2023年3月22日，沈阳理工大学研究人员在《China Foundry》上发表题为Effect of sintering temperature on microstructure and properties of 3D printing polysilazane reinforced Al2O3 core的研究论文，报道了一种采用3D打印技术的高陶瓷含量型芯。

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s41230-023-2122-6

  研究简介  

传统工艺如热压成型，由于需要制备复杂的模具而显著提高了工艺成本和周期，难以制备复杂结构的陶瓷型芯，光固化3D打印技术实现了复杂结构陶瓷型芯的快速制备。一般情况下，陶瓷型芯要求满足以下要求：(a)开孔率大于30%；(b) 25℃时抗弯强度在20-30MPa之间，1500℃时抗弯强度约为15MPa。为了同时满足这些要求，需要在高固含量和可打印性之间找到平衡，在陶瓷浆料中加入前驱体是一种有效的方法。常见的陶瓷前驱体主要有聚硅氧烷和聚硅氮烷(PSZ)等，其中PSZ具有粘度低、固化时间短、陶瓷含量高、对陶瓷材料附着力好等优点。因此，本研究在陶瓷浆料中掺杂PSZ试图通过低固含量浆料制备高陶瓷含量型芯。研究了烧结温度对掺杂10vol.%聚硅氮烷(PSZ)的氧化铝基陶瓷型芯的开孔隙率、烧结收缩率、抗弯强度和微观结构的影响。分析了PSZ增强陶瓷型芯的烧结机理。

图1 PSZ增强陶瓷芯在不同温度烧结后的断裂形态：(a)1300°C(b)1350°C(c)1400°C(d)1450°C(e)1500°C

图2 不同温度烧结后的体积密度和开放孔隙度

图3 PSZ增强陶瓷岩芯在不同烧结温度下的收缩率(a)和减重率(b)

图4 PSZ增强陶瓷型芯在不同烧结阶段的烧结机理示意图：(a)绿体；(b)烧结前期；(c)烧结中期；(d)烧结最后阶段

 研究结论 

在本研究中，将PSZ掺杂到浆料中，通过光固化3D打印制备Al2O3基陶瓷型芯。研究了烧结温度对PSZ增强陶瓷型芯性能和显微组织的影响。分析了PSZ对型芯的强化机理。结果表明，PSZ增强陶瓷型芯的最佳烧结温度为1450℃。在此温度下，陶瓷型芯的开孔率为36.60%，抗弯强度为28.794MPa。3D打印PSZ增强陶瓷型芯的性能能够满足高温合金空心叶片的精密铸造要求，有望推动3D打印复杂结构陶瓷型芯的工业化应用。

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