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《Ceramics International》:3D打印具有定制孔隙率的多孔Al2O3–ZrO2叠层陶瓷的微观结构和力学性能

《Ceramics International》:3D打印具有定制孔隙率的多孔Al2O3–ZrO2叠层陶瓷的微观结构和力学性能

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-10-12 11:27
  • 访问量:

【概要描述】本研究设计并制备了多孔Al2O3-ZrO22层压陶瓷。对3d打印多孔Al2O3-ZrO2层压陶瓷的弯曲性能和破坏模式进行了实验研究和理论预测。

《Ceramics International》:3D打印具有定制孔隙率的多孔Al2O3–ZrO2叠层陶瓷的微观结构和力学性能

【概要描述】本研究设计并制备了多孔Al2O3-ZrO22层压陶瓷。对3d打印多孔Al2O3-ZrO2层压陶瓷的弯曲性能和破坏模式进行了实验研究和理论预测。

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2023年8月4日,汕头大学土木与环境工程系曾涛教授课题组在《Ceramics International》发表题为Microstructure and mechanical properties of 3D printed porous Al2O3–ZrO2 laminated ceramics with tailored porosity 的研究论文,提出了一种通过控制聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球含量来制备多孔Al2O3-ZrO2层压陶瓷的3D打印技术,为多孔Al2O3-ZrO2复合陶瓷的设计和增材制造提供了有价值的指导。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.08.057 

 

       研究简介 

多孔陶瓷表现出多种特性,包括大的比表面积、轻质结构、高强度、低导热性和特殊的温度稳定性。它们广泛应用于隔热和隔音材料、过滤、催化剂载体、生物材料等领域。多孔陶瓷的制备采用了牺牲模板、直接发泡、凝胶铸造和冷冻铸造等传统方法,然而,这些技术大多数要么在程序上复杂,要么无法生产复杂的多孔陶瓷结构。3D打印技术,为制造具有精确定制形状的多孔陶瓷提供了有价值的替代方案。

在这项研究中,研究人员提出了一种基于DIW的3D打印方法来制备多孔Al2O3-ZrO2层压陶瓷。通过调节每层中聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的含量来调节陶瓷的孔隙率。研究了孔隙率及其分布模式对这些材料的微观结构和弯曲性能的影响,并比较了实验结果和理论结果。

 

图1 多孔Al2O3-ZrO2复合陶瓷的制备工艺示意图

 

图2 (a)制备多孔Al2O3-ZrO2层压试样(b)胚体

 

 

图3 不同PMMA微球含量的Al2O3-ZrO2多孔陶瓷的SEM形貌:(a) 10 wt%, (b) (a)放大,(c) 20 wt%, (d) 30 wt%, (e) 40 wt%, (f) 50 wt%

 

   

图3 多孔Al2O3-ZrO2陶瓷的孔径分布:(a)由PMMA微球分解形成球形孔隙,(b)由陶瓷致密化过程和添加剂去除形成不规则孔隙

 

   

图4 3D打印多孔Al2O3-ZrO2陶瓷的弯曲行为:(a)载荷-位移曲线,(b) S15试样的断裂照片

 

    

图5 3D打印多孔Al2O3-ZrO2层压陶瓷抗弯性能分析预测与实验结果对比:(a)抗弯模量(b)抗弯强度

 

研究结论 

本研究设计并制备了多孔Al2O3-ZrO22层压陶瓷。对3d打印多孔Al2O3-ZrO2层压陶瓷的弯曲性能和破坏模式进行了实验研究和理论预测。

3D打印多孔Al2O3-ZrO2层压陶瓷的性能设计可以通过调整每层PMMA微球的含量来实现。多孔Al2O3-ZrO2层压陶瓷表现出脆性行为。裂纹首先沿厚度方向扩展,进入内层后发生偏转。裂纹挠曲的程度与下层和内层PMMA含量的差异有关。PMMA含量差异越大,裂缝挠曲程度越大。

(注:本文所使用的3D打印设备为我司独立研发并生产的Adventure 3D-LB-Printer-0005)

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