氮化硅陶瓷光固化3D打印成形研究进展

与其他增材制造技术相比,光固化3D打印成形技术制备结构复杂、致密度高、表面精度高的陶瓷具有独特的优势,并逐步成为陶瓷增材制造领域的研究热点。然而,氮化硅陶瓷的高折射率和高吸光度等特征导致光固化成形困难,限制了其发展和应用。本文分别从光固化氮化硅陶瓷的浆料流变性能以及固化性能进行分析,总结归纳出氮化硅浆料在流变性能和固化性能方面面临的问题,进一步汇总了提升氮化硅陶瓷浆料光固化性能的研究工作,并对粉体改性、调控树脂组成等几种方法进行分析与探讨。最后,对氮化硅陶瓷光固化3D打印的未来发展趋势和方向进行了详细阐述。

光固化3D打印制备高性能BaTiO_(3)压电陶瓷

光固化3D打印技术在制备异形压电陶瓷方面具有广阔的应用前景。本文采用数字光处理技术制备了钛酸钡(BaTiO3)压电陶瓷,研究了坯体形貌、烧结温度对钛酸钡微观结构的影响。结果表明,曲拉通X-100的引入使陶瓷料浆的黏度小于3 Pa·s,同时陶瓷粉体的引入未改变树脂的性质。陶瓷坯体层间结合良好,且无明显缺陷。烧成后的BaTiO_(3)陶瓷内部含有四方与正交两种晶相,剩余极化强度为27.6μC/cm^(2),矫顽场为4.6 kV/cm,相对介电常数为2512,介电损耗为0.0091,居里温度为167℃,介电常数为182 pC/N。

无压烧结和气压烧结对氮化硅陶瓷性能的影响

以氮化硅粉末为主要原料,分别采用无压烧结和气压烧结的方式制备氮化硅陶瓷,研究了无压及气压烧结对氮化硅陶瓷的硬度、密度、强度及韧性的影响,研究了1300℃氧化5 h对氮化硅陶瓷抗氧化性能和表面微观形貌的影响。结果表明:采用无压及气压烧结制备的氮化硅陶瓷力学性能数值相近,但是气压烧结制备的氮化硅陶瓷性能相对稳定,同时展现出更好的断裂韧性,断裂韧性平均值为12.6 MPa·m^(1/2)。1300℃氧化5 h,Si_(3)N_4表面被氧化生成玻璃相的SiO_(2)并存在有明显裂纹。相比无压烧结,气压烧结展现出更好的抗氧化性能及高温强度性能,其氧化增重率和弯曲强度平均值分别为0.014%和304.2 MPa。

挤出成型制备高强度氮化硅陶瓷

以羧甲基纤维素(CMC)为黏结剂,通过挤出成型的方式制备氮化硅陶瓷管材,并研究了黏结剂含量对陶瓷管材生坯性能的影响,烧结温度对氮化硅陶瓷相对密度、弯曲强度和微观形貌的影响,以及氮化硅陶瓷的高温强度性能。结果表明:黏结剂含量为7%(质量分数)时,可制得干燥收缩均匀、表面光滑、无微裂纹的陶瓷管材生坯;烧结温度在1740℃时,氮化硅陶瓷的相对密度和弯曲强度达到最大值,分别为96%和(684±23)MPa,其1200℃时的弯曲强度达(380±21)MPa,具有良好的高温强度性能。

大壁厚3D打印SiO_(2)陶瓷快速制备技术研究

选用复合分散剂制备低粘度陶瓷料浆,采用自主研发的陶瓷3D打印机,以DLP(digital light processing)工艺制备出了大壁厚(>3 mm)SiO_(2)空心内六角陶瓷部件,坯体精度均在50μm内。分析了3D打印陶瓷素坯在空气气氛和氩气气氛下的热分解过程,研究了气氛对大壁厚(>3 mm)SiO_(2)陶瓷部件脱脂与烧结的影响。结合扫描电子显微镜(SEM)分析了大壁厚(>3 mm)3D打印SiO_(2)陶瓷坯体快速脱脂烧结的工艺,氩气气氛有利于大壁厚SiO_(2)陶瓷快速脱脂烧结。氩气气氛下,控制气流量,进行了大壁厚(>3 mm)SiO_(2)陶瓷部件的快速制备,脱脂烧结周期大大缩短,为21.8 h,较自国外某公司进口的料浆及其工艺的制备周期(以进口的该公司料浆及工艺制备的相同产品制备周期为283 h)缩短92.3%,较公开报道的3D打印相同工艺制备的SiO_(2)陶瓷空心叶片制备周期缩短82%以上。

光固化ZrO_(2)陶瓷料浆的流变性能研究

围绕陶瓷粉体在光敏树脂中的分散,研究了粉体性质、分散剂种类及其掺加量、固含量对光固化ZrO_(2)陶瓷料浆流变性能的影响。结果表明:粉体性质对料浆的流变性能有着显著影响,比表面积小、球形度高的ZrO_(2)陶瓷粉体更有利于配制低粘度、高固含量的料浆;料浆的流变性能以及稳定性主要受分散剂种类及其掺加量的控制,以相对粉体质量4%的X-100分散剂制备的陶瓷料浆的流变性及稳定性更佳;固含量与粘度之间的关系满足Krieger-Dougherty模型。本文对分散剂的作用机理进行了分析探讨,为光固化ZrO_(2)陶瓷料浆高精度固化成型提供了试验基础。

资源开发对鹤岗市经济增长的影响——基于资源诅咒假说

资源诅咒现象是伴随着资源开发而产生的新型区域发展问题.利用1991~2014年间面板数据,选取资源开发强度大但经济增长缓慢区域鹤岗市为研究对象,通过计算资源诅咒系数验证是否存在资源诅咒现象,并根据系数判断资源诅咒存在程度.结果表明,鹤岗市已陷入资源诅咒困境,系数于1996年达到峰值,之后略有下降,但仍处于高危资源诅咒程度.利用Eview8. 0进行回归分析,探讨资源开发与经济增长的关系,并探究资源诅咒传导机制,进一步分析能源开发锁定效应.研究成果表明鹤岗市能源开发对经济增长的阻碍作用,主要表现在间接的传导机制,能源开发并没有带动其他产业的成长,反而因为路径锁定抑制其他产业.鹤岗市未来的发展方向应为摆脱资源诅咒,降低对资源开发的依托水平,优化产业结构.

基于熔融沉积技术的多孔氮化硅陶瓷制备与烧结研究

通过增材制造制备复杂结构的多孔氮化硅陶瓷备受关注。然而,由于陶瓷脆而硬的特性不能直接用于挤压成型。因此,开发一种兼备高温流动稳定性、高均匀性双重功能的多孔氮化硅陶瓷喂料的方法,成功解决陶瓷不能直接应用于熔融沉积成型的困难。即加入石蜡、塑料等有机成分来使陶瓷粉末易于加热为熔融状态,并具有较好的流动性。此外,通过引入表面活性剂、有机粘结剂对陶瓷粉料进行表面改性,提升融合水平。该方法成功地解决了陶瓷不能直接应用于熔融沉积成型的困难,也适用于大范围陶瓷体系基于熔融沉积技术制备,最后对制备的夹层结构陶瓷力热电性能进行测试。