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Addit. Manuf.上海硅酸鹽所黃政仁團隊在3D打印碳化硅陶瓷研究中取得新進展

來源：中國科學院上海硅酸鹽研究所      2022-06-30
導讀：近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所黃政仁研究員團隊陳健副研究員首次提出高溫熔融沉積結合反應燒結制備SiC陶瓷新方法。在3D打印碳化硅陶瓷研究中取得新進展,相關研究成果發(fā)表在Additive Manufacturing （doi.org/10.1016/j.addma.2022.102994） 。
碳化硅（SiC）陶瓷由于其易氧化、難熔融、高吸光，成為3D打印陶瓷中亟待攻克的難題，目前大多數(shù)3D打印SiC陶瓷方法中打印材料固含量較低、硅含量較高、力學性能較低，普遍采用化學氣相沉積CVI（Chemical Vapor Infiltration）或者前驅(qū)體浸漬裂解PIP（Precursor Infiltration Pyrolysis）等后處理工藝提高材料固含量來實現(xiàn)陶瓷材料綜合性能的提升，這樣勢必降低3D打印SiC陶瓷工藝的優(yōu)越性。

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所黃政仁研究員團隊陳健副研究員首次提出高溫熔融沉積結合反應燒結制備SiC陶瓷新方法。該方法采用高溫原位界面修飾粉體，低溫應力緩釋制備出高塑性打印體，獲得了低熔點高沸點的高塑性打印體，材料固含量超過60vol%；之后對塑性體進行高密度疊層打印，打印的陶瓷樣品脫脂后等效碳密度可精確調(diào)控至0.80 g·cm-3，同時對陶瓷打印路徑進行拓撲優(yōu)化設計，可在樣品中形成樹形多級孔道；最終陶瓷樣品無需CVI或PIP處理直接反應滲硅燒結后實現(xiàn)了低殘硅/碳的高效滲透和材料致密化，SiC陶瓷密度可達3.05±0.02 g·cm-3, 三點抗彎強度為310.41±39.32 MPa，彈性模量為346.35±22.80 GPa，陶瓷力學性能接近于傳統(tǒng)方法制備反應燒結SiC陶瓷。相關研究成果發(fā)表在Additive Manufacturing （doi.org/10.1016/j.addma.2022.102994） ，申請中國發(fā)明專利2項，同時該塑性體打印方法避免了微重力條件下粉體打印潛在的危害，為未來空間3D打印提供了可能。
論文共同第一作者為上海硅酸鹽所碩士研究生李凡凡和博士研究生馬寧寧，通訊作者為陳健副研究員和黃政仁研究員。相關研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金面上、上海市自然科學基金面上等項目的資助和支持。
　　

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　　SiC陶瓷3D打印示意圖
　　

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　　不同形狀尺寸的SiC陶瓷
　　

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　　經(jīng)加工的~200mm 3D打印SiC陶瓷


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