【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】新型陶瓷光固化增材制造技術(shù)是一種利用光照方式固化光敏漿料，實現(xiàn)分層制造的工藝。該工藝可實現(xiàn)高精度復(fù)雜形狀陶瓷的快速制備，在航空航天、生物醫(yī)療和新能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。
 

　　近期，中國科學院金屬研究所張興、曹磊研究課題組利用陶瓷光固化增材制造技術(shù)制備了仿烏賊骨多級結(jié)構(gòu)的SiOC陶瓷(圖1)，研究發(fā)現(xiàn)具有仿生墻-脊復(fù)合結(jié)構(gòu)的SiOC陶瓷壓縮強度(13.37 MPa)顯著高于單一墻結(jié)構(gòu)陶瓷壓縮強度(8.43 MPa)。同時，該仿烏賊骨多級結(jié)構(gòu)的SiOC陶瓷在800℃背溫實驗中可長期保持較低背面溫度(≤200℃)，展現(xiàn)出卓越的隔熱性能，為極端環(huán)境下的熱防護系統(tǒng)開發(fā)提供了高效解決方案。研究工作發(fā)表于Materials Today Advances 21 (2024) 100466。
 

　　海洋中存在的天然多孔材料海膽刺、墨魚骨等因其具有輕質(zhì)高強和良好的隔熱、吸能特性，為仿生設(shè)計提供了豐富的靈感。2024年，張興、曹磊研究團隊基于天然海膽刺極小曲面結(jié)構(gòu)結(jié)合光固化增材制造技術(shù)開發(fā)了生物活性磷酸鈣陶瓷支架和硅氧碳復(fù)合多孔陶瓷，用于骨缺損修復(fù)和先進隔熱材料設(shè)計。研究發(fā)現(xiàn)，生物活性磷酸鈣陶瓷支架(圖2)形成了與天然海膽刺相似的連通多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率~75%，壓縮強度~31.5 MPa，成骨細胞能夠在支架上有效粘附和生長，為承重骨缺損修復(fù)提供了創(chuàng)新解決方案。硅氧碳復(fù)合多孔陶瓷(圖3)具有高比強度為9.73 × 10³ N•m•kg?¹、高孔隙率≥75%和低熱導(dǎo)率為0.255 W/m•K。兩項工作發(fā)表在Journal Materials Science & Technology上。
 

　　研究團隊還自主研制了兩款陶瓷光固化增材制造設(shè)備(圖4)。其中，IMRCeram針對低粘度陶瓷漿料打印成型，具有高精度、大幅面和連續(xù)快速打印等優(yōu)勢，打印速度可達1-5 mm/min。而IMRCeram 200針對高粘度陶瓷漿料打印成型，具有自動流平、連續(xù)填料功能。上述研究工作獲得國家重點研發(fā)計劃、中國科學院設(shè)備研制項目和國家部委項目支持。
 

圖1. 仿烏賊骨多級結(jié)構(gòu)SiOC陶瓷增材制造及其隔熱性能研究
 

圖2. 光固化增材制造磷酸三鈣極小曲面人工骨支架及其細胞生長情況
 

圖3. 仿海膽刺結(jié)構(gòu)SiOC隔熱陶瓷及其隔熱性能研究
 

　　圖4. 自主研發(fā)陶瓷光固化3D打印機IMRCeram及IMRCeram 200及打印展示件