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陶瓷材料的槽光聚合:探索在先进多学科领域的当前应用

2024-10-11 0

除了传统陶瓷之外,先进陶瓷最近也引起了科学界的关注,因为可以用高纯度的原材料生产出高性能的陶瓷部件,满足先进工业和研究领域的特定要求。


与传统陶瓷相比,具有定制的微米或纳米级结构的先进陶瓷通常具有高硬度和强度、高温下优异的性能、低摩擦系数以及即使在极端环境下也具有高化学稳定性的特点。


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多年来,陶瓷材料的全部潜力受到传统陶瓷制造工艺固有局限性的严重限制,例如干压、流延成型、注浆成型、凝胶浇铸和注塑成型。事实上,大多数这些技术都无法生产具有复杂和高度精细几何形状的陶瓷零件。此外,陶瓷材料典型的高硬度和脆性使得烧结后的部件难以加工。此操作通常与部件内部缺陷和内部应力的产生有关,这些缺陷和内部应力可能会导致其在运行中发生机械故障。最后但同样重要的一点是,传统陶瓷制造通常需要模具作为中间工具,这导致程序昂贵且耗时。


陶瓷缸光聚合,从 3D 模型到陶瓷成品

陶瓷 SL 和 DLP 属于桶式光聚合技术,基于光源与载有陶瓷颗粒的感光液体单体之间的相互作用。通过选择性地将每个二维层暴露在特定波长的辐射下,诱导液体树脂聚合成所需形状,构建 3D 物体。在典型的 SL 和 DLP 过程中,3D 对象的构建分为五个阶段:


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a) 3D 模型的构建

b) 陶瓷树脂的制备

c) 光聚合反应

d) 脱脂

e) 烧结


用于光聚合加工的陶瓷原料包括光固化陶瓷树脂和陶瓷前驱体树脂


陶瓷树脂或光固化悬浮液由纯光固化树脂组成,这些树脂通过添加陶瓷填料进行改性,并异质分散在液体介质中。与传统的 SL 聚合物加工相比,这带来了额外的挑战,因为它会导致浆料质量和紫外线照射后的响应发生重大变化。

事实上,已经证明,在单体中添加陶瓷填料可以显著改变浆料的流变性及其与光源的相互作用,从而影响打印结果(生坯)和烧结部件的性能。


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在设计用于SL和DLP的光固化陶瓷树脂的成分时,浆料粘度、剪切稀化行为、分散稳定性、固化性能和坯体表面质量至关重要。


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