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行业新知 | 《Ceramics International》高固体含量立体光刻3D打印陶瓷型芯浆料的优化及应用

2024

行业新知 | 《Ceramics International》高固体含量立体光刻3D打印陶瓷型芯浆料的优化及应用

作者：

行业新知

近日，Qiaolei Li团队在《Ceramics International》发表了题为Optimisation and application of high solid loading stereolithography 3D printing ceramic cores slurry的研究，优化陶瓷浆料，实现高固相含量和低粘度，成功制备复杂结构的陶瓷核心，并研究烧结温度对性能的影响。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0272884223035393

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研究内容

目前，陶瓷型芯一般采用热压注射工艺法，该工艺需要生产模具，周期长，成本高，不能制备结构复杂的陶瓷芯片。

这篇文章主要讨论了陶瓷芯片的制备过程，重点介绍了基于光固化3D打印技术的高固体含量、低粘度陶瓷浆料的优化。还研究了调整树脂添加比例，树脂与树脂、树脂与陶瓷颗粒之间的作用机制，并成功获得了适用于复杂结构陶瓷芯片制备的陶瓷浆料。还探讨了陶瓷芯片的弯曲强度、烧结收缩率和孔隙率等性能，并为在工业领域广泛应用三维打印陶瓷技术提供了理论基础。

△图1，固化3D打印陶瓷型芯制备工艺。

△图2，不同浆料的粘度对剪切速率曲线。

△图3，不同浆料的稳定性：（a）H2/H0值对时间曲线;（b）沉降后观察结果的图像（T = 156 h）。

△图4，不同浆料的固化特性：（a）固化深度与曝光能量曲线;（b）精度尺寸与曝光能量曲线。

△图5，浆料反应机理：（a）不同浆料和原始粉末的FT-IR光谱;（b）聚合反应的示意图;（c）不同浆料中的固体粉末分布。

△图6，具有不同固体负载的浆料的粘度对剪切速率：（a）固体负载小于65体积%;（b）固体负载小于60体积%。

△图7，粘度对固体负载的依赖性：（a）剪切速率为6.735 s-1时的Krieger-Doughnard模型;（b）与其他浆料的比较。

△图8，具有不同固体载量的浆料的稳定性：（a）H1/H 0值对时间曲线;（b）沉降后观察结果的图像（T = 60 d）。

△图9，具有不同固体负载的浆料的固化特性：（a）固化深度与曝光能量的曲线;（b）精度尺寸与曝光能量的曲线。

△图10，不同固相含量浆料的固化特性：（a）不同曝光功率对固化深度的影响;（b）不同曝光时间对固化深度的影响。

△图11，不同固体含量陶瓷型芯的性能：（a）收缩率和体积密度;（b）抗弯强度和开孔率。

△图12，具有不同固体负载的陶瓷型芯的SEM。

△图13，不同烧结温度下陶瓷型芯的性能：（a）抗弯强度;（b）体积密度和开孔率;（c）不同方向的收缩率;（d）陶瓷型芯。

研究结论

1，随着浆料中总功能团数的减少，浆料粘度降低，固化性能提高，HDDA：TMPTA的最佳添加比为6：2。随着固含量的增加，体系的粘度增大，稳定性提高，固含量为60vol%时，体系的固化性能最好。
2，当用紫外光照射树脂时，c = c双键打开。随着浆料中功能团的增加，双键的开环程度逐渐降低。同时，树脂与固体粉末之间也发生了键能反应。
3，随着烧结温度的升高，体积密度逐渐增大，开气孔率逐渐减小。陶瓷型芯在1250 ℃下具有优异的性能，抗弯强度分别为21.26 MPa（25 ℃）和30.44 MPa（1500 ℃）。开孔率为21.16%。长度、宽度和高度的收缩率分别为7.54%、7.96%和11.16%。

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