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IRCER实验室:3D打印碳化硅先进陶瓷商业化取得进展
2020年03月19日 发布 分类:技术前沿 点击量:150
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利摩日被称为法国的景德镇,而法国科研中心和利摩日大学联合实验室也是全球研究先进陶瓷材料的顶尖机构之一。目前,该机构旗下的IRCER实验室在法国知名陶瓷3D打印制造商3Dceram的支持下,正在研究实现碳化硅3D打印的商业化。

与氧化铝、氧化锆等氧化物相比,非氧化物陶瓷的3D打印制造开发落后很多,比如碳化硅。但碳化硅陶瓷在高温下优异的稳定性、导热性以及机械性能和低密度,使得其具有氧化物陶瓷的不可替代性。2016年,美国HRL实验室开发出了很可能是而全球首个碳化硅陶瓷;2018年,我国宁波材料所也在用于3D打印的高品质碳化硅陶瓷先驱体研制上获得进展。

此次研究团队所采取的工艺技术正式建立在此之上的(UV-Smart-SiC)激光智能光刻碳化硅打印技术。

 

2016年美国HRL实验室开发的3D打印碳化硅

首先要确立的概念是碳化硅光刻3D打印非常困难。立体光刻技术是一种用于悬浮液或含陶瓷粉体的活性糊料的紫外聚合技术,仅适用于紫外辐射吸收率低(350~400nm)的材料,主要是氧化铝、氧化锆、二氧化硅和羟基磷灰石等氧化物。但是,碳化硅具有很高的紫外光吸收率(355nm处约80%的吸收率),这使得用光固化树脂进行标准陶瓷立体光刻几乎不可能实现。

 

光刻打印碳化硅体积收缩示意

本次研究的解决方案是,在所需的光固化波长下,在SiC颗粒(核壳结构)上涂覆一层不透明的非吸收性材料。但又出现一个新问题,这会引入第二相,因此需要用不会污染材料的聚合物,但“丙烯酸酯” 聚硅氮烷等商用聚合物会导致40%的体积收缩,结果就是无法精确精密制造大型零部件。其他一些聚合物的组合选择又会导致游离碳或氧含量升高。

基于这种状况,研究团队认为“耦合”立体光刻,即称为(UV-Smart-SiC)的方法很有前途。该方法从两个方向着手,第一是开发定制新型聚合物,第二是开发仅适用于激光聚焦的光刻悬浮液。关于该技术更详细的内容并未披露,但该研究思路和取得的进展值得参考。

粉体圈 编译 YUXI


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