基于冻结浆料的分层实体制造法加工多孔陶瓷

摘要

多孔陶瓷材料内部孔隙结构三维贯通,具有耐高温、低导热率、耐腐蚀、高物理化学稳定性、高孔隙率、低密度、大比表面积、良好生物相容性等特性,在过滤、催化剂载体、生物功能材料、保温隔热材料、吸声减震等领域有重要的应用.陶瓷材料的高硬度、高耐磨以及脆性大的特点,使其难以应用传统的机械加工方式(如车削、切削、磨削等)进行加工.在成型三维形状陶瓷时,多利用模具获得零件的外部形状,并结合添加造孔剂、有机泡沫浸渍、添加发泡剂等工艺,使陶瓷零件内部形成多孔结构.传统的成型方法中,模具的设计、加工等环节不仅延长的产品的开发周期,而且增加了加工成本.为减小多孔陶瓷3D打印过程中坯体的变形，提高孔隙结构的设计性，减小零件的台阶效应，课题组提出了一种基于冻结陶瓷浆料的分层实体制造方法。根据工艺原理，搭建了冻结浆料激光扫描实验平台，配制了相应的陶瓷浆料，通过实验分析了激光加工参数、浆料固含量等因素对切割过程的影响，确定了工艺过程实现所需参数。实验结果表明:加工过程中坯体始终被外围冻结固定，避免了变形;刮料的方式可用的浆料固含量范围广，提高了孔隙结构的可设计性;摆脱了挤出法中挤出口直径的限制，通过铺设薄层可改善制件的台阶效应。