【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】新型陶瓷光固化增材制造技術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開發(fā)了生物活性磷酸鈣陶瓷支架和硅氧碳復合多孔陶瓷，用于骨缺損修復和先進隔熱材料設計。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，為承重骨缺損修復提供了創(chuàng)新解決方案。硅氧碳復合多孔陶瓷(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