供稿人:苗恺,鲁中良, 朱伟军,李涤尘 发布日期：2017-05-09
陶瓷材料耐温能力强，化学性质稳定，在能源、化学等领域得到了广泛的运用。而随着技术的发展及应用领域的不断扩展，对陶瓷零件也提出了更高的要求，陶瓷零件也向功能复杂化，结构微细化的方向发展。传统的陶瓷加工方式已无法满足该类微结构陶瓷零件的制造需求，而目前主流的基于增材制造技术的陶瓷零件加工方法中，由于原材料多为陶瓷粉床或是陶瓷浆料，成型可控性较差，成型后的陶瓷零件结构完整性与表面质量无法满足使用要求。
图1 陶瓷前驱体光敏树脂增材制造过程：(a)根据层厚要求下移基板一层，涂覆上树脂；(b)单层加工完成后上移一层基板；(c)完成制造后基板移出，取出加工件；(d)树脂热解后得到最终陶瓷微结构零件
意大利帕多瓦大学Paolo Colombo课题组基于光固化成型的方式，采用陶瓷前驱体光敏树脂，实现了SiOC微结构陶瓷零件的制造。该技术以有机硅树脂为原材料，通过添加光引发剂及有机溶剂配制成陶瓷前驱体光敏树脂，采用奥地利LITHOZ公司的CeraFab 7500陶瓷3D打印机实现了最小特征尺寸仅为200μm陶瓷零件的制造。热解成型后的陶瓷零件结构完整，表面光洁，高倍电镜下微观结构致密无缺陷。
图2 微结构陶瓷零件(a)光固化成型后的坯体与最终零件；(b-d)不同尺度下坯体的微观形貌；(e-f)热解后的最终零件微观形貌
该研究中以SiOC陶瓷为例，阐述了微结构陶瓷零件的光固化成型技术。借助于该项技术，SiCN，Si3N4以及SiC等多类陶瓷微结构零件均可实现制造，以满足不同使用功能的需要。