引入分级SiO2改善光固化SiC陶瓷浆料的性能

3D打印科研前沿
2022
06/24
08:56
分享
评论
供稿人:郑誉 连芩 供稿单位:西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室


由于SiC粉末具有较高的光吸收率和折射率,使得SiC陶瓷浆料具有固化厚度低、打印效率低、沉降性能差等特点,成为了快速立体光固化打印SiC陶瓷元件的一个关键挑战。中科院上海陶瓷研究所Tang等人[1]通过引入分级SiO2有效改善了SiC浆料的固化厚度、流变性和沉降性能,使得浆料的印刷精度大于75μm,动态粘度小于2pa⋅s、 24h沉降高度小于5%。这一技术展示了快速立体光刻大尺寸SiC陶瓷坯体的诱人可能性和广阔前景。

该团队采用了HDDA,TMPTA,PEGDA三种单体、粗石英(SiO2,平均粒径D50=46μm)、细石英(SiO2,平均粒径D50=2μm)和SiC粉末(平均粒径为D50=30μm)为浆料主要原料。在综合考虑了浆料的粘度、固化厚度和沉降性能的基础上,确定了各种浆料参数:三种单体HDDA:TMPTA:PEG600DA的比例为7:2:1,使得浆料在达到140μm左右的固化厚度的同时保持较低的粘度;分散剂PEG的含量为7.5wt%,以解决细SiO2引入带来的颗粒团聚现象,同时优化了浆料的粘度和沉降性能;引入了15vol%的粗细SiO2颗粒,由于SiO2具有低吸光度和低折射率的特性,大大优化了原SiC浆料的光固化性能,固相含量提升到47.5vol%,减少了脱脂后的收缩变形。当粗细SiO2的比例为3:7时,浆料具备了合适的粘度,24h沉降高度小于5%;最后确定了光引发剂BAPO的加入量为2wt%,可以发挥最大的引发活性。浆料的最佳配比如表1所示:
Jietu20220624-085438.jpg
△表1 最佳浆料配比

根据试验结果,通过DLP-3D打印,以最佳浆料比例成型形状复杂的坯体。曝光功率设置为12.8 mw/cm2,曝光时间设置为10 s。STL模型和素坯如图1所示。从图中可以看出,坯体精度高,表面质量好,没有明显的气孔或缺陷。此外,从SEM图像可以看出,细SiO2颗粒没有明显的团聚。
Jietu20220624-085445.jpg
△图1 (a-c)素坯的STL格式模型;(d-e)素坯;(f) 素坯的SEM图像

研究中为了提高SiC感光浆料的固化厚度和沉降性能,通过引入低吸光度的SiO2粉体,提出了一种制备高固含量、低沉降、高固化厚度、低粘度浆料的新途径。系统深入地分析了影响光敏浆料固化厚度、流变性能和沉降性能的主要因素。详细研究了光敏单体、光引发剂、分散剂、分级SiO2和SiC固含量对浆料粘度、固化厚度和沉降性能的影响。动态粘度<2pa的SiC感光浆料⋅制备s和24小时沉淀高度<5%的样品。测试了DLP和SLA打印机所用浆料的打印参数。合适的印刷精度为70~100μm。通过引入分级SiO2,固化厚度增加了50%以上,固含量增加了42.6%,印刷效率提高了30%以上,为大尺寸碳化硅陶瓷坯体的立体光刻提供了一条新途径。

参考文献:Tang, J., et al., 用于快速立体光刻的 SiC 陶瓷光敏浆料的制备。 欧洲陶瓷学会杂志,2021。41(15):p。 7516-7524。




上一篇:激光粉末床融合多材料增材制造的最新进展和科学挑战(1)
下一篇:张铁军教授团队:滤膜基底3D打印助力研发仿生污染物控制技术
回复

使用道具 举报

推动3D打印

关注南极熊

下载手机APP

联系QQ/微信9:00-16:00

392908259

南极熊3D打印网

致力于推动3D打印产业发展

快速回复 返回列表 返回顶部