供稿人:夏园林 鲁中良 发布日期：2017-12-16
这里介绍一种适用于直写成型技术（DIW）的复杂形状短纤维陶瓷基复合材料。通过使用陶瓷先驱体作为粘合剂和陶瓷原料。配制出适于挤出细丝（直径<1mm）并含有相对高纤维含量（> 30vol％）的浆料。并成功打印出具有约75％孔隙率和4MPa压缩强度的陶瓷基复合材料。打印过程以及打印样品如图1所示。
图1 （A）打印过程；（B）经过1000℃裂解后的打印样品
当浆料中没有添加SiC时，热裂解后会产生很多垂直于打印方向的裂纹，如图2所示。 而且值得注意的是，样品干燥后是没有裂纹的，裂纹只有在热裂解之后才会出现。浆料中加入SiC后，裂纹消失，原因可能是碳纤维的存在阻碍了收缩。不能吸收应力的先驱体材料通过基体和纤维之间应力最大的界面层释放应力从而形成裂纹。
图2 （A）先驱体裂解产生裂纹 (浆料中没有添加SiC)；（B）加入SiC后试样表面
由于在打印过程中喷嘴处产生的剪切应力，该方法具有在挤出方向上定向纤维的效果，并首次用于制备陶瓷基复合材料，如图3所示。通过直写成形技术打印出高纵横比的结构，实现了逐层设计的路径，以此优化打印零件的机械和微结构性能，并且可以扩展到其他类型的材料中。
图3 （A）裂解先驱体细丝部分的SEM顶视图，显示纤维拉出；（B）SEM截面的侧视图，显示长丝的部分变形，但依然具有沿着打印方向的纤维取向；（C）断裂面的放大图