【摘 要】
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陶瓷材料具有优异的机械性能、耐高温特性、耐腐蚀特性,在越来越多的高精尖领域发挥着重要的作用。由于陶瓷高硬度、高脆性和低断裂韧性导致陶瓷材料在加工过程中受到诸多限制,传统的成型加工工艺已难以满足具有复杂形状件或具有微纳结构的陶瓷部件加工。3D打印技术作为一种新兴的成型制造技术受到广泛的关注,该技术在高性能陶瓷的成型制造领域具有巨大的潜力,有望突破传统陶瓷加工和生产的技术瓶颈,扩大功能陶瓷的应用范围,
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陶瓷材料具有优异的机械性能、耐高温特性、耐腐蚀特性,在越来越多的高精尖领域发挥着重要的作用。由于陶瓷高硬度、高脆性和低断裂韧性导致陶瓷材料在加工过程中受到诸多限制,传统的成型加工工艺已难以满足具有复杂形状件或具有微纳结构的陶瓷部件加工。3D打印技术作为一种新兴的成型制造技术受到广泛的关注,该技术在高性能陶瓷的成型制造领域具有巨大的潜力,有望突破传统陶瓷加工和生产的技术瓶颈,扩大功能陶瓷的应用范围,为高性能陶瓷材料的制造技术提供变革性的推动力。本文将前驱体转化SiOC（Fe）陶瓷技术与3D打印技术结合,合成较低粘度,高光敏性和良好固化强度的铁化合物改性前驱体光敏树脂,通过数字光处理技术（DLP）可以成型出各种复杂结构和微纳特征结构的模型。在1000℃氩气气氛中裂解能够得到形状完整收缩均匀的陶瓷产物模型,研究了陶瓷化过程中陶瓷产物的物相变化、体积收缩变化等内容,为DLP技术的前驱体转化SiOC（Fe）陶瓷应用奠定基础。下面是主要研究结果:1、合成乙烯基二茂铁改性的前驱体树脂,当TMPTA质量分数为30%、光引发剂819质量分数为1%、乙烯基二茂铁质量分数为6%时前驱体树脂拥有良好的成型性能,此时前驱体光敏树脂透射深度为127.99μm,临界曝光值为2340.65mj/cm2。通过DLP打印技术,制备的前驱体树脂可以成型出各种结构,在氩气氛围中制定合适的裂解制度可以得到结构完整、表面形貌良好的陶瓷模型。在不同温度条件下对改性后的前驱体进行裂解处理,结果表明:随着裂解的温度的升高,裂解产物中的无定型碳逐渐向有序结构转化,且在陶瓷产物析出了晶态的Fe3Si;裂解温度上升,裂解所得到的陶瓷产物的硬度逐渐升高,经1000℃裂解后陶瓷产物硬度为5.92GPa;在1000℃的裂解温度下陶瓷模型的质量剩余为45.27%,密度为1.89g/cm3,线收缩率为32.94%。2、制备乙酰丙酮铁改性的陶瓷前驱体光敏树脂,随着乙酰丙酮铁掺杂量的提升,每50μm固化层厚所需要的曝光能量由0.5wt.%的256.2mj/cm2提高至3wt.%的717.85mj/cm2。研究乙酰丙酮铁改性的前驱体树脂的陶瓷产物的物相的变化,结果表明:随着乙酰丙酮铁掺杂量的提升,裂解后陶瓷产物的XRD图谱中23°处的吸收峰高度增高,半峰宽度降低,表明裂解后陶瓷产物内有序结构增多。1000℃下裂解的陶瓷模型结构完整,陶瓷模型线收缩率为43.2%,质量损失为54.6%,陶瓷体密度为1.804g/cm3,硬度值为8.16GPa。
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