日前，曾經(jīng)研發(fā)出世界上第一臺紅寶石激光器的HRL Laboratories（即美國休斯研究實驗室，下文稱HRL）開發(fā)出一種新技術(shù)，使用這種技術(shù)3D打印的超強陶瓷材料能夠承受超過1400攝氏度高溫，可能全球首個3D打印的碳化硅陶瓷。

“我們有一種陶瓷前驅(qū)體樹脂，可以像聚合物那樣打印，然后在過火后會轉(zhuǎn)化為一種陶瓷。”HRL資深科學(xué)家TobiasSchaedler說：“盡管會有一些收縮的現(xiàn)象，但是這是非常均勻的，所以可以預(yù)測”。

這種由硅、氮和氧組成的樹脂，在一臺3D打印機內(nèi)用一束紫外線照射下，會變硬。這種被稱為陶瓷前驅(qū)體的樹脂能被3D打印成各種形狀和大小的零件，打印出來的材料過火后會轉(zhuǎn)化為一種高強度、完全致密的陶瓷。

這種打印出來的東西根本不像陶瓷3D打印件，反而更類似于塑料零件。他們使用的特殊樹脂中包含所有你需要的可以形成堅韌陶瓷的分子。這些樹脂層經(jīng)過了一種UV光的仔細蝕刻，然后將單體融合成聚合物。隨后這種塑料狀的打印件被放在一個有1000攝氏度高溫、充斥著氬氣的烤箱中，其中多余的化學(xué)基團被移除，留下了強大的陶瓷結(jié)構(gòu)。

研究人員利用電子顯微鏡對最終產(chǎn)品進行了分析，在其表面沒有檢測到孔隙和裂紋。進一步的測試發(fā)現(xiàn)該陶瓷材料可承受高達1400攝氏度的高溫而不會開裂和收縮。

于是，接下來HRL宣稱他們制造出了可能全球首個3D打印的碳化硅陶瓷，而且團隊認為還可以通過對陶瓷塑料樹脂成份進行適當(dāng)調(diào)整打印出更多種類的陶瓷。該公司認為其抗開裂、抗高溫的陶瓷可以成為一種能夠用于眾多高溫應(yīng)用的理想材料，比如在高超聲速飛行器和噴氣發(fā)動機中使用。這種技術(shù)可以幫助設(shè)計者制造出很多專門的小零件，這種部件可以抵抗飛行器在起飛和飛行階段排出的高溫氣體。

“如果在大氣之中以10倍的音速飛馳，由于空氣的摩擦，任何交通工具表面都會變得非常熾熱。”Schaedler說：“人們?nèi)绻胍圃旄叱曀亠w行器就需要用陶瓷制造整個外殼。”

借助這種新技術(shù)，HRL的實驗室研究人員可以3D打印兩類有用陶瓷。一種是大的，但是具有非常輕量級的晶格結(jié)構(gòu)，可以用于制作飛機和航天器的耐熱板及其他外部部件；另外一種是小的，但是很復(fù)雜的零件，可以用于制作機電系統(tǒng)或噴氣式發(fā)動機和火箭的組件。

Schaedler稱他們的研究團隊已經(jīng)得到了美國國防部先進研究項目局（DARPA）的資助。據(jù)了解，一旦進一步的測試完成，那些正在尋找小型、耐高溫部件的火箭和衛(wèi)星設(shè)計師可能會很快轉(zhuǎn)向HRL的陶瓷3D打印工藝。

粉體圈·啟東

參考來源：科技日報