基于3D打印构筑的高面间热导率氮化硼陶瓷的制备

氮化硼(BN)陶瓷具有高纵横比、耐高温、高导热和电绝缘性等优异性能,广泛应用于电子信息、航天航空、冶金、机械等领域。3D打印技术与传统加工方式相比具有低成本和省时等特点,是制备具有复杂三维结构陶瓷制件的重要成型技术。为此,基于自主研发的气压式新型直写3D打印材料成型平台,使用BN和聚乙烯醇(PVA)作为原料和粘结剂,制备了不同BN含量的陶瓷浆料,利用逐层堆积原理,设计并制备具有不同三维结构的陶瓷预制件,通过改变浆料的流变学特性,在打印过程中实现了BN二维纳米片在剪切力作用下的取向,得到了高面间热导率的陶瓷材料。研究了BN含量对陶瓷制件成型质量的影响,并且采用了XRD和SEM对打印得到的陶瓷材料的结构和微观形貌进行了表征。结果表明,BN/PVA 85浆料有着良好的剪切变稀特性和黏弹性,在线性黏弹性区的屈服应力达到240 Pa,适配于直写成型3D打印技术。BN在制件内部的水平取向度提高有助于增强陶瓷材料的面间热导率,其中,BN/PVA 85陶瓷制件的面间热导率约为4.3 W/(m·K)。