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上海硅酸盐所在3D打印碳化硅陶瓷研究中取得新进展
发布时间: 2022-06-28 08:31 | 【 【打印】【关闭】

  碳化硅(SiC)陶瓷由于其易氧化、难熔融、高吸光,成为3D打印陶瓷中亟待攻克的难题,目前大多数3D打印SiC陶瓷方法中打印材料固含量较低、硅含量较高、力学性能较低,普遍采用化学气相沉积CVI(Chemical Vapor Infiltration)或者前驱体浸渍裂解PIP(Precursor Infiltration Pyrolysis)等后处理工艺提高材料固含量来实现陶瓷材料综合性能的提升,这样势必降低3D打印SiC陶瓷工艺的优越性。

  近日,中国科学院上海硅酸盐研究所黄政仁研究员团队陈健副研究员首次提出高温熔融沉积结合反应烧结制备SiC陶瓷新方法。该方法采用高温原位界面修饰粉体,低温应力缓释制备出高塑性打印体,获得了低熔点高沸点的高塑性打印体,材料固含量超过60vol%;之后对塑性体进行高密度叠层打印,打印的陶瓷样品脱脂后等效碳密度可精确调控至0.80 g·cm-3,同时对陶瓷打印路径进行拓扑优化设计,可在样品中形成树形多级孔道;最终陶瓷样品无需CVI或PIP处理直接反应渗硅烧结后实现了低残硅/碳的高效渗透和材料致密化,SiC陶瓷密度可达3.05±0.02 g·cm-3, 三点抗弯强度为310.41±39.32 MPa,弹性模量为346.35±22.80 GPa,陶瓷力学性能接近于传统方法制备反应烧结SiC陶瓷。相关研究成果发表在Additive Manufacturing (doi.org/10.1016/j.addma.2022.102994) ,申请中国发明专利2项,同时该塑性体打印方法避免了微重力条件下粉体打印潜在的危害,为未来空间3D打印提供了可能。

  论文共同第一作者为上海硅酸盐所硕士研究生李凡凡和博士研究生马宁宁,通讯作者为陈健副研究员和黄政仁研究员。相关研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上、上海市自然科学基金面上等项目的资助和支持。

  

  SiC陶瓷3D打印示意图

  

  不同形状尺寸的SiC陶瓷

  

  经加工的~200mm 3D打印SiC陶瓷

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