近日，波蘭華沙理工大學(xué)化學(xué)系的 研究人員在 Materials & Design 期刊上發(fā)表了題為《Material extrusion of photocurable alumina pastes: rheology, printability, and polycrystal microstructure characterization》（光固化氧化鋁漿料的材料擠出成形：流變性、可打印性與多晶顯微結(jié)構(gòu)表征）的最新研究成果。

該研究聚焦于墨水直寫（DIW, Direct Ink Writing）技術(shù)在高性能氧化鋁陶瓷制造中的應(yīng)用。DIW 作為一種材料擠出型3D打印方法，依賴漿料的流變性能和固化特性實(shí)現(xiàn)高精度成形。然而，光固化陶瓷漿料在高固含條件下的可打印性和最終微結(jié)構(gòu)特性仍存在諸多挑戰(zhàn)。

UV -DIW工藝示意圖

研究團(tuán)隊(duì)制備了以去離子水為分散介質(zhì)的光固化氧化鋁水性分散液，其中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)65-70 wt%的高純氧化鋁粉體（平均粒徑約0.3-0.5μm），并添加聚丙烯酸銨鹽（APAA） 作為分散劑、光引發(fā)劑、丙烯酸酯類單體/低聚物作為光固化樹(shù)脂基體，以及少量消泡劑與流變改性劑，以平衡漿料的黏度、觸變性與光固化反應(yīng)速率。

研究組所使用的氧化鋁粉體

團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了漿料的流變行為，發(fā)現(xiàn)其具有明顯的剪切變稀特性和屈服應(yīng)力，這對(duì)于DIW過(guò)程中的穩(wěn)定擠出和形狀保持至關(guān)重要。通過(guò)調(diào)整固含量和有機(jī)組分比例，研究人員獲得了既能順利擠出又能在紫外光照射下快速固化的漿料配方。

在打印性能評(píng)估中，研究人員利用DIW打印了多種幾何結(jié)構(gòu)，包括直線、網(wǎng)格及立方體，驗(yàn)證了漿料在不同打印速度、噴嘴直徑和光固化強(qiáng)度下的適應(yīng)性。燒結(jié)后，試樣表現(xiàn)出均勻致密的多晶顯微結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸在數(shù)微米范圍內(nèi)，且未觀察到明顯孔隙和結(jié)構(gòu)缺陷。力學(xué)測(cè)試顯示，其維氏硬度和三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度均達(dá)到高性能結(jié)構(gòu)陶瓷的標(biāo)準(zhǔn)水平。

打印坯體：a) 頂視圖；b) 橫截面圖

打印坯體的 SEM 圖

該成果表明，通過(guò)精確調(diào)控水性光固化氧化鋁漿料的成分與流變性能，DIW技術(shù)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷的高精度成形與優(yōu)異性能。這為光固化陶瓷3D打印技術(shù)向更高固含、更高致密化以及工業(yè)化生產(chǎn)方向發(fā)展提供了重要參考。

粉體圈Coco編譯