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《Journal of the European Ceramic Society》:氧化锆陶瓷的数字光处理立体光刻:浆料制备和取向依赖的力学性能

《Journal of the European Ceramic Society》:氧化锆陶瓷的数字光处理立体光刻:浆料制备和取向依赖的力学性能

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-12-14 14:25
  • 访问量:

【概要描述】概述影响DLP制备氧化锆陶瓷力学性能的主要参数,并在此基础上优化可打印氧化锆浆料的制备工艺。研究还考察了固含量和打印方向对其力学性能的影响,并通过在烧结状态下测试样品,证明了DLP工艺能够制造高质量表面的能力,这是优于其他传统和3D打印技术的关键优势。

《Journal of the European Ceramic Society》:氧化锆陶瓷的数字光处理立体光刻:浆料制备和取向依赖的力学性能

【概要描述】概述影响DLP制备氧化锆陶瓷力学性能的主要参数,并在此基础上优化可打印氧化锆浆料的制备工艺。研究还考察了固含量和打印方向对其力学性能的影响,并通过在烧结状态下测试样品,证明了DLP工艺能够制造高质量表面的能力,这是优于其他传统和3D打印技术的关键优势。

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2023年1月15日,都灵理工大学和LSFC陶瓷合成和功能化实验室的研究人员在《Journal of the European Ceramic Society》上发表题为Digital light processing stereolithography of zirconia ceramics: Slurry elaboration and orientation-reliant mechanical properties的研究论文,报道了一个关于DLP技术制备陶瓷材料的实验研究。具体来说,该研究的目的是概述影响DLP制备氧化锆陶瓷力学性能的主要参数,并在此基础上优化可打印氧化锆浆料的制备工艺。研究还考察了固含量和打印方向对其力学性能的影响,并通过在烧结状态下测试样品,证明了DLP工艺能够制造高质量表面的能力,这是优于其他传统和3D打印技术的关键优势。

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095522192200036X

 

 

  研究简介  

 

数字光处理技术(DLP)被广泛应用于加工复杂形状、高精度的陶瓷零件。一项研究使用含有3mol%钇稳定的四方氧化锆多晶(Y-TZP)的紫外光固化浆料,并通过DLP进行打印。研究了不同固含量(40.5vol%和43.6vol%)以及打印方向对烧结件物理力学性能的影响。通过在1550℃下烧结1小时,无论固含量和打印方向如何,都能获得非常高的相对密度(99.2%TD)。显微镜观察显示,试样的横截面均匀无缺陷,平均晶粒尺寸为0.56±0.19µm。最后,发现打印方向和氧化锆含量对材料的力学性能有影响。在垂直于打印平面测试时,具有较高固体含量(43.6vol%)的样品显示最高的三点抗弯强度(751±83MPa)。

 

 

 

图1a)CY3Z粉末粒度分布;b)CY3Z粉末FE-SEM显微图。

 

 

 

图2 热脱脂和烧结程序。

 

 

 

图3 硬度(试验负荷为200gf)测量的维氏压痕示例,此处的成分为79wt%。

 

 

 

图4 分散剂对所研究组合物流变行为的影响:a)测试剪切速率的整个范围和b)1-300s-1范围的扩大。

 

 

 

图5 79和81wt%样品的膨胀(实线)和导数(虚线)曲线加热到1550℃1小时。

 

 

 

图6 与CY3Z粉末相对应的XRD图谱(收到的);81wt%样品烧结1小时@1550◦C和81wt%样品烧结1小时@1550◦C的断口表面。

 

 

 

图7 从79wt%的浆料中产生的打印(a,b)和烧结(c,d)样品的FE-SEM显微照片;低(a,c)和高(b,d)放大断口表面(层用红色虚线突出显示)。

 

 

 

图8 从a)到d)增大倍率时,79wt%样品的抛光表面的FE-SEM显微照片。

 

 

 

图9 79%wt%和81%wt%烧结试样的晶粒尺寸分布。

 

 

 

图10 弯曲强度(σ)和杨氏模量(E)随固含量和打印方向的变化。

 

 

 

图11 81wt%试样弯曲试验后断裂面:XY(a、b)和XZ(c、d)打印方向。图像在低(a,c)和高(b,d)放大。

 

 

 研究结论 

 

通过采用DLP增材制造技术,成功制备并打印了高固含量氧化锆浆料。研究发现,使用不同固含量和不同打印方向制备的样品,在1550℃下烧结1小时后获得了高相对密度(>99.2%TD)。FE-SEM显微形貌显示,氧化锆的微观结构致密并具有钇稳定氧化锆的典型细晶微观结构。实验结果还发现,打印方向和氧化锆含量对复合材料的力学性能影响较小。垂直于打印平面的样品比平行于打印平面的样品具有更高的抗弯强度。同时,弹性模量和维氏硬度与打印方向无关,其数值与传统制造的材料相当。这些结果表明,DLP技术是一种可行的制备陶瓷零件的解决方案,不仅具有与传统制造的陶瓷相当的性能,还避免了耗时的加工和后处理。最后,尽管存在一定的抗折强度各向异性,但这种影响可以通过优化浆料和打印参数来减小。

 

——END——

 

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