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《Journal of the European Ceramic Society》:光敏氮化硅浆料具有低粘度和大固化深度的综合优势,适用于数字光处理3D打印

《Journal of the European Ceramic Society》:光敏氮化硅浆料具有低粘度和大固化深度的综合优势,适用于数字光处理3D打印

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-01-04 14:29
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【概要描述】报道了一项关于制备光敏氮化硅浆料的工作。

《Journal of the European Ceramic Society》:光敏氮化硅浆料具有低粘度和大固化深度的综合优势,适用于数字光处理3D打印

【概要描述】报道了一项关于制备光敏氮化硅浆料的工作。

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2021年10月22日,南京航空航天大学、青岛大学、上海应用技术学院和嘉兴天朗科技有限公司的研究人员在《Journal of the European Ceramic Society》上发表题为Photosensitive Si3N4 slurry with combined benefits of low viscosity and large cured depth for digital light processing 3D printing 的研究论文,报道了一项关于制备光敏氮化硅浆料的工作。研究人员提出了一种新的制备策略,使得该浆料具有低粘度和大固化深度的综合优势。在优化光敏树脂配比的基础上,系统地研究了粉末粒度、分散剂和光引发剂等因素对该浆料的流变学和固化行为的影响,并筛选了具有立体光刻潜力的浆料。最终,利用优化后的浆料成功制备了结构复杂的氮化硅绿体。

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0955221922008342

 

 

  研究简介  

 

数字光处理3D打印可以用于制造复杂的氮化硅(Si3N4)组件。然而,制造稳定的光敏硅氮化硅浆料的挑战在于同时具备低粘度、大固化深度,并且克服表面羟基和大折射率的限制。在这项研究中,我们提出了一种新的氮化硅浆料配方策略。通过优化单体配比,我们系统地调整了粉体粒度、分散剂和光引发剂对氮化硅浆料的流变性能和光固化性能的影响。我们成功制备了粘度为2.09Pas(30s-1),临界固化能量为126.09mJ/cm2,最大固化深度为80µm的稳定光敏Si3N4浆料(48vol%)。最后,基于这个优化的浆料配方,我们成功制造了无缺陷的复杂Si3N4坯体,展示了制造各种应用的任意复杂陶瓷部件的巨大潜力。

 

 

 

图1 (a)氮化硅浆料的制备。(b)立体光刻3D打印工艺。

 

 

 

图2 (a)不同树脂体积比下的粘度柱状图。(b)不同树脂体积比下固化深度条形图。

 

 

 

图3 不同粒径分布的氮化硅浆料(固含量为30vol%)的沉降曲线。

 

 

 

图4(a)不同分散剂改性35vol%Si3N4浆料的流变性能。(b)不同BYK110含量改性35vol%Si3N4浆料的流变性能。(c)不同固含量(BYK110含量1wt%)下氮化硅浆料的流变性能。(d)不同固含量条件下氮化硅料浆剪切应力-剪切速率曲线,实线为拟合的Herschel-Bulkley模型。

 

 

 

图5(a)TPO光引发机理示意图。(b)TPO含量对氮化硅料浆(HEMA:HDDA:TMPTA:=3:4:3,1wt%BYK110,固含量:48vol%,曝光强度:44mW/cm2)固化深度的影响。(c)曝光强度对氮化硅料浆(HEMA:HDDA:TMPTA:=3:4:3,1wt%BYK110,固体载荷:48vol%,3wt%TPO)固化深度的影响。(d)不同曝光时间下的固化深度。(e)比尔-朗伯定律拟合。(f)打印精度测试模型。(g)复形Si3N4坯体。

 

 

 研究结论 

本实验开发了一种稳定的光敏Si3N4浆料,具有低粘度和大固化深度。最优配方中,含有48%体积比Si3N4的浆料,配方为HEMA:HDDA:TMPTA=3:4:3,添加了1%质量比的BYK110分散剂,并且光引发剂TPO的添加量为混合光敏树脂质量的3%。制备Si3N4浆料的推荐粒度为0.5µm。经过优化后,在30s-1的剪切速率下,浆料的粘度为2.09Pas,最大无支撑悬臂跨度为4mm。这项研究为复杂Si3N4陶瓷器件的立体光刻3D打印浆料配方提供了基础。

 

 

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