碳化硅(SiC)陶瓷因为其低密度、高刚度、低热膨胀、高光学质料和优越的尺寸安谧性，寻常行使于航空航天、石油化工、集成电道等周围。但碳化硅陶瓷的硬度高、脆性大，正在加工流程中易发作缺陷，像丰富几何形势的碳化硅陶瓷构件往往难以用古代的加工时间成立，这正在很大水准上限制了丰富布局碳化硅陶瓷的行使。

　　增材成立-3D打印正在陶瓷原料计划自正在度和零件功用方面供应了强大潜力，使成立具有丰富形势的碳化硅陶瓷成为可以。中邦科学院上海硅酸盐咨议所陈健副咨议员及咨议团队正在咨议丰富布局SIC陶瓷制备门径时，涌现了增材成立时间的奇异上风，并通过增材成立时间凯旋制备了 SiC 陶瓷丰富元件。

　　跟着光学元件孔径的增大，碳化硅光学元件与支柱布局的一体化计划将导致碳化硅光学元件的布局尤其丰富，这是采用古代的陶瓷成型烧结时间难以竣工的。紧急需求展开丰富形势碳化硅光学元件的成立新时间、新工艺的咨议，竣工空间遥感光学探测用低面积密度碳化硅光学布局集成元件的制备。

　　中邦科学院上海硅酸盐咨议所陈健副咨议员初次提出高温熔融浸积联结反响烧结制备SiC陶瓷新门径。凯旋制备效劳学机能靠近于古代门径制备反响烧结的SiC陶瓷。闭连咨议劳绩发布正在《Additive Manufacturing》，并申请中邦创造专利2项。

　　▲咨议团队制备的3D打印致密碳化硅陶瓷：（a）光学元件坯体，（b）齿轮坯体，（c）十字齿轮坯体，（d）碳化硅元件烧结体，（e）齿轮烧结体 。

　　科研团队了对目前常睹碳化硅陶瓷3D打印的时间实行了调研，网罗SLS (激光粉末烧结)、SLA (光固化)、DIW（直接墨水书写）和BJ (粘结剂喷射)。

　　按照已有科学咨议，与金属3D打印分歧的是，陶瓷原料不行通过激光加热陶瓷粉末直接打印，直接SLS制件正在烧结流程中发作的热应力难以避免发作裂纹，导致最终产物力学机能较差；SLA是一种基于光敏陶瓷浆料光集合的有用紫外光固化时间。看待碳化硅粉末，其颜色寻常为灰色或深色，碳化硅颗粒的颜色显着影响其透光机能和固化才略；DIW通过喷嘴以特定图案逐层挤出高陶瓷含量的浆料，以临蓐三维零件。哀求浆料平均、安谧、剪切稀化、不结块。同时，还需求具有神速固化才略，稀奇是看待无支柱的斜面印刷，与上述SLA和SLS比拟，打印精度从来是一个题目；BJ能够神速打印丰富形势，同时维系打印精度，然而该时间节制了粉末填充密度，导致SiC体积分数受限。采用SLS或BJ门径制备高密度SiC陶瓷时，会列入PIP、CVI和CIP等后处分工艺环节，进步固含量和碳密度，这势必会下降3D打印的上风。

　　此前，科研周围与对通过原料挤出陶瓷3D打印成立含有SiC 陶瓷粉末和和有机粘合剂羼杂物原料的时间实行了咨议，行使该门径取得的3D打印陶瓷件正在随后的热处分流程中会显示约20%的压缩。于是，中科院上海硅酸所的咨议团队提出将原料挤出3D打印时间的上风与近净形反响烧结氮化硅的形势精度相联结，并以此门径实行丰富碳化硅陶瓷的增材成立。

　　正在这项咨议中，上海硅酸盐咨议所团队行使了升华三维大尺寸独立双喷嘴3D打印机UPS-556体系。

　　这一筑造采用的增材成立工艺为升华三维研发的PEP时间，金属或陶瓷原料通过3D打印机熔融挤出，逐层打印成形，取得“生坯（绿坯）”，后续再实行脱脂烧结两道工序，取得最终致密化的产物。

　　科研团队正在诈欺UPS-556体系3D打印碳化硅陶瓷布局件时，很疾涌现了PEP时间的上风，PEP时间将热加工流程变更到烧结环节，这使得更容易处分热应力，因烧结温度低于其他类型的直接3D打印工艺中所需的统统熔化温度，而且热量能够更平均地施加，从而确保了产物机能的划一性。而UPS-556采用独立双喷嘴计划，能够同时打印或者各自轮番打印金属和陶瓷分歧品种原料的复合产物开采，竣工丰富布局和产物的神速成形，大大俭约了产物打印时代，具有操作粗略、工业型、高精度、高质料、高性价比等好处。

　　通过3D打印时间，再联结反响烧结制备工艺正在丰富布局碳化硅陶瓷产物近净尺寸成型方面造成了明显上风，从而进步了产物临蓐效能并下降临蓐本钱，为成立丰富布局陶瓷供应了新的工艺计划。

　　总体而言，正在以上咨议事业中，中科院上海硅酸盐所的科研团队采用高温原位界面化妆粉体，低温应力缓释制备出高塑性打印体，取得了低熔点高沸点的高塑性打印体，原料固含量横跨60vol%；之后通过升华三维UPS-556 3D打印机，对塑性体实行高密度叠层打印，打印的陶瓷样品脱脂后等效碳密度可准确调控至0.80 g·cm-3，同时对陶瓷打印道途实行拓扑优化计划，可正在样品中造成树形众级孔道；最终陶瓷样品无需CVI或PIP处分直接反响渗硅烧结后竣工了低残硅/碳的高效渗出和原料致密化，SiC陶瓷密度可达3.05±0.02 g·cm-3,三点抗弯强度为310.41±39.32 MPa，弹性模量为346.35±22.80 GPa。陶瓷力学机能靠近于古代门径制备反响烧结SiC陶瓷。

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