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2026
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知识解读丨增强相种类对DLP制备氧化硅基复合陶瓷性能的影响
作者：
一、氧化硅基复合陶瓷的制备过程
氧化硅基复合陶瓷的制备过程主要包括以下几个步骤：
粉体制备：将熔融氧化硅粉体、莫来石粉体、氮化铝粉体和氧化铝包覆硅粉体等原料进行混合。
浆料制备：将混合后的粉体与光敏树脂混合，通过真空搅拌除泡机进行搅拌，以确保浆料的均匀性和消泡。
DLP成形：使用三维建模软件构建立体结构模型，并导出为切片软件可识别的文件格式。设置切片厚度为50μm，通过DLP打印机逐层固化光敏树脂，形成陶瓷素坯。
排胶烧结：打印完成的素坯经清洗干燥后，放入箱式气氛炉，以0.2℃/min的速率升温至600℃，保温2小时以去除有机组分，完成排胶。随后将排胶后的样品置于中温烧结炉中进行高温烧结，烧结气氛为空气，具体工艺参数为：先以5℃/min从室温升800℃，在800℃保温2小时，排出陶瓷坯体中的碳；再以3℃/min的速率升温至1200℃，在1200℃保温6小时，最后以3℃/min对称降温，随炉冷却后，获得致密的氧化硅基复合陶瓷。
二、增强相种类对物相组成的影响
2.1增强相种类对物相组成的影响
下图为不同增强相种类的氧化硅基复合陶瓷的XRD图谱。结果显示：
纯氧化硅陶瓷（S0）在1200 ℃烧结后，物相组成包括熔融氧化硅和方石英。
添加氮化铝颗粒的样品（S2）中未检测到氮化铝衍射峰，但生成氧化铝，表明氮化铝在高温下发生氧化反应。
2.2增强相种类对微观形貌的影响
下图为不同增强相种类的氧化硅基复合陶瓷断面SEM图像。结果显示：
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纯氧化硅陶瓷（S0）断面较为平整，晶粒呈现穿晶断裂特征。 -
莫来石颗粒（S1）样品断面中，莫来石颗粒均匀分布，有效抑制氧化硅的黏性流动，减小变形。 -
氮化铝颗粒（S2）样品断面中，晶粒接触处孔隙增大，抗弯强度较低。 -
氧化铝包覆硅颗粒（S3）样品断面中，孔隙率显著增加，内部结构松散。
2.3增强相种类对收缩率的影响
下图为不同增强相种类的氧化硅基复合陶瓷的线收缩率差（垂直方向与水平方向的差值）。结果显示：
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添加增强相的样品（S1、S2、S3）的线收缩率差显著小于未添加增强相的样品（S0）。 -
莫来石颗粒（S1）样品的线收缩率差最小，表明其对各向异性的抑制效果最佳。
2.4增强相种类对孔隙率和体积密度的影响
下图为不同增强相种类的氧化硅基复合陶瓷的显孔隙率和体积密度。结果显示：
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S1、S2、S3的显孔隙率分别为17.44%、15.68%38.09%，均高于S0的12.61%。 -
S3的显孔隙率显著增加，主要由于氧化铝包覆层阻碍了氧化硅的烧结结合。 -
S1、S2、S3的体积密度分别为1.80 g/cm³、1.85 g/cm³和1.41 g/cm³，均低于S0的1.92 g/cm³。
2.5增强相种类对力学性能的影响
下图为不同增强相种类的氧化硅基复合陶瓷的抗弯强度。结果显示：
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S1的抗弯强度为17.94 MPa，优于其他增强方式及纯氧化硅基体（S0）。
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S2的抗弯强度为13.25 MPa，低于S0，主要由于孔隙率增加和方石英生成量增加。
三、结语
本研究通过DLP技术制备了氧化硅基复合陶瓷，探讨了不同增强相种类对陶瓷性能的影响。结果表明：
莫来石颗粒作为增强相，能够有效提高氧化硅基复合陶瓷的各向同性和力学性能，抗弯强度提升至17.94 MPa。氮化铝颗粒作为增强相，虽然促进方石英的形成，但因孔隙率增加导致力学性能下降。氧化铝包覆氧化硅颗粒作为增强相，因包覆层阻碍烧结结合，导致孔隙率显著增加，力学性能较差。
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