应用实例丨奇遇科技 ADT-3D-ZP-Printer助力三维互穿Al₂O₃-Cu复合材料高性能制造

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近年来，随着电子器件向高功率密度和小型化发展，材料不仅需要具备优异的导热与导电性能，同时还要兼顾高强度与轻量化。铜具有优异的导热导电能力，但其密度高、结构可设计性差，在复杂结构制造中存在一定局限。因此，将金属铜与结构稳定性优异的Al₂O₃陶瓷进行复合，成为提升材料综合性能的重要方向。近期，中国科学院福建物质结构研究所翁子骧博士在《Additive Manufacturing》期刊发表题为《Additive manufacturing of ceramic-metal composites with 3D interpenetrating networks via material and process designs》的研究。在本研究中，研究团队利用奇遇科技 ADT-3D-ZP-Printer 陶瓷3D打印设备，通过DLP光固化打印技术构建复杂结构陶瓷复合材料。借助高精度逐层固化能力，实现了传统工艺难以制备的三维互穿Al₂O₃-Cu复合结构，为电子封装和热管理材料提供了新的制造路径。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2026.105132

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图解摘要

ADT-3D-ZP-Printer

研究内容

本研究通过材料界面设计 + DLP陶瓷3D打印 + 分阶段烧结工艺，实现Al₂O₃-Cu复合材料的结构构建。

首先，在材料体系设计方面，研究人员选用球形Al₂O₃粉体作为陶瓷骨架，同时引入不同含量的铜粉（0–20 wt%）作为导电相。为了改善铜粉在光敏树脂体系中的分散性并抑制氧化，研究团队利用硅烷偶联剂对铜粉进行表面包覆处理，在铜颗粒表面形成稳定的化学键结构，从而提升浆料稳定性。

随后，将Al₂O₃粉体、表面改性的Cu粉以及光敏树脂体系进行混合，通过2000 rpm行星式混料获得均匀分散的陶瓷打印浆料。

打印过程在奇遇科技 ADT-3D-ZP-Printer设备上完成。该设备采用405 nm紫外光源进行逐层光固化，曝光功率约45 mW/cm²，单层曝光时间约4 s。在打印过程中，设备通过逐层铺料与曝光固化的方式构建复杂结构绿体，实现高精度三维结构制造。

打印完成后，样品经过多阶段热处理工艺：首先在200–550°C范围内缓慢脱脂去除有机组分；随后在约1050°C预烧结形成稳定陶瓷骨架；最后在1600°C保温1 h完成致密化烧结，并在还原气氛中处理以恢复铜的导电性能。

在烧结过程中，铜颗粒逐渐连接形成连续导电网络结构，最终获得具有三维互穿结构的Al₂O₃-Cu复合材料。

以下为文章的研究方法及数据：

图1.通过DLP 制备Al 2 O 3 -Cu 复合材料的整体制造工艺示意图

图2.硅烷包覆铜粉的微观结构和化学表征：（a）硅烷包覆铜粉的 XPS 全谱；（b）硅烷包覆铜粉各元素的高分辨率 XPS 谱图及定量分析；（c）包覆铜粉的低倍 STEM-HAADF 图像；（d,e）包覆铜粉的高倍 STEM-HAADF 图像；（f,g）包覆铜粉的 HRTEM 图像；（h）包覆铜粉的高倍 STEM-HAADF 图像及相应的定性元素分析；（i）包覆铜粉的 STEM-EDS 元素映射图像及叠加映射图

图 3. Al₂O₃ - Cu浆料的流变性和光固化行为：(a) 静置 7 天后，用未涂覆 Cu（A 组）和硅烷涂覆 Cu（B 组）制备的浆料的沉降稳定性测试和上清液/沉降对比；(b) A 组和 B 组浆料的粘度与剪切速率的关系；(c) 复合浆料的表观粘度与 Cu 含量的关系；(d) 不同 Cu 含量下复合浆料的触变滞后环；(e) 不同 Cu 含量下复合浆料的粘弹性响应（储能模量和损耗模量）；(f) 不同 Cu 含量下复合浆料在紫外光照射下的光固化动力学；(g) 固化深度与 Cu 含量的关系，曝光时间分别为 1、3、6 和 9 秒。