聚合物前驱体转化陶瓷增材制造技术研究趋势与挑战

近年来,增材制造技术作为一种新兴的制造技术受到了广泛关注。该技术在高性能陶瓷材料的成型制造领域具有巨大的发展潜力,有望突破传统陶瓷加工和生产的技术瓶颈,极大提升高性能陶瓷产品的设计和制备的自由度,从而为高性能陶瓷材料制造技术的发展提供变革性的推动力。前驱体转化陶瓷通过化学方法制得聚合物,再经热处理转化为陶瓷材料。聚合物前驱体充分利用了自身良好的可加工性特点,实现了目标结构的预成型,并通过热处理工艺获得传统陶瓷工艺难以获得的先进陶瓷材料。而聚合物前驱体材料与增材制造技术的结合更受到了极大关注。本文在介绍聚合物前驱体增材制造技术特点的基础上,系统阐述了聚合物前驱体增材制造技术的研究与应用前沿的现状与趋势,并分析了聚合物前驱体增材制造技术面对的挑战以及未来发展方向。

铝硅酸盐聚合物及其复合材料研究进展

铝硅酸盐聚合物及其复合材料具有低温制备、工艺简单、成本低、可沿用多数树脂基复合材料的制备工艺成型复杂形状构件、轻质、耐热、阻燃、耐腐蚀、对核废料及重金属离子固封效果好等优点,能够满足国家对节能降耗和CO2减排的需要,因此在传统建筑、冶金等领域具有广阔的应用前景;它还可通过掺杂改性赋予其导电、电磁屏蔽、吸波隐身等功能特性,且可通过高温陶瓷化处理获得力学和热学性能宽温域调控的榴石陶瓷及其复合材料,在航空航天用低成本耐热结构材料、防/隔热材料、吸波隐身材料等方面具有重要潜在应用。系统评述了国内外在铝硅酸盐聚合物及其复合材料方面的研究进展,包括铝硅酸盐聚合物的聚合机理和性能特点、为克服其脆性缺点而发展的各种类型复合材料,以及最近铝硅酸盐聚合物在转化制备先进陶瓷、核废料固封、新型建筑材料等领域的应用研究进展,并且指出了其发展方向。

碳纤维/榴石陶瓷基复合材料抗氧化行为研究

将碳纤维/榴石陶瓷基复合材料在空气气氛不同的温度下保温60 min,研究了其显微组织结构和物相组成,测试了其残余力学性能和断裂模式,进而评价其高温抗氧化行为。结果发现在900℃以内复合材料具有较好的抗氧化行为,即使在900℃氧化60 min后,其弯曲强度为164.9 MPa,仍能保持原始强度的~50%,表明此类材料潜在的中温应用价值。

陶瓷挤出和喷射增材制造技术研究进展

增材制造技术被认为是解决复杂结构陶瓷零部件制造的有效新途径之一。其由点-线-面-体累加成型的制造过程还为具有特殊宏微观结构的陶瓷零部件赋予了一体化的结构功能特性。综述了熔融沉积造型、挤出直写、喷墨打印以及粘接剂喷射等四种基于挤出或喷射成型原理的陶瓷增材制造技术的历史起源、工作原理、原材料制备以及打印工艺研究等内容,并结合研究实例探讨打印件性能与应用研究。通过不同技术的特点对比,提出目前陶瓷挤出喷射增材制造技术面临的主要挑战并进行了展望。

高速连续光固化3D打印工艺与树脂打印件性能研究

受传统光固化工艺的分层打印原理的限制,液态树脂光固化3D打印的打印速度与打印质量一直无法获得突破。连续液面成型3D打印技术(CLIP)在一定程度上避免了物理分层的存在,进而可以缓解传统光固化打印过程中打印速度与打印质量相互制约,不能两全的问题,为高速高精度高质量树脂增材制造提供可能。详细研究了在高速打印模式下(300~1500 mm/h)CLIP3D打印工艺与打印速度对打印件质量的影响规律,并分析讨论了树脂黏度对CLIP打印速度和打印件质量的影响。结果表明:受树脂黏度影响,在高速打印模式下随着打印速度的不断增加,无层打印又逐渐向分层打印转变,打印件的性能也因此受到影响。较低速度的连续打印不仅能够获得较优的表面质量(S_(a)=1.98μm),同时还能够获得较高的拉伸强度(45.6 MPa),且结果均优于DLP打印。