3D打印陶瓷材料的成型及研究進展(2)
時間：2019-07-23 11:03 來源：納川資本 作者：中國3D打印網 閱讀：次
2.3D打印陶瓷材料
陶瓷材料具有耐高溫、高強度等優點，在工業制造、生物醫療、航空航天等領域有著廣泛的應用。3D打印陶瓷原料的研發也成為制約3D打印陶瓷發展的一大要素，研發新型3D打印陶瓷材料尤為重要。下面介紹幾種尚處于研制中的3D打印陶瓷材料。
2.1氧化鋁陶瓷
氧化鋁是一種應用廣泛的陶瓷材料，氧化鋁陶瓷的原料來源廣泛，成本低廉，現已成為陶瓷行業用量最大的原料之一。傳統制備氧化鋁陶瓷的工藝繁瑣復雜、耗時耗力，3D打印陶瓷技術具有工藝簡單，耗時較短，可操作性強的優點。使用3D打印技術生產氧化鋁陶瓷，可以大大縮短制備時間，提高制品精度，擴大應用領域。
在陶瓷3D打印技術中，為了保證陶瓷坯體具有良好的力學性能，氧化鋁材料一般與有機物混合制成漿材、粉材或與其他合金粉末制成粉材。
2.2磷酸三鈣陶瓷
磷酸三鈣陶瓷又稱磷酸三鈣，其化學組成在人體骨骼中廣泛存在，在醫療領域作為一種良好的骨修復三維支架而被廣泛應用，還可用于預防和治療鈣缺乏的病癥。磷酸三鈣的化學組分與骨骼十分相近，具有無變異性、良好的生物相容性等優點，可以發揮良好的骨傳導作用。植入后，磷酸三鈣本身良好的生物降解性能夠幫助機體更快地進行新陳代謝。所以，這種材料的發展前景十分可觀，受到人們的密切關注。[2]
國外已進行了磷酸鈣陶瓷3D打印技術的相關研究。G.A.Fielding等將磷酸鈣與乙醇混合制備出陶瓷漿料，并成功進行打印。同時國內學者對于磷酸鈣陶瓷的生物活性也有著很深的研究，例如林開利等在磷酸鈣陶瓷中加入具有生物活性的元素來提高磷酸鈣陶瓷的生物活性，這對于3D打印生物陶瓷技術生物功能的提高有著重要作用。
2.3有機前驅體陶瓷
有機前驅體合成陶瓷的技術是在1960年發明的。經由前驅體制備陶瓷可從分子規模設計、網絡尺寸成形、并具有低分解溫度、高溫性能穩定一系列優點，可用來制備多種新型陶瓷。其主要原理是將有機前驅物質（聚碳硅烷，聚硝基硅烷，聚硅氧烷等）進行熱降解來制備陶瓷。具體過程為有機小分子通過縮合反應生成有機大分子，大分子在熱或光等條件的催化下生成有機-無機中間體，也就是前驅體，然后對前驅體進行進一步的熱裂解和燒結生成陶瓷。
T.A.Schaedler等將UV固化技術同3D打印技術相結合來打印前驅體陶瓷，不但使陶瓷的復雜形狀和精細結構得以實現，還通過高溫燒結使陶瓷收縮，從而制備出高密度陶瓷。
2.4氮化硅陶瓷
氮化硅陶瓷具有高強度、低密度、耐高溫等特性，是一種優異的高溫工程材料。它的強度可以維持到1200℃的高溫而不下降，受熱后不會熔成融體，一直到1900℃才會分解，并且具有極高的耐腐蝕性，同時也是一種高性能電絕緣材料。Li等采用三維印刷與無壓燒結相結合的技術，制備了孔隙率高于70%的多孔硅陶瓷材料。
2.5碳硅化鈦陶瓷
碳硅化鈦陶瓷具有層狀的六方晶體結構，在生物、醫療等方面都有著廣泛的應用。碳硅化鈦材料兼具金屬材料的高熱導率、高電導率、良好的延展性、塑性和陶瓷材料的高強度、穩定性、耐腐蝕性、抗氧化性等優點。Sun等利用3D打印與冷等靜壓技術制備出致密度較高的碳硅化鈦陶瓷。
結語
目前，國內對于3D打印陶瓷技術的研究還處于起步階段，且遠遠落后于美國、德國、日本等國家的水平，還有很大的發展空間，3D打印技術在陶瓷領域的應用尚未成熟，從市場上考慮，目前3D打印陶瓷技術很難與市場接軌，難以形成規模經濟。今后，我國3D打印陶瓷材料產業化發展的主要方向是加強3D打印陶瓷材料的基礎研究，解決3D打印陶瓷材料的力學性能以及燒結成品收縮率等問題，開發系列化的3D打印陶瓷材料，并形成產業化的生產能力。
參考文獻：
[1]紀宏超,張雪靜,裴未遲,李耀剛,鄭鐳,葉曉濛,陸永浩. 陶瓷3D打印技術及材料研究進展[J]. 材料工程,2018,46(07):19-28.
[2]賁玥,張樂,魏帥,孫炳恒,李正,周天元,張其土,楊浩,陳浩. 3D打印陶瓷材料研究進展[J]. 材料導報,2016,30(21):109-118.
[3]邸浩翔,張琪琪,安曉光,鄭鐳. 3D打印陶瓷技術的研究進展[J]. 山東陶瓷,2018,41(03):18-24.
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