供稿人:夏园林 鲁中良 发布日期：2017-07-28
本研究提出了使用冷冻 氧化铝/莰烯 为原料制造具有宏观/微孔结构的多孔氧化铝三维陶瓷。通过以0°/ 90°的木堆堆叠状打印出 氧化铝/莰烯 来得到相互连接的孔结构，如图1所示，多孔氧化铝陶瓷的宏观/微孔结构和压缩强度可以通过调整 氧化铝/莰烯 浆料中氧化铝的含量来调整。
图1 宏观/微孔结构多孔氧化铝三维陶瓷直写成型制造原理图 A：直写成型过程 B：宏观/微孔结构多孔氧化铝三维陶瓷
图2为氧化铝含量为20vol%时制得的多孔结构的μ-CT图。图像显示素坯没有明显变形或大的缺陷，具有很好的规律性。这一结果表明，用作粘接剂的莰烯可以有效地维持氧化铝粉末的结构，从而使 氧化铝/莰烯 具有更高的素坯强度。此外，通过冷冻干燥法可以轻易地除去莰烯，避免了耗时的脱脂过程。
图2 氧化铝多孔结构μ-CT图 A：三维视图 B：截面图 C：顶视图
图3(A) - (F)显示了氧化铝含量分别为15vol％，20vol％，25vol％时制得的多孔结构FE-SEM图像。可以发现，即使没有添加支撑，所有几何圆周形状的氧化铝框架也以周期性木堆型堆积（图3(A) - (C)）。对于氧化铝含量为15vol％的样品，仅观察到氧化铝丝的轻微变形，并且所有的多孔结构都具有4〜150μm的连通孔结构。此外，所有的样品都实现了木堆结构间良好的结合，这得益于莰烯优异的粘接性能。图3(D) - (F)显示了氧化铝含量分别为15vol％，20vol％，25vol％时制得的多孔结构的横截面的FE-SEM图像。图像显示，木堆结构中具有大量与挤出方向垂直的微孔。此外，随着氧化铝含量的减少，孔的数量和大小随之增加。该发现表明，样品的微孔结构可以简单地通过调节氧化铝/莰烯浆料中氧化铝的含量来控制。
图3 氧化铝多孔结构FE-SEM图像 A、D：氧化铝含量为15vol% B、E：氧化铝含量为20vol% C、F：氧化铝含量为25vol%