西安交大在石英陶瓷3D打印领域取得新进展

石英陶瓷具有石英玻璃的许多优良性质(如热膨胀系数小、热震稳定性好、电性能好、耐化学侵蚀性好等)。还具有石英玻璃不具有的其他优良性质。因此石英陶瓷一经研发出来就大规模用于火箭、导弹、玻璃等多数工业领域。时至今日，石英陶瓷已经成为超音速导弹天线罩的主要材料，如美国“爱国者”、“潘兴II”、“Sam-D”、俄罗斯的“C-300”、意大利的“Aspide”等导弹天线罩均使用石英陶瓷。我国也有多个型号的导弹采用了石英陶瓷天线罩。

陶瓷天线罩航天部件一般具有尺寸较大、薄壁、弧形等异构特点，传统成型工艺采用减材方法，不仅材料浪费严重，加工成本高、周期长，而且在加工过程中极易脆裂，成品率低。陶瓷3D打印成型技术具有制备复杂结构、近净成型、无模快速制造和降低成本等优势。目前国内开展陶瓷增材制造材料、成型工艺、装备研究还处于起步阶段，特别是致密性好、强度高的陶瓷光固化成型（SLA）膏料研制、陶瓷实体件脱脂、烧结过程中防止开裂、变形等关键技术还存在诸多瓶颈难题。

近日，西安交通大学研究人员在石英陶瓷3D打印领域取得新进展。该校鲍崇高教授团队采用陶瓷光固化成型技术，系统研究了SLA膏料组分、光固化成型、脱脂、烧结以及后处理等关键技术，其目标结构件成型周期仅需17小时，通过纤维增强、复合浸渍、优化成型、脱脂、烧结工艺等，获得了满足致密性、强度和尺寸精度等要求，在复杂构件陶瓷增材制造技术方面取得重要突破。

具体方法上，研究组采用聚多巴胺对熔融石英（SiO2）陶瓷进行表面包覆改性，取代了传统光固化成型膏料制备所需的分散剂和吸光剂，制备了基于光固化成型（SLA）技术的SiO2f/m-SiO2陶瓷膏料。所制备的SiO2f/m-SiO2陶瓷膏料具有优异的流变特性和更高的成型精度。采用光固化成型结合硅溶胶浸渍技术对SiO2f/m-SiO2复合陶瓷进行浸渍处理对SiO2f/m-SiO2复合陶瓷的力学性能进行改善。结果表明，当浸渍次数为3次时，SiO2f/m-SiO2复合陶瓷的力学性能得到较大提升，其中弯曲强度增幅约20.4%，压缩强度增幅约42.0%。

该研究团队近年来在耐高温、高透波、多孔复杂结构的氮化硅、氧化锆、氧化铝等陶瓷增材制造开展了系列研究，着重对膏料流变特性、光固化成型机理、成型缺陷形成及消除机理以及复杂构件形性调控机制等方面进行了深入研究，研究成果不仅在《增材制造》（AdditiveManufacturing）、《欧洲陶瓷学会杂志》（JournaloftheEuropeanCeramicSociety）和《国际陶瓷》（CeramicsInternational）等国际著名期刊发表研究论文5篇，而且联合航天应用部门研制了较大尺寸的多种陶瓷样件，对解决功能-结构一体化高性能陶瓷增材制造及应用“*后一公里”问题具有重要意义。

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