利摩日被称为法国的景德(de)镇,而法国科研中(zhong)心和(he)利摩日大学(xue)联合实验室也是全球研究先(xian)进陶瓷材料的顶尖机(ji)构之一(yi)。目前,该机(ji)构旗下(xia)的IRCER实验室(shi)在法国知(zhi)名陶(tao)瓷(ci)3D打印制造商3Dceram的支持下,正在(zai)研(yan)究(jiu)实(shi)现碳化硅3D打印的商业化。
与氧化(hua)铝、氧化(hua)锆等氧化(hua)物(wu)相(xiang)比(bi),非氧化(hua)物(wu)陶(tao)瓷的3D打印制造开发落后很多,比如碳化硅。但碳化硅陶瓷在高温下优异的稳定性、导热性以及机械性能和低密度,使得其具有氧化物陶瓷的不可替代性。2016年,美国HRL实验室开发出了很可能是而全球首个碳化硅陶瓷;2018年,我国宁波材料所也在用于3D打印的高品质碳化硅陶瓷先驱体研制上获得进展。
此次(ci)研(yan)究团队所(suo)采取的(de)(de)工艺技术正式(shi)建立在此之上的(de)(de)(UV-Smart-SiC)激光智(zhi)能光刻碳化硅打印技术。
2016年(nian)美(mei)国HRL实(shi)验室开发的(de)3D打(da)印碳(tan)化(hua)硅
首先要确立的概念是碳化硅光刻3D打印非常困难。立体光刻技术是一种用于悬浮液或含陶瓷粉体的活性糊料的紫外聚合技术,仅适用于紫外辐射吸收率低(350~400nm)的材料,主要是氧化铝、氧化锆、二氧化硅和羟基磷灰石等氧化物。但是,碳化硅具有很高的紫外光吸收率(355nm处约80%的吸收率),这使得用光固化树脂进行标准陶瓷立体光刻几乎不可能实现。
光刻打印碳化硅体积收缩示意
本次研究的(de)解决方案是,在(zai)所需的(de)光固化波长(zhang)下,在(zai)SiC颗粒(核壳结构)上涂覆一层不透明的非吸收性材料。但又出现一个新问题,这会引入第二相,因此需要用不会污染材料的聚合物,但“丙烯酸酯” 聚硅氮烷等(deng)商用聚合物(wu)会导致(zhi)40%的体积收缩,结果就是无法精确精密制造大型零部件。其他一些聚合物的组合选择又会导致游离碳或氧含量升高。
基于(yu)这(zhei)种状(zhuang)况(kuang),研究(jiu)团队认为“耦合”立体光刻,即称为(UV-Smart-SiC)的(de)方法很有前途(tu)。该方法从(cong)两(liang)个方向着手,第一是开(kai)发定制新型聚合物,第二是开(kai)发仅(jin)适用于激光聚焦的(de)光刻悬浮液。关于该技术(shu)更详细的(de)内容并未披露,但该研究(jiu)思路和(he)取得的(de)进展值得参考。
粉体圈 编译 YUXI