中科院上海高研院在复杂结构氧化钆陶瓷3D打印方面取得进展

随着核工业的发展，特别是近年来各国在核工业中的屏蔽材料使用量逐渐增加，且对材料的安全及使用寿命等的要求也越来越高，稀土作为优良的防福射材料在反应堆中的用量也不断增加。钆（Gd）元素通常以氧化钆的形式存在于自然界中，其中有两种同位素含量超过了30%，同时由于其具有较大的热中子吸收截面（分别为60900和254000 Barn），被广泛应用于核物理和核医学领域进行中子屏蔽和中子捕获，如制作核反应堆中的控制棒、调节棒、事故棒、安全棒、屏蔽棒等中子吸收材料。

但是采用传统的陶瓷生产方法时，由于氧化钆具有较高的熔点(2350℃)和强度，限制了使用铣、削以及注塑等传统手段对其进行加工。利用粘结牺牲剂的方法也要面临缺少灵活性以及模型成本高等问题。

近日，中国科学院上海高等研究院唐志永研究员和张洁副研究员带领的工程科学研究组在复杂结构氧化钆陶瓷方面取得进展，*实现了复杂结构氧化钆（Gd2O3）陶瓷材料的增材制造。研究人员利用DLP面曝光技术，通过对陶瓷浆料系统的折射率匹配以及流变学研究，探究出了一种同时具备高流变性能和固相负载量的浆料体系应用于3D打印。对打印过程的曝光时间、强度以及层厚等影响因素综合研究得出了较优的匹配条件，并成功连续制备了超长（10 cm）超薄（0.3 mm）的复杂晶格结构中子吸收器。

DLP-3D打印技术可以实现较少原材料的复杂结构快速成型，能够满足核中子相关应用场景对氧化钆结构成形的个性化需求。