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关于3D打印陶瓷材料介绍

发表时间:2019-07-22     责任编辑:极光尔沃

  陶瓷材料具有耐高温、高强度等优点,在工业制造、生物医疗、航空航天等领域有着广泛的应用。3D打印陶瓷原料的研发也成为制约3D打印陶瓷发展的一大要素,研发新型3D打印陶瓷材料尤为重要。下面介绍几种尚处于研制中的3D打印陶瓷材料。

  1、氧化铝陶瓷

  氧化铝是一种应用广泛的陶瓷材料,氧化铝陶瓷的原料来源广泛,成本低廉,现已成为陶瓷行业用量最大的原料之一。传统制备氧化铝陶瓷的工艺繁琐复杂、耗时耗力,3D打印陶瓷技术具有工艺简单,耗时较短,可操作性强的优点。使用3D打印技术生产氧化铝陶瓷,可以大大缩短制备时间,提高制品精度,扩大应用领域。

  在陶瓷3D打印技术中,为了保证陶瓷坯体具有良好的力学性能,氧化铝材料一般与有机物混合制成浆材、粉材或与其他合金粉末制成粉材。

  2、磷酸三钙陶瓷

  磷酸三钙陶瓷又称磷酸三钙,其化学组成在人体骨骼中广泛存在,在医疗领域作为一种良好的骨修复三维支架而被广泛应用,还可用于预防和治疗钙缺乏的病症。磷酸三钙的化学组分与骨骼十分相近,具有无变异性、良好的生物相容性等优点,可以发挥良好的骨传导作用。植入后,磷酸三钙本身良好的生物降解性能够帮助机体更快地进行新陈代谢。所以,这种材料的发展前景十分可观,受到人们的密切关注。

  国外已进行了磷酸钙陶瓷3D打印技术的相关研究。G.A.Fielding等将磷酸钙与乙醇混合制备出陶瓷浆料,并成功进行打印。同时国内学者对于磷酸钙陶瓷的生物活性也有着很深的研究,例如林开利等在磷酸钙陶瓷中加入具有生物活性的元素来提高磷酸钙陶瓷的生物活性,这对于3D打印生物陶瓷技术生物功能的提高有着重要作用。

  3、有机前驱体陶瓷

  有机前驱体合成陶瓷的技术是在1960年发明的。经由前驱体制备陶瓷可从分子规模设计、网络尺寸成形、并具有低分解温度、高温性能稳定一系列优点,可用来制备多种新型陶瓷。其主要原理是将有机前驱物质(聚碳硅烷,聚硝基硅烷,聚硅氧烷等)进行热降解来制备陶瓷。具体过程为有机小分子通过缩合反应生成有机大分子,大分子在热或光等条件的催化下生成有机-无机中间体,也就是前驱体,然后对前驱体进行进一步的热裂解和烧结生成陶瓷。

  T.A.Schaedler等将UV固化技术同3D打印技术相结合来打印前驱体陶瓷,不但使陶瓷的复杂形状和精细结构得以实现,还通过高温烧结使陶瓷收缩,从而制备出高密度陶瓷。

  4、氮化硅陶瓷

  氮化硅陶瓷具有高强度、低密度、耐高温等特性,是一种优异的高温工程材料。它的强度可以维持到1200℃的高温而不下降,受热后不会熔成融体,一直到1900℃才会分解,并且具有极高的耐腐蚀性,同时也是一种高性能电绝缘材料。Li等采用三维印刷与无压烧结相结合的技术,制备了孔隙率高于70%的多孔硅陶瓷材料。

  5、碳硅化钛陶瓷

  碳硅化钛陶瓷具有层状的六方晶体结构,在生物、医疗等方面都有着广泛的应用。碳硅化钛材料兼具金属材料的高热导率、高电导率、良好的延展性、塑性和陶瓷材料的高强度、稳定性、耐腐蚀性、抗氧化性等优点。Sun等利用3D打印与冷等静压技术制备出致密度较高的碳硅化钛陶瓷。


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