供稿人：郑誉 连芩 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2023-06-15
在自然界中绝大多数物质会呈现“热胀冷缩”的现象，材料的“热胀冷缩”属性会对精密部件的功能性、安全性、结构稳定性产生很大影响。例如，航天器的热防护系统再入大气时表面温度可达上千摄氏度，温度的剧烈变化会导致不同材料之间热变形的不匹配。因此，零热膨胀超结构的开发具有重要意义。西北工业大学梅辉课题组[1]通过前驱体热解制备了SiOC负泊松比结构，其显示出近零膨胀行为和优秀的力学性能，为实现结构的热稳定提供了有效的解决途径。
该研究设计了分辨率为200μm的负泊松比结构，以改性甲基倍半硅氧烷树脂（MK，Wacker Chemie）为原材料，使用具有405nm UV光源的还原光聚合打印机（VP，CeraForm100，Longer 3D）来3D打印数字模型。所得预成型体在氩气气氛中在900℃下热解，以获得致密的SiOC陶瓷结构。结构设计和制造工艺如图1所示。
图1 （a）负泊松比气体传感结构的制造工艺；（b）-（e）不同折叠角度结构的数字模型； （f）-（i）具有不同折叠角度的SiOC结构的SEM图像
该研究报告了一种负泊松比结构。使用该结构，通过前驱体热解制备了刚性和无裂纹的SiOC样件。折叠角度为45°时在高温环境下表现出接近零的膨胀行为，CTE为0.71×10−6/K，这是由于容纳热应力的单元的独立膨胀。它还表现出最佳的机械性能，抗压强度和杨氏模量分别为51.25MPa和5.14GPa。该研究为在高温环境下实现结构零膨胀提供了一种解决方案。