摘要：在立体光刻过程中，紫外光被大量反射、散射和吸收，导致SiC浆料的固化厚度较低。近日，中国科学院金属研究所梁静静教授带领团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表了题为《High-precision and high-stren

在立体光刻过程中，紫外光被大量反射、散射和吸收，导致SiC浆料的固化厚度较低。近日，中国科学院金属研究所梁静静教授带领团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表了题为《High-precision and high-strength SiC ceramic green body by stereolithography: slurry design and defect control》的研究，他们利用立体光刻3D打印技术，开发了一种新的关于SiC浆料的优化策略。

原文链接：https: //doi.org/10.3390/ma17235830
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研究内容

本研究针对SiC感光浆料固化厚度低、黏度高、稳定性差等问题，以HDDA、TMPTA、DPHA、PEG200（体积比=2:6:1:1）为原料，研制出一种新型树脂体系，并加入防沉剂和增塑剂来提升浆料的性能。分析了该树脂体系对立体光刻制备SiC陶瓷的影响，重点研究了浆料性能、成型精度和坯体力学性能。

以下是文章的研究方法及数据：

图1，陶瓷粉末的粒度分布和微观结构：（ab）SiC；（cd）SiO₂。

△图2，立体光刻3D打印陶瓷坯体制备过程。

△图3，( a)不同树脂单体配比的浆料的粘度-剪切速率曲线；(b)不同单体配比的浆料在30s -1以下的粘度。

△图4，( a)沉降高度；(bg)不同树脂单体比例的浆料的沉降现象

△图 5.(a)不同树脂单体配比的SiC浆料固化厚度；(b)S5和S10坯体在X、Y、Z轴上的尺寸偏差率；(c)本工作与文献的固化性能和固含量比较。

△图6，光引发体系的形成机理。

△图7，( ad)沉降现象；(e)添加不同AKN7010的浆料的沉降距离。

△图8， ( a)不同AKN7010含量的浆料的粘度-剪切速率曲线；(b)不同AKN7010含量的浆料在30s -1下的粘度。

△图 9 .防沉剂作用机理示意图。

△图 10.生坯在X、Y、Z轴上的尺寸偏差率。

图11.不含增塑剂和含有不同增塑剂的浆料的粘度-剪切速率曲线（a）和30 s -1时的粘度值（b）。

图12.不同浆料制备的坯体在X、Y、Z轴上的尺寸偏差率。

图13增塑剂对坯体打印精度的影响机理。

图14 .不同浆料制备的SiC坯体的SEM图像：（a）S10；（b）S12；（c）S15；（d）S16；（e）S17。

图 15。印刷堆叠方向的生坯白光干涉图（WLI）：（a）S10；（b）S12；（c）S15；（d）S16；（e）S17；（f）粗糙度。

图16.不同浆料制备的SiC坯体的抗弯强度和开口气孔率。

图17.（a）优化前的生坯；（b）优化后的生坯；（c）复杂形状的生坯；（d）烧结SiC陶瓷。

结论

本研究提出并验证了一种基于立体光刻（SLA）3D打印技术制备大尺寸复杂结构碳化硅（SiC）陶瓷的有效工艺路径，并通过RMI烧结方法实现了高结构精度保持性的SiC陶瓷成品。主要结论如下：

1、系统研究了不同官能团树脂单体对SiC浆料性能的影响，优化得到配比为 HDDA:TMPTA:DPHA=2:6:1 的树脂体系，兼顾了浆料的流变性与光固化性能。

2、通过引入羧基防沉剂AKN7010，其与陶瓷颗粒表面羟基形成氢键，增强颗粒之间的静电吸附作用，有效抑制颗粒沉降，提升了浆料的储存稳定性。最佳添加量为0.3%。

3、PEG200 增塑剂在提升坯体打印精度和层间结合方面表现优异，最终优化的浆料配方（HDDA:TMPTA:DPHA:PEG200=2:6:1:1）在满足固化厚度85 μm的同时，实现了动态粘度小于3 Pa·s、24小时沉降率小于1%的性能指标。

4、成形性能测试表明，所制备SiC坯体具有良好的尺寸精度（X、Y轴尺寸偏差率

来源：奇遇科技ADTE