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《Ceramics International》:DLP打印用光敏氧化锆悬浮液的动力学稳定性和流变性能

《Ceramics International》:DLP打印用光敏氧化锆悬浮液的动力学稳定性和流变性能

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-11-20 10:57
  • 访问量:

【概要描述】本研究成功制备了含有CY3Z-RS粉末的动力学稳定的低粘度浆料,并优化了Disperbyk-103试剂的适当添加。

《Ceramics International》:DLP打印用光敏氧化锆悬浮液的动力学稳定性和流变性能

【概要描述】本研究成功制备了含有CY3Z-RS粉末的动力学稳定的低粘度浆料,并优化了Disperbyk-103试剂的适当添加。

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2023年2月28日,布尔诺理工大学的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Kinetic stability and rheological properties of photosensitive zirconia suspensions for DLP printing的研究论文,报道了探究使用分散剂Disperbyk-103的浓度对制备的氧化锆悬浮液动力学稳定性的影响,以及降低制备体系的粘度。为了验证研究系统的质量,进行了坯体的打印、烧结等实验,并获得了相对密度、维氏硬度和收缩率等力学性能的数据。

 

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884223005254

 

 

 

 

 

  研究简介  

 

数字光处理(DLP)是一种快速发展的技术,用于打印复杂的陶瓷物体。成功打印的关键是制备具有低粘度和均匀分布的完美分散颗粒的稳定悬浮液。为了实现这一目标,可以选择适当的分散剂和氧化锆粉来制备悬浮液。在该研究中,使用分散剂Disperbyk-103制备了一种高度稳定的悬浮液,其中含有30%体积分数的氧化锆粉,具有适当的粘度(0.93 Pa s,在10 s-1的剪切速率下)。最佳试剂浓度可以通过流变学测量和离心机测量稳定性来确定。稳定性测量被评估为常规粘度分析的适当补充分析。此外,还开发了预测粘度模型,用于估计悬浮液中的固体体积分数,并预测悬浮液动态粘度。最后,使用具有最佳物理化学性能的悬浮液进行了打印和烧结,并通过力学性能分析(如维氏硬度、相对密度和收缩率)对其进行了表征。这项研究强调了稳定性分析作为陶瓷悬浮液研究的重要性。

 

 

 

图1 CY3Z-RS粉末的SEM图像。

 

 

 

图2 氧化锆坯体DLP打印的制造原理。(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3 A)单个研究悬浮液的平均粒径(d50)和多分散性指数(如数据条所示);B)粒子的散射光强度(I)与其流体动力直径(dH)的关系的尺寸分布曲线。

 

 

 

图4 LUMISizer获得的所研究悬浮液的沉降剖面(T表示透过率,x表示在试管中的位置)- A)在2000 rpm(20◦C)下获得的样品A103(10)数据中单个区域的指定(在文本中描述);B)样品A103(10)在3000 rpm(20◦C)下的沉降剖面。

 

 

 

图5 30 vol%浆料的表观粘度测试,分散剂含量从8 wt %到12 wt %不等,剪切速率10 s-1,A) 20℃;B) 35℃;

 

 

 

图6 在20℃和35℃温度下,悬浮液A103(10)在对数-对数刻度下的表观粘度(Pa⋅s)作为剪切速率(s-1)的函数。

 

 

 

 

图7 在a) 20℃时,Horri模型的相对粘度(-)与体积分数(-);b) 35℃

 

 

 

图8相对密度为98.2%的A103(10)烧结试样的SEM图像。

 

 

 研究结论 

 

本研究成功制备了含有CY3Z-RS粉末的动力学稳定的低粘度浆料,并优化了Disperbyk-103试剂的适当添加。研究结果表明Disperbyk-103是一种优异的分散剂,并能够将氧化锆陶瓷填充树脂高达40vol%。Horri模型提供了最佳的流变模型拟合,并允许进一步预测氧化锆悬浮液的流动特性和最大可能的体积填充。沉降分析证明所研究的氧化锆悬浮液具有高动力学稳定性,且Disperbyk-103试剂的适当添加为10wt%。稳定性分析可以为直接表征氧化锆悬浮液的动力学稳定性带来新的视角,并与流变学方法和粒度分析相结合提供复杂的工具。最终将样品打印在DLP装置上,结果显示优异的机械性能。该实验方法的关键结论是流变分析与分析离心机提供的数据互补性强。

 

——END——

 

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