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《Ceramics International》:数字光处理立体光刻钇稳定氧化锆的三维打印

《Ceramics International》:数字光处理立体光刻钇稳定氧化锆的三维打印

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-02-29 16:56
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【概要描述】报道了使用dlp立体光刻3D打印技术制备全8YSZ单体的工艺。该工艺包括以下步骤:制备可紫外光固化的陶瓷悬浮液,通过坯体成型将悬浮液打印成所需形状的陶瓷单体,然后进行脱脂和烧结处理。这种方法提供了一种简单的方式来制备具有设计灵活性的8YSZ陶瓷单体,并且有可能将3D打印技术扩展到能源领域的应用。

《Ceramics International》:数字光处理立体光刻钇稳定氧化锆的三维打印

【概要描述】报道了使用dlp立体光刻3D打印技术制备全8YSZ单体的工艺。该工艺包括以下步骤:制备可紫外光固化的陶瓷悬浮液,通过坯体成型将悬浮液打印成所需形状的陶瓷单体,然后进行脱脂和烧结处理。这种方法提供了一种简单的方式来制备具有设计灵活性的8YSZ陶瓷单体,并且有可能将3D打印技术扩展到能源领域的应用。

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2019年12月12日,山东理工大学和科延大学的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Digital light processing-stereolithography three-dimensional printing of yttria-stabilized zirconia的研究论文,报道了使用dlp立体光刻3D打印技术制备全8YSZ单体的工艺。该工艺包括以下步骤:制备可紫外光固化的陶瓷悬浮液,通过坯体成型将悬浮液打印成所需形状的陶瓷单体,然后进行脱脂和烧结处理。这种方法提供了一种简单的方式来制备具有设计灵活性的8YSZ陶瓷单体,并且有可能将3D打印技术扩展到能源领域的应用。

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884219336028

 

 

  研究简介  

 

DLP 3D打印是一种制造复杂几何形状部件的技术。本文尝试使用DLP 3D打印制备8mol %钇稳定氧化锆(8YSZ)的全单体,这是固体氧化物燃料电池常用的电解质材料之一。通过优化的打印条件,采用30 vol% 8YSZ光敏树脂悬浮液,并添加0.1 wt%油酸作为分散剂,在真空脱脂和空气烧结的过程中,成功打印出完整且无连通孔的坯体。这种方法为制备功能陶瓷部件提供了一种简单的方式,并且可以将3D打印技术扩展到能源领域。

 

 

 

图1 (a)传统制造和(b) 3D打印获得的SOFC堆栈。

 

 

 

图2 (a) 8YSZ单体的几何形状和(b)内部通道;(c) dlp立体光刻3D打印工艺示意图。

 

 

 

图3 (a)沉降原理和(b) 10 vol% 8YSZ悬浮液随时间的保留率。

 

 

 

图4 (a)在30 s-1剪切速率下,不同分散剂对20 vol% 8YSZ悬浮液粘度的影响。(b)固含量为20 vol%时不同悬浮液的流变曲线。(c)在30 s-1剪切速率下,不同固含量下悬浮液的粘度。(d) 0.1 wt% OA-8YSZ悬浮液在30 vol %固含量下的流变行为。

 

 

 

图5 在光固化过程中观察到的问题:(a)过度曝光和(b)曝光不足。(c) Cd与暴露时间的关系。

 

 

 

图5 (a)坯体TG-DTA曲线。(b) 8YSZ整体体的脱脂和烧结程序。

 

 

 

图6 (a)空气、(b) N2、(c)真空中脱脂后的坯体;(d)烧结后的坯体;(e)烧结后8YSZ整体的微观结构。

 

 

 研究结论 

 

这项实验使用了dlp立体光刻3D打印技术成功制备了一种完整致密的8YSZ块状管束。在该实验中,通过使用0.1 wt% OA的均匀颗粒在疏水树脂中进行分散,8YSZ紫外光固化陶瓷悬浮液表现出剪切减薄行为,提供了理想的流变性和稳定性。

实验还发现,Cd(光固化深度)随着曝光时间的增加而增加,但曝光时间应控制在16秒以内,以保证Cd达到50 μm层厚的1.1倍。

与空气或N2气氛下的脱脂相比,真空下的脱脂具有良好的集成度,并且没有分层和裂纹现象出现。

最后,通过使用阿基米德水置换法测定,在最佳脱脂烧结条件下,烧结体的密度达到99.45%,这与扫描电子显微镜分析结果一致。

通过采用dlp立体光刻3D打印技术成功制造复杂形状的8YSZ单体,为其在能源领域的应用提供了一种简单的方法。

 

——END——

 

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