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陶瓷材料具有耐高溫、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)制造、生物醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。3D打印陶瓷原料的研發(fā)也成為制約3D打印陶瓷發(fā)展的一大要素，研發(fā)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。
1、氧化鋁陶瓷
氧化鋁是一種應(yīng)用廣泛的陶瓷材料，氧化鋁陶瓷的原料來(lái)源廣泛，成本低廉，現(xiàn)已成為陶瓷行業(yè)用量最大的原料之一。傳統(tǒng)制備氧化鋁陶瓷的工藝繁瑣復(fù)雜、耗時(shí)耗力，3D打印陶瓷技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單，耗時(shí)較短，可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)氧化鋁陶瓷，可以大大縮短制備時(shí)間，提高制品精度，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。
在陶瓷3D打印技術(shù)中，為了保證陶瓷坯體具有良好的力學(xué)性能，氧化鋁材料一般與有機(jī)物混合制成漿材、粉材或與其他合金粉末制成粉材。
2、磷酸三鈣陶瓷
磷酸三鈣陶瓷又稱磷酸三鈣，其化學(xué)組成在人體骨骼中廣泛存在，在醫(yī)療領(lǐng)域作為一種良好的骨修復(fù)三維支架而被廣泛應(yīng)用，還可用于預(yù)防和治療鈣缺乏的病癥。磷酸三鈣的化學(xué)組分與骨骼十分相近，具有無(wú)變異性、良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，可以發(fā)揮良好的骨傳導(dǎo)作用。植入后，磷酸三鈣本身良好的生物降解性能夠幫助機(jī)體更快地進(jìn)行新陳代謝。所以，這種材料的發(fā)展前景十分可觀，受到人們的密切關(guān)注。
國(guó)外已進(jìn)行了磷酸鈣陶瓷3D打印技術(shù)的相關(guān)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(jìn)行打印。同時(shí)國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于磷酸鈣陶瓷的生物活性也有著很深的研究，例如林開(kāi)利等在磷酸鈣陶瓷中加入具有生物活性的元素來(lái)提高磷酸鈣陶瓷的生物活性，這對(duì)于3D打印生物陶瓷技術(shù)生物功能的提高有著重要作用。
3、有機(jī)前驅(qū)體陶瓷
有機(jī)前驅(qū)體合成陶瓷的技術(shù)是在1960年發(fā)明的。經(jīng)由前驅(qū)體制備陶瓷可從分子規(guī)模設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)尺寸成形、并具有低分解溫度、高溫性能穩(wěn)定一系列優(yōu)點(diǎn)，可用來(lái)制備多種新型陶瓷。其主要原理是將有機(jī)前驅(qū)物質(zhì)(聚碳硅烷，聚硝基硅烷，聚硅氧烷等)進(jìn)行熱降解來(lái)制備陶瓷。具體過(guò)程為有機(jī)小分子通過(guò)縮合反應(yīng)生成有機(jī)大分子，大分子在熱或光等條件的催化下生成有機(jī)-無(wú)機(jī)中間體，也就是前驅(qū)體，然后對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行進(jìn)一步的熱裂解和燒結(jié)生成陶瓷。
T.A.Schaedler等將UV固化技術(shù)同3D打印技術(shù)相結(jié)合來(lái)打印前驅(qū)體陶瓷，不但使陶瓷的復(fù)雜形狀和精細(xì)結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)，還通過(guò)高溫?zé)Y(jié)使陶瓷收縮，從而制備出高密度陶瓷。
4、氮化硅陶瓷
氮化硅陶瓷具有高強(qiáng)度、低密度、耐高溫等特性，是一種優(yōu)異的高溫工程材料。它的強(qiáng)度可以維持到1200℃的高溫而不下降，受熱后不會(huì)熔成融體，一直到1900℃才會(huì)分解，并且具有極高的耐腐蝕性，同時(shí)也是一種高性能電絕緣材料。Li等采用三維印刷與無(wú)壓燒結(jié)相結(jié)合的技術(shù)，制備了孔隙率高于70%的多孔硅陶瓷材料。
5、碳硅化鈦陶瓷
碳硅化鈦陶瓷具有層狀的六方晶體結(jié)構(gòu)，在生物、醫(yī)療等方面都有著廣泛的應(yīng)用。碳硅化鈦材料兼具金屬材料的高熱導(dǎo)率、高電導(dǎo)率、良好的延展性、塑性和陶瓷材料的高強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐腐蝕性、抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)。Sun等利用3D打印與冷等靜壓技術(shù)制備出致密度較高的碳硅化鈦陶瓷。
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