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《Ceramics International》:高固含量浆料数字光处理增材制造具有适用微观结构和力学性能的Al2O3陶瓷芯

《Ceramics International》:高固含量浆料数字光处理增材制造具有适用微观结构和力学性能的Al2O3陶瓷芯

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-11-16 11:50
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【概要描述】2023年5月7日,中国科学院的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Additive manufacturing of Al2O3 ceramic core with applicable microstructure and mechanical properties via digital light processing of high solid loading slurry的研究论文,报道了一项研究制备了固含量高达70vol%的氧化铝陶瓷浆料,并将其用于DLP打印制备陶瓷芯。进一步研究了不同的打印层厚度(25~200μm)对打印样品的微观结构和力学性能的影响。

《Ceramics International》:高固含量浆料数字光处理增材制造具有适用微观结构和力学性能的Al2O3陶瓷芯

【概要描述】2023年5月7日,中国科学院的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Additive manufacturing of Al2O3 ceramic core with applicable microstructure and mechanical properties via digital light processing of high solid loading slurry的研究论文,报道了一项研究制备了固含量高达70vol%的氧化铝陶瓷浆料,并将其用于DLP打印制备陶瓷芯。进一步研究了不同的打印层厚度(25~200μm)对打印样品的微观结构和力学性能的影响。

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2023年5月7日,中国科学院的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Additive manufacturing of Al2O3 ceramic core with applicable microstructure and mechanical properties via digital light processing of high solid loading slurry的研究论文,报道了一项研究制备了固含量高达70vol%的氧化铝陶瓷浆料,并将其用于DLP打印制备陶瓷芯。进一步研究了不同的打印层厚度(25~200μm)对打印样品的微观结构和力学性能的影响。此外,对打印件进行了不同的脱脂和烧结温度的后处理。最终成功打印出结构复杂、柔性强度高、孔隙率适宜、精度高、收缩率低且均匀的氧化铝陶瓷。研究认为本文提出的方法在氧化铝陶瓷芯的制造中具有良好的应用前景。

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884223013019

 

 

 

  研究简介  

本研究使用增材制造技术中的数字光处理(DLP)技术制备具有复杂几何形状的氧化铝(Al2O3)陶瓷芯。陶瓷芯在高温合金涡轮空心叶片中起到重要作用。研究中探讨了打印参数(曝光强度、打印层厚度和烧结温度)对打印样品微观结构和力学性能的影响。通过调整打印参数,成功降低了X、Y、Z方向的残余应力,并获得相似的收缩率,从而实现高质量复杂陶瓷芯的制备。陶瓷芯的抗弯强度达到34.84 MPa,开孔率为26.94%,满足高温合金叶片对陶瓷芯的要求。

 

 

 

图1 氧化铝粉体的粒度分布(a)和SEM显微照片(b)。

 

 

 

图2 氧化铝陶瓷浆料α-Al2O3的TGA曲线。

 

 

 

图3 坯体的脱脂和烧结工艺:(a)脱脂,(b)烧结。(读者可参阅本文的网页版本,以了解该图例中有关颜色的解释。)

 

 

图4不同固含量和光强(b)下陶瓷浆料黏度随剪切速率(a)和固化深度的变化。

 

 

 

图5 (a) 不同温度下烧结样品的XRD图谱。

 

 

 

图6 不同温度下烧结试样的开孔率(a)和抗弯强度(b)。

 

 

 

图7 不同层厚的X方向扫描电镜图像。(a) 25 μm;(b) 50 μm;(c) 75 μm;(d) 100 μm;(e) 125 μm;(f) 150 μm;(g) 175 μm;(h) 200 μm;(i)不同层厚下z方向的粗糙度。

 

 

 

图8 打印样品的X、Y、Z方向收缩率。

 

 

 研究结论 

本研究使用高固含量浆料高分辨率DLP打印方法制备精细复杂几何形状的Al2O3陶瓷芯。研究发现,在相同层厚下,提高烧结温度会增加孔隙率并提高抗弯强度。在相同烧结温度下,研究还发现不同层厚对氧化铝陶瓷的微观结构和力学性能有影响。经过考虑各向同性收缩率调节,确定75 μm为最佳层厚,并确定X、Y、Z方向的收缩率分别为0.95%、0.39%、0.49%。最后,使用70vol%的氧化铝陶瓷浆料成功制备了结构复杂的陶瓷芯,该芯的容重为2.71 g/cm3,抗弯强度为34.84±2 MPa。

 

——END——

 

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