3D打印制造无铅压电零件

来源：材料赢家

多年来，铅一直是“电子制造的关键”，Ecoform总裁JackGeibig在2005年一篇关于铅在电子产品中的应用的文章中说。“没有它，就很难实现持久可靠的电子连接。”

这篇文章发表后不到一年，《危害性物质限制指令协议》于2006年生效。该协议限制了欧盟成员国内电子电气设备中10种有害物质的使用。毫不奇怪，这10种物质中有一种是铅。

一种无铅压电部件，用使用水基油墨的3D打印技术制备。图片来源: Bo nan et al.,Journal of the American Ceramic Society/Wiley

甚至在RoHS生效之前，为了应对铅对环境的负面影响，改善无铅电子部件的性能和制造的研究就已经在20世纪90年代开始了。

随着2006年RoHS的通过，研究人员现在有许多环境和法律的理由来改进无铅技术。近年来，增材制造的出现有望成为制造无铅电子零件的有效方法，特别是对于能量收集和需要复杂几何形状的超声波应用。因为增材制造技术是一层一层地构建物体，所以增材制造可以形成复杂的形状，这些形状使用传统制造技术难以或不可能形成。

在最近发表在《thejournal of American Ceramic Society》上的两篇文章中，研究人员使用直写增材制造技术来开发、测试和加工含有钛酸钡基无铅压电材料的油墨。正确使用墨水对直写增材制造技术的成功至关重要。固体含量、粘合剂/载体类型和配方等不仅影响油墨的粘弹性，还影响烧结参数以及烧结部件的密度和性能。此外，与最近两篇论文的情况一样，粘合剂体系不得与钛酸钡基陶瓷材料发生反应。

去年11月发表的第一篇论文是由葡萄牙阿威罗大学CICECO阿威罗材料研究所的研究人员和伯明翰大学的一位同事撰写的。他们通过用磷酸二氢铝(铝(H2PO4)3)对钛酸钡钙锆(BCZT)进行表面处理开发了水性油墨，这种处理方法已被证明能减少氮化铝和镁铝尖晶石在水性油墨中的水解。

水基油墨的配制过程和大孔陶瓷的直接书写示意图。图片来源：Bo nan et al.，Journal of the American Ceramic Society /Wiley

第二篇论文于12月出版，由德克萨斯大学埃尔帕索分校各部门的研究人员撰写。他们使用通常用于制造锂离子电池阴极的混合聚合物/有机溶剂系统来制备钛酸钡（BT）的油墨。

聚合物/溶剂基油墨的配制过程和大块压电部件的直接写入示意图。图片来源：Hoejin Kimet al.，Journal of the American Ceramic Society /Wiley

第一篇论文详细解释了粘弹性特性的发展，第二篇论文侧重于加工过程中和加工后的性能和性能，都可以作为油墨开发的指导。

使用这些研究的油墨制造的部件在处理和烧制阶段可以保持其形状，并且它们表现出与传统技术制造的类似物品相同的性能。

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