2f/m-SiO2陶瓷膏料。所制備的SiO2f/m-SiO2陶瓷膏料具有優(yōu)異的流變特性和更高的成型精度。采用光固化成型結(jié)合硅溶膠浸漬技術(shù)對SiO2f/m-SiO2復(fù)合陶瓷進行浸漬處理對SiO2f/m-SiO2復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能進行改善。結(jié)果表明，當浸漬次數(shù)為3次時，SiO2f/m-SiO2復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能得到較大提升，其中彎曲強度增幅約20.4%，壓縮強度增幅約42.0%。

該成果以《聚多巴胺包覆SiO2陶瓷膏料的制備及光固化成型結(jié)合硅溶膠浸漬SiO2f/SiO2復(fù)合材料力學(xué)性能研究》(The fabrication of fiber-reinforced polyamine-coated silica paste and the mechanical properties of SiO2f/SiO2 composites via stereolithography combined with silica sol impregnation)為題發(fā)表于3D打印國際頂級期刊《增材制造》(Additive Manufacturing)上，材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生董文彩為論文第一作者，鮑崇高教授為唯一通訊作者，西安交通大學(xué)金屬材料強度國家重點實驗室為論文唯一通訊作者單位。

該研究團隊近年來在耐高溫、高透波、多孔復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氮化硅、氧化鋯、氧化鋁等陶瓷增材制造開展了系列研究，著重對膏料流變特性、光固化成型機理、成型缺陷形成及消除機理以及復(fù)雜構(gòu)件形性調(diào)控機制等方面進行了深入研究，研究成果不僅在《增材制造》（Additive Manufacturing）、《歐洲陶瓷學(xué)會志》（Journal of the European Ceramic Society ）和《國際陶瓷》（Ceramics International）等國際著名期刊發(fā)表研究論文5篇，而且聯(lián)合航天應(yīng)用部門研制了較大尺寸的多種陶瓷樣件，對解決功能-結(jié)構(gòu)一體化高性能陶瓷增材制造及應(yīng)用“最后一公里”問題具有重要意義。

耐高溫、高透波的石英（SiO2）陶瓷天線窗蓋航天部件具有尺寸較大、薄壁、弧形等異構(gòu)特點，傳統(tǒng)成型工藝采用減材方法，不僅材料浪費嚴重，加工成本高、周期長，而且在加工過程中極易脆裂，成品率低。研究組采用陶瓷光固化成型技術(shù)，系統(tǒng)研究了SLA膏料組分、光固化成型、脫脂、燒結(jié)以及后處理等關(guān)鍵技術(shù)，其目標結(jié)構(gòu)件成型周期僅需17小時，通過纖維增強、復(fù)合浸漬、優(yōu)化成型、脫脂、燒結(jié)工藝等，獲得了滿足致密性、強度和尺寸精度等要求，在復(fù)雜構(gòu)件陶瓷增材制造技術(shù)方面取得重要突破。

該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、航天一院高校聯(lián)合創(chuàng)新基金項目等項目資助，材料制備、性能表征及測試工作得到國家增材制造創(chuàng)新中心、西安交通大學(xué)分析測試共享中心以及材料科學(xué)與工程學(xué)院分析測試中心的支持。


論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102714