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传统的陶瓷成型加工技术无法满足航天航空、新能源、生物医疗等领域对复杂异形陶瓷高精度快速制造的需求。本论文利用光固化3D打印成型工艺高精度快速成型的优势,结合先驱体聚合物转化陶瓷技术,以研制复杂异形Si CN陶瓷及其相关复相陶瓷部件为目标,设计了一种适用于数字光处理(DLP)光固化3D打印工艺的先驱体浆料体系,实现了复杂异形Si CN陶瓷及其相关复相陶瓷的光固化3D打印制备。本论文对光固化3D打印设备、光固化先驱体浆料、先驱体3D打印成型工艺以及裂解工艺进行了系统研究,探索了填料对光固化3D打印先驱体浆料及其陶瓷化产物的影响,深入分析了浆料成分-生坯性能-裂解工艺-陶瓷微观结构及性能的关系,推动光固化3D打印先驱体陶瓷技术展开实际应用。论文主要研究成果如下:(1)根据光引发自由基聚合原理和实验分析结果,选用固态聚硅氮烷(PSZ)、液态超支化聚碳硅烷(VHPCS)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)和819型光引发剂配制了光固化3D打印先驱体浆料。其中,固态的PSZ以PSZ:VHPCS:正己烷的质量比为6:1:3配制成先驱体溶液;活性稀释剂为PETA和HDDA按1:1的质量比配制而成,总添加量为25%;819型光引发剂的添加量为2%。将碳纳米管添加到配制的光固化3D打印先驱体浆料中,能够调控浆料Z轴向的单层光固化厚度、提高X-Y轴向的单层面内打印精度以及提高单层固态先驱体的力学性能,并且不将可能导致形成晶体缺陷的杂质引入制备的陶瓷中。当3D打印的单层厚度设置为0.1mm时,碳纳米管的添加量为0.2%。(2)使用DLP光固化3D打印机将配制的先驱体浆料3D打印成型,制成块体和格栅结构的3DP-Si CN生坯,在N2气氛中以低于3°C/min的升温速率裂解成3DP-Si CN陶瓷。3DP-Si CN陶瓷主要由Si、C、N三种元素组成,并含有少量的O元素。3DP-Si CN块体生坯在裂解的过程中形成了大量的缺陷,当裂解温度由1200°C提高至1500°C,3DP-Si CN陶瓷块体样品的质量损失由36.3%提升至39.5%;密度由1.982 g/cm~3增大至2.157 g/cm~3;开口孔隙率随裂解温度升高呈先降低后增大的趋势,最低为9.3%,最高为13.3%;收缩率约为29.5%。3DP-Si CN格栅生坯能够裂解成致密的3DP-Si CN陶瓷格栅样品,以3°C/min的升温速率经1300°C裂解制备的3DP-Si CN陶瓷格栅样品的质量损失、密度、开口孔隙率和收缩率分别为37.1%、2.167 g/cm~3、6.9%和25.3%,均优于相同条件下裂解制备的陶瓷块体样品。当裂解温度高于1400°C后,陶瓷样品开始析出β-Si3N4纳米线,裂解温度达到1500°C后,陶瓷样品的表面生长了β-Si3N4晶须。3DP-Si CN陶瓷的力学性能较低,但有一定的介电损耗。(3)从改善3DP-Si CN陶瓷力学性能和提高介电损耗的角度考虑,本论文在光固化3D打印先驱体浆料中添加了活性填料纳米钛粉(Ti),通过DLP光固化3D打印机制备成3DP-Si CN(Ti)生坯,并在N2气氛中以3°C/min的升温速率裂解成3DP-Si CN(Ti)复相陶瓷。Ti的添加大幅度降低了先驱体浆料的单层光固化厚度,能够实现3D打印成型的最大添加量为2%。Ti能够在裂解的过程中与N2气氛或先驱体裂解产生的气态分解物发生化学反应,生成的Ti N和Ti C弥散分布在陶瓷基体中,但出现了一定程度的聚集。Ti的添加降低了3DP-Si CN(Ti)复相陶瓷的质量损失、收缩率和开口孔隙率,当裂解温度由1200°C提高至1500°C,3DP-Si CN(Ti)复相陶瓷样品的质量损失由35.4%提高至36.6%;开口孔隙率随裂解温度升高呈先增大后减小的趋势,最低为5.5%,最高为10.3%;收缩率约为26.0%。然而,Ti的化学反应使3DP-Si CN(Ti)复相陶瓷形成了表面的裂纹和大量的微纳闭口孔洞,导致3DP-Si CN(Ti)复相陶瓷的弯曲强度低于10.0 MPa。3DP-Si CN(Ti)复相陶瓷中原位生成的Ti N和Ti C都具有较强的介电损耗性能,此外,形成的微纳孔洞结构能够延长电磁波在陶瓷内部的传播路径,这些因素共同增强了3DP-Si CN(Ti)复相陶瓷的介电损耗。裂解温度为1300°C制备的3DP-Si CN(Ti)复相陶瓷的介电损耗最大,在X波段均大于0.6,在Ku波段均大于0.5。(4)为了提高3DP-Si CN陶瓷的力学性能,本论文开展了惰性填料增强3DP-Si CN陶瓷的研究。选用了二氧化硅纳米粉体(Si O2)和碳化硅纳米纤维(Si C)配制成3DP-Si CN/Si O2/Si C先驱体浆料,3D打印成型并裂解成3DP-Si CN/Si O2/Si C复相陶瓷。光固化3D打印先驱体浆料在添加20%的Si O2后几乎不影响浆料的单层光固化厚度,但先驱体浆料的粘度由118 m Pa·s升高至1760 m Pa·s,再添加1%的Si C后,浆料的单层光固化厚度降低至250μm,但粘度几乎不变。3DP-Si CN/Si O2/Si C复相陶瓷随Si O2含量的增加,其质量损失、收缩率和开口孔隙率呈下降趋势,密度呈增大趋势。在N2气氛中以3°C/min的升温速率经1300°C裂解制备的3DP-Si CN/Si O2/Si C复相陶瓷的质量损失、密度、开口孔隙率和收缩率分别为29.8%、2.127 g/cm~3、4.2%和24.0%,其弯曲强度为65.8 MPa,较相同条件下裂解制备的3DP-Si CN陶瓷提高了179.5%。裂解温度为1300°C制备的3DP-Si CN/Si O2/Si C复相陶瓷的介电损耗最大,在8~18 GHz波段均在0.65附近波动。