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《Additive Manufacturing》:粘结剂喷射3D打印高强度Al2O3陶瓷

《Additive Manufacturing》:粘结剂喷射3D打印高强度Al2O3陶瓷

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-03-19 09:32
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【概要描述】(1)通过优化工艺确定了烧结助剂添加量为10%,烧结温度为1450℃,浸渍时间为60s,渗透真空度为24KPa。对处理后的样品进行了验证测试,结果符合预期,弯曲强度和相对密度分别达到113.79MPa和78.13%。弯曲强度是未经处理的氧化铝陶瓷样品的48倍,相对密度提高了41.85%。(2)在烧结过程中形成了MnTiO3和MnAl2O4。MnTiO3被确认为陶瓷样品机械性能提升的主要原因,而少量的MnAl2O4的存在也对机械性能的改善起到了辅助作用。

《Additive Manufacturing》:粘结剂喷射3D打印高强度Al2O3陶瓷

【概要描述】(1)通过优化工艺确定了烧结助剂添加量为10%,烧结温度为1450℃,浸渍时间为60s,渗透真空度为24KPa。对处理后的样品进行了验证测试,结果符合预期,弯曲强度和相对密度分别达到113.79MPa和78.13%。弯曲强度是未经处理的氧化铝陶瓷样品的48倍,相对密度提高了41.85%。(2)在烧结过程中形成了MnTiO3和MnAl2O4。MnTiO3被确认为陶瓷样品机械性能提升的主要原因,而少量的MnAl2O4的存在也对机械性能的改善起到了辅助作用。

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2023年11月25日,华中科技大学樊自田教授团队在《Additive Manufacturing》上发表题为Effect of sintering aid combined vacuum infiltration on the properties of Al2O3-based ceramics via binder jetting的研究论文,为实现高强度和高相对密度的陶瓷组件打开了新的途径。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103898

 

 

 

 研究简介 

 

在本研究中,作者将MnO2烧结助剂与TiO2溶胶-凝胶真空渗透相结合,引入MnO-TiO2-Al2O3三元烧结体系,以此来降低烧结温度,提高Al2O3基陶瓷的强度和相对密度。通过单因素实验和响应面实验,研究了MnO2添加量、坯体烧结温度、渗透时间和渗透真空度对粘结剂喷射Al2O3基陶瓷性能和增强机理的影响。研究结果表明,在MnO2添加量为10%、烧结温度为1450℃、渗透时间为60s、渗透真空度为24KPa的条件下,Al2O3基陶瓷的抗弯强度和相对密度分别达到113.79MPa和78.13%。与未经烧结助剂复合渗透处理的Al2O3陶瓷样品相比,其抗弯强度提高了48倍,相对密度提高了41.85%。

 

 

图1 Al2O3陶瓷样品和零件的集成制备流程图

 

 

 

图2 单因素实验结果(每个因素对样品弯曲强度和相对密度的影响):(a)MnO2含量(b)烧结温度(c)浸渍时间(d)浸渍真空压力

 

 

 

图3 不同烧结温度下浸渍的陶瓷样品的显微结构形貌:(a)1350℃(b)1400℃(c)1450℃(d)1500℃

 

 

 

图4 在超深度场三维显微镜下的样品表面形貌:(a1-a2)坯体的上表面(b1-b2)坯体的侧表面(c1-c2)烧结后样品的上表面(d1-d2)烧结后样品的侧表面

 

 

 

图5 经过工艺优化后的浸渍和烧结的陶瓷样品的XRD、SEM显微结构和EDS光谱:(a)XRD图谱(b-c)SEM显微结构

 

 

 

图6 添加2%、4%和6%烧结助剂后浸渍和烧结的样品的SEM显微结构:(a-a1) 2%;(b-b1) 4%;(c-c1) 6%

 

 

 研究结论 

 

(1)通过优化工艺确定了烧结助剂添加量为10%,烧结温度为1450℃,浸渍时间为60s,渗透真空度为24KPa。对处理后的样品进行了验证测试,结果符合预期,弯曲强度和相对密度分别达到113.79MPa和78.13%。弯曲强度是未经处理的氧化铝陶瓷样品的48倍,相对密度提高了41.85%。(2)在烧结过程中形成了MnTiO3和MnAl2O4。MnTiO3被确认为陶瓷样品机械性能提升的主要原因,而少量的MnAl2O4的存在也对机械性能的改善起到了辅助作用。

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