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微结构陶瓷零件的光固化成型

微结构陶瓷零件的光固化成型

供稿人:苗恺,鲁中良, 朱伟军,李涤尘   发布日期:2017-05-09
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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。

文献来源

  • Zanchetta E, Cattaldo M, Franchin G, et al. Stereolithography of SiOC ceramic microcomponents[J]. Advanced Materials, 2016, 28(2): 370-376.
  • http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201503470/full