粉料级配设计实现光固化3D打印陶瓷型芯综合性能提升

近日，西北工业大学苏海军等人报道了一种调控光固化3D打印陶瓷型芯孔隙率和抗弯强度矛盾的粉料级配设计方法，并选择合理的烧结温度，制备了具有高孔隙率、适当抗弯强度以及优异抗高温蠕变性能的氧化铝基陶瓷型芯。研究了粉末级配设计，特别是粗粉料对光固化3D打印陶瓷型芯组织和性能的影响。基于不同颗粒尺寸的烧结动力学，确定了合适的烧结温度。建立了光固化3D打印氧化铝基陶瓷型芯的“非骨架”微观结构模型。在孔隙率、抗弯强度和抗高温蠕变性达到平衡的情况下，大大提高了复合材料的综合性能。相关工作以Enhanced comprehensive properties ofstereolithography 3D printed alumina ceramic cores with high porosities by a powder gradation design为题发表在Journal of Materials Science & Technology上。

研究深入分析发现，粗粉料的含量通过改变烧结驱动力影响体系热力学终点，而烧结温度能够改变致密化速率和晶粒长大来调节陶瓷型芯的综合性能。当粗、中、细粉料质量比为2:1:1，烧结温度为1600 ℃时，氧化铝陶瓷型芯开孔隙率为36.4%，高温挠度为2.27 mm，抗弯强度为50.1 MPa。

左图为光固化3D打印氧化铝基陶瓷型芯“非骨架”显微结构模型以及与“骨架”模型的对比。