供稿人:赵洪炯 鲁中良 发布日期：2017-12-19
碳化硅具有高硬度、高导热抗腐蚀的特点，多运用于航空航天、先进摩擦系统、高温反应堆以及半导体等领域。
直写成型技术（或称为自动注浆成型技术）是一种无模成型的方法，该技术以流体为基本浆料，将其从容器的针头中挤出，并通过计算机控制三维平台带动针头运动，同时将挤出浆料按照预定轨迹在立体空间中进行布设并固化成型，最终获得具有三维复杂空间结构的器件。
来自清华大学、马德里自治大学和俄克拉荷马州立大学的学者研究出一种利用直写成型技术制造复杂结构碳化硅陶瓷的方法。具体过程如下：通过直写成型的方法制造出具有复杂三维结构的素坯，原理如图1。然后通过低压火花等离子烧结得到致密的实体结构。由SiC，Al2O3和Y2O3颗粒组成的总固相体积分数为44%的水基胶体，这种胶体的流变性具有假塑性的特点。以该胶体为“墨水”，从直径为150微米到330微米之间的挤出头挤出成型，累积得到圆柱形或者长方形的形状，如图2。打印成型结束后，经过干燥以及在1700℃的氩气氛围里经过低压火花等离子体烧结的煅烧工艺得到最终样品，如图3。最终样品的平均晶粒大小为1-2µm，密度达到理论密度的97%以上，烧结过程的线性收缩率在22.8%以下。
图1 （a）（b）（c）为圆柱形的原理示意图 （d）（e）（f）为长方形的原理示意图
图2 （a）是干燥之后圆柱形的图片，（b）是圆柱形的俯视图和侧视图， （c）是长方形的图，（d）方形样品的两层相邻连接处的图片，（e）表面形貌
图3 素坯的图片（左）和烧结之后的图片（右）
该研究成果利用具有剪切变稀性质的假塑性流体浆料作为“墨水”，应用直写成型技术，结合等离子烧结等技术，制作出碳化硅陶瓷样品，证实了用直写成型技术打印SiC的复杂结构的可行性，为未来进一步打印复杂形状的碳化硅陶瓷提供基础。