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• 发布时间：2024-07-17 14:04
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【概要描述】




行业新知






近日，深圳大学机电与控制工程学院Yan Lou带领的团队在《Ceramics International》发表了题为3D printing of high-purity complex SiC structures based on stereolithography的研究，提出了一种基于立体光刻 3D 打印工艺制备高纯度 SiC 结构的新方法，其中使用 SiO 2粉末作为添加剂，将固化厚度从 27.8 μm 增加到 53.0 μm。



原文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0272884224014792
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研究内容







传统制造方法难以实现复杂的碳化硅 (SiC) 结构，而立体光刻（SLA）3D 打印技术可以有效地成型出高精度的复杂结构。然而，由于 SiC 粉末的光吸收率增加，制备具有优异固化能力的立体光刻 3D 打印 SiC 浆料是一个巨大的挑战。


为解决SiC浆料光聚合性能不足的问题，本工作采用二氧化硅作为添加剂，研究了亲水和亲油两种类型的二氧化硅粉末，并研究了二氧化硅粒径对浆料体系性能的影响。制备的SiC/SiO 2 /PEA浆料体系，无需预氧化或前驱体浸渍工艺，成功制备出具有复杂结构的高纯度碳化硅，为高纯度复杂SiC结构的增材制造提供了宝贵的参考。



△图1，光聚合3D打印制备碳化硅陶瓷结构原理图(RBSC：硅与碳的反应；H0：原浆的高度；H：上液体的高度；SiCnw：碳化硅纳米线）。



△图2，(a)碳化硅纳米颗粒的SEM形貌及其元素映射EDS、(b) XRD分析和(c)对碳化硅颗粒的尺寸分布。



△图3，亲水性和亲脂性二氧化硅粒子的(a)XRD衍射模式，SEM形态，和(b)亲水性二氧化硅和(c)亲脂性二氧化硅的元素映射EDS图。



△图4，(a)原始碳化硅、H30-SiC和L30-SiC泥浆的光学性能；(b)原始碳化硅、H30-SiC和L30-SiC泥浆的流变特性。



△图5，剪切力下泥浆系统的工作机制；(a) L30-SiC泥浆系统，(b) L30-SiC泥浆系统。



△图6，不同粒径的亲脂性二氧化硅的形态（D50 = 20 nm、D50 = 1 μm和D50 = 10 μm分别为(a)、(b)和(c)）。



△图7，(a)原碳化硅、20 nm、1 μm、10 μm和混合泥浆的光学性能；原碳化硅、20 nm、1 μm、10 μm和混合泥浆的(b)沉降高度比；(c)碳化硅、20 nm、1 μm、10 μm和混合泥浆的流变特性。



△图8，(a)0PEA、30PEA和50PEA泥浆的光学性能；(b)碳化硅、20 nm、1 μm、10 μm和混合泥浆的流变特性；(c)碳化硅、20 nm、1 μm、10 μm和混合泥浆的沉降高度比。



△图9，碳化硅泥浆的光学性能与几个重要因素的关系。



△图10，印刷结构及其烧结工艺示意图。(a)在25◦C下干燥，(b)在1000◦C下热解，(c)在1600◦C下烧结后的样品外观。



△图11，对0PEA、30PEA和50PEA打印物体在1600◦C烧结4h后的XRD衍射分析。



△图12，（1000◦C下(a)0PEA样品烧结；(b)，1600◦C烧结4h后的(b)，30◦(c)和50PEA (d)样品打印物体的形态和EDS图）。






 

研究结论






本研究通过光聚合3D打印成功制造高纯度复杂碳化硅（SiC）结构。采用疏水性SiO2降低粘度，分级粒径SiO2粉末提高固化厚度和稳定性，并引入紫外线不敏感碳源树脂。烧结后，高纯度SiC结构样品中几乎无SiO2或SiOC残留，氧含量仅0.12%。这为高纯度复杂SiC结构的增材制造提供了新方法。