《Ceramics International》：烧结温度对增材制造ZrO2陶瓷组织和力学性能的影响
发布时间：
2024-02-26 17:46
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2024年1月3日，武汉理工大学与深圳大学的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Effect of sintering temperature on the microstructures and mechanical properties of ZrO2 ceramics fabricated by additive manufacturing研究论文，聚焦于烧结温度对3D打印氧化锆陶瓷性能的影响。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.01.039
研究简介
基于陶瓷立体光刻的增材制造烧结工艺的优化因其与制造零件的最终性能相关而引起了人们的高度关注。本工作采用表面改性氧化锆陶瓷粉体制备了低粘度、高固含量（48vol%）的光敏氧化锆悬浮液，提高了长期稳定性。研究了烧结温度（1400–1520 °C）与力学性能之间的相关性。结果表明，烧结氧化锆零件具有较高的密度（99.5 ± 0.1%）和三点弯曲强度（821 ± 65MPa）和优异的断裂韧性（4.37 ± 0.22MPa m1/2）在1480°C下烧结，这归因于其高度均匀的微观组织，没有明显的气孔或裂纹。所获得的关于烧结温度、相对密度和抗弯强度之间相关性的见解可为氧化锆陶瓷的未来应用提供实用指导。
图1 DLP流程示意图
图2 原粉体、改性粉体和KOS110的FT-IR光谱
图3 打印的3Y-TZP样品在低(a)和高(b)倍率下的表面SEM显微照片
图4 (a)98.07N荷载作用下的压痕(b)裂缝类型为Palmqvist型或径向中位型
图5 DLP打印3Y-TZP样品
研究结论
在这项工作中，使用基于DLP的3D打印方法成功地制造了3Y-TZP陶瓷零件。烧结后的氧化锆相对密度为99.5%，抗折强度为821±65MPa，硬度和断裂韧性分别为11.73±0.23GPa和4.37±0.22MPa m1/2。为了确保没有缺陷，研究者仔细修改了氧化锆颗粒的表面，使其能够获得低粘度光固化氧化锆陶瓷悬浮液，最佳固体负载为48vol%。为了进一步提高打印部件的质量，3Y-TZP陶瓷绿体在氩气气氛中进行了细致的一步脱脂过程，然后在1480°C的优化温度下在空气气氛中烧结。通过逐渐提高烧结温度到这个水平，能够实现3Y-TZP陶瓷的逐渐致密化，从而产生更均匀的微观结构，最终改善机械性能以及更一致的收缩行为。然而，值得注意的是，超过烧结温度的上限会对3Y-TZP陶瓷的理想性能产生不利影响，这强调了在制造过程中适当控制温度的重要性。
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