日前，美國布法羅大學的科研團隊通過3D打印成功制備高電導率和高溫電氣可靠性的導電碳化硅陶瓷，并通過放電等離子燒結有效提升材料機械性能，同時拓寬了增材制造和碳化硅功能陶瓷的應用潛力。該成果以“3D-printed electrically conductive silicon carbide”為題發表在Additive Manufacturing期刊。

論文地址：https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103109

導電陶瓷（ECC）的發展趨勢是可以實現強機械強度以及高導電性，在結構電極、導體、催化劑載體等方面提供應用。然而，雖然致密結構有利于提高導熱性，但卻會阻礙陶瓷的熱管理能力，其工作溫度受到限制。并且傳統制備方式很難將陶瓷加工成復雜的形狀，也限制了其發展應用的空間。

在這項研究中，研究人員使用大桶光聚合3D打印技術（一種自下而上的增材制造方法）來制造同時具有低導熱性和高導電性的3D導電SiC陶瓷結構。以具有納米級多孔結構和高比表面積的介孔二氧化硅為原料，有效地實現了隔熱特性。石墨烯是一種導電填充材料，被摻入陶瓷混合物中以允許在陶瓷中形成導電網絡。最后將得到的多孔二氧化硅/石墨烯納米復合材料用放電等離子燒結(SPS)工藝燒結。當燒結溫度低于1400℃時，打印樣品中觀察到非晶結構，而在1400 ℃時觀察到β相SiC和二氧化硅方石英，表明部分硅氧鍵被硅取代-碳鍵和多孔原料二氧化硅在惰性和高溫環境中結晶。

與傳統的導電陶瓷復合材料相比，由于多孔原料二氧化硅為石墨烯滲透提供的高比表面積，其電導率顯著提高，可達1000 Sm^-1；良好的熱管理能力，可達62 mW m^-1K^-1至88 mWm^-1K^-1；SPS處理復合材料的最大抗壓強度為57.947 MPa，與未經處理的樣品相比提高了96.19%，表明SPS處理有效地增強了樣品的機械性能；打印的陶瓷在室溫到600℃之間保持恒定的電阻率，這表明3D打印的SiC不易受溫度變化的影響。此外，多孔結構創造了一個熱障，以保持穩定的導電性并保護導電網絡。

拓展：關于大桶光聚合3D打印

大桶光聚合3D打印主要分類

這是一類通過使用光活化聚合選擇性地固化光敏聚合物液體樹脂的打印技術，會將液體光敏聚合物保存在容器或大桶中，構建平臺部分浸沒在液體表面。這即是“大桶”的由來。其總體優勢在于細節精度高，過程迅速；缺點是成本高，且打印完成后，由于樹脂依然受紫外線影響，會隨著時間的推移而翹曲和彎曲。

比如，立體光固化成型(SLA)是將施工平臺浸沒后，機器內的單點激光通過水箱底部繪制設計的橫截面區域，從而硬化材料。一旦該層被激光映射和硬化，平臺就會上升并允許新的樹脂層在物體下方流動。該技術逐層完成，直到形成固體部分。之后，這些部件通常使用紫外線輻射進行后固化，以提高其機械質量。其它主要的大桶光聚合打印方式還有直接光處理(DLP)和連續直接光處理(CDLP)。

編譯整理 YUXI

本文為粉體圈原創作品，未經許可，不得轉載，也不得歪曲、篡改或復制本文內容，否則本公司將依法追究法律責任。