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光固化3D打印SiC：粉体氧化处理提升浆料UV固化性能

489 编辑：中冶有色网来源：陈洪钧,王小锋,刘明信,彭超群,王日初

2024-04-02 15:10:17

碳化硅(SiC)陶瓷因其优异的高温强度及耐磨性能、良好的耐腐蚀性能、较低的热膨胀系数，在航空航天、微电子等领域拥有巨大应用潜力[1-5] SiC陶瓷的传统制造成型方法主要为干压成型[7]、注射成型[8]、流延成型[9]、注浆成型[10]等这些成型技术通常仅适用于形状简单的SiC陶瓷零件的制备，越来越难以满足零件在形状复杂程度和制造精度等方面的要求[11] 因此，SiC陶瓷成型技术的研发已经成为当今制造领域的重要研究方向之一[12] 3D打印技术(亦称增材制造技术)，是近年来发展的先进制造技术[13] 该技术借助计算机直接从三维物体数字化出发获得Z轴方向逐层“切片”的数据模型，然后通过逐层叠加的方式制造三维物体[14-15] 该技术的出现为复杂形状SiC陶瓷零件的制造提供了方案 LI等[16]采用直写成型(DIW)技术制备出SiC骨架，并通过无压浸渗技术制备出具有互穿结构的SiC-Al复合材料 LIU等[17]利用热法包覆制备酚醛树脂包覆的SiC粉体，并通过选择性激光烧结(SLS)成型技术制备SiC制品 DING等[18]使用立体光刻(SLA)成型技术制备SiC陶瓷坯体，并结合前驱体渗透热解技术(PIP)，成功制备出SiC陶瓷反射镜然而，已有报道的增材制造技术仍然难以制备具有精细结构的三维形状SiC 目前看来，基于光固化的立体光刻技术(SLA)和数字光处理技术(DLP)是制备此类SiC结构的潜在增材制造技术但是，SiC的低反射率使紫外光难以穿透浆料，导致单层固化厚度低，进而难以进行增材制造成型为了解决SiC浆料难以光固化增材制造的问题，本文提出通过表面氧化形成一层高反射率的SiO2氧化层，从而提高浆料整体的光固化能力，为制备光固化3D打印SiC陶瓷提供浆料制备方案本文首先通过差热分析(DSC)研究SiC颗粒氧化工艺，详细研究了氧化温度与时间对氧化层的影响；对氧化后的SiC颗粒进行一系列表征，探究浆料固化能力提高的原理；通过流变实验详细研究了分散剂种类、分散剂加入量以及固含量对氧化后SiC浆料稳定性的影响，获得最优的浆料配比；最后成功制备了形状复杂的SiC陶瓷坯件 1实验1.1实验原料选择商用SiC粉末(纯度＞99.5%)为原料，其显微组织和粒度分布如图1所示，表面元素比例如图2所示本文使用的化学试剂如表1所列图1原始Si

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