Al_(2)O_(3)陶瓷增材制造工艺研究进展

摘要

Al_(2)O_(3)陶瓷具有优异的力学性能、热学性能、化学稳定性能及生物相容性,被广泛用于机械加工、能源化工、生物医疗等领域,但是Al_(2)O_(3)陶瓷固有的硬度及脆性导致其在成型及加工方面存在较大的困难,阻碍Al_(2)O_(3)陶瓷应用范围的进一步拓展。而目前快速发展的增材制造技术可以有效解决上述成型难题,特别是在制备复杂形状的Al_(2)O_(3)陶瓷方面具有独特的优势。目前用于Al_(2)O_(3)陶瓷成型的增材制造工艺主要涉及粘结剂喷射、粉末床熔融、材料喷射、材料挤出、薄材叠层、立体光固化等。(1)粘结剂喷射适用于大尺寸Al_(2)O_(3)陶瓷零部件的成型,其工艺特性易使制备的Al_(2)O_(3)陶瓷的致密度较低,通常需要利用浸渗技术提高Al_(2)O_(3)陶瓷的致密度和力学性能。(2)粉末床熔融包括选择性激光熔融和选择性激光烧结两种成型技术:选择性激光熔融可一步制备Al_(2)O_(3)陶瓷零部件,但是较大的热应力会使Al_(2)O_(3)陶瓷内部形成裂纹缺陷;选择性激光烧结同样难以制备致密度高的Al_(2)O_(3)陶瓷,通常需要利用激光重熔、热等静压及浸渗技术提高Al_(2)O_(3)陶瓷的致密度和力学性能。(3)材料喷射适用于小尺寸、结构简单的Al_(2)O_(3)陶瓷零件的成型,难以制备悬空或空心结构的Al_(2)O_(3)陶瓷零部件。(4)材料挤出适用于高纵横比多孔Al_(2)O_(3)陶瓷零部件的成型,但是打印零部件的表面光洁度较低。(5)薄材叠层的成型速度快,适用于Al_(2)O_(3)基层合陶瓷零部件的成型,但是存在明显的台阶效应,且材料利用率较低。(6)立体光固化适用于高致密度、高表面光洁度、复杂形状的Al_(2)O_(3)陶瓷零部件的成型,具有广阔的应用前景,但是高固含量、低粘度Al_(2)O_(3)陶瓷浆料的配制以及高强韧、高可靠性Al_(2)O_(3)陶瓷构件的制备仍是一项挑战。本文重点介绍了Al_(2)O_(3)陶瓷增材制造工艺的成型原理、研究现状、优势及存在的问题,并对其发展趋势进行展望,以期为从事Al_(2)O_(3)陶瓷增材制造的研究人员提供借鉴和参考。