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氧化铝多孔陶瓷直写成型技术

氧化铝多孔陶瓷直写成型技术

供稿人:夏园林 鲁中良   发布日期:2017-07-28
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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%

参考文献:

  1. Moon Y W, Choi I J, Koh Y H, et al. Porous alumina ceramic scaffolds with biomimetic macro/micro-porous structure using three-dimensional (3-D) ceramic/camphene-based extrusion[J]. Ceramics International, 2015, 41(9):12371-12377.