盤(pán)點(diǎn)國(guó)內(nèi)企業(yè)在3D打印金屬陶瓷材料方面的進(jìn)展
金屬陶瓷英文單詞cermet或ceramet是由ceramic(陶瓷)和metal(金屬)結(jié)合構(gòu)成的。金屬陶瓷是一種復(fù)合材料,它的定義在不同時(shí)期略有不同,如,有的定義為由陶瓷和金屬組成的一種材料,或由粉末冶金方法制成的陶瓷與金屬的復(fù)合材料。
美國(guó)ASTM專(zhuān)業(yè)委員會(huì)定義為:一種由金屬或合金與一種或多種陶瓷相組成的非均質(zhì)的復(fù)合材料,其中后者約占15%~85%體積分?jǐn)?shù),同時(shí)在制備的溫度下,金屬和陶瓷相之問(wèn)的溶解度相當(dāng)小。從狹義的角度定義的金屬陶瓷是指復(fù)合材料中金屬和陶瓷相在三維空間上都存在界面的一類(lèi)材料。兼有金屬和陶瓷的某些優(yōu)點(diǎn),如前者的韌性和抗彎性,后者的耐高溫、高強(qiáng)度和抗氧化性能等。
關(guān)于金屬與陶瓷的混合打印,之前,德國(guó)Fraunhofer研究所就研發(fā)了陶瓷和金屬粉末懸浮液。陶瓷或金屬粉末被混合在一種低熔點(diǎn)的熱塑性粘合劑中,熱塑性粘合劑在80攝氏度時(shí)就會(huì)融化成為液體。在打印過(guò)程中,打印機(jī)的電性溫度熔化了粘合劑,并混合著陶瓷或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來(lái)。沉積后液滴迅速冷卻變硬,三維對(duì)象就這樣被點(diǎn)對(duì)點(diǎn)逐漸打印出來(lái)。金屬、玻璃或陶瓷粉末材料被均勻的混合在粘合劑中。粘度也是精確控制,混入的粉末材料既不能太“稀”也不能太“稠”,這樣打印機(jī)才能進(jìn)行流暢的打印。
金屬與陶瓷的水溶型墨水
國(guó)內(nèi)最大的羰基鐵粉生產(chǎn)企業(yè)江蘇天一超細(xì)金屬粉末有限公司研發(fā)了一種用于3D打印金屬、陶瓷及其復(fù)(混)合材質(zhì)制品水溶型墨水。墨水材料組成質(zhì)量比:30%—70%材質(zhì)組份(金屬、合金、陶瓷等);1%—9%高分子材料組份,69%—21%水。可以說(shuō)打印材料是由由水、溶解于水的高分子材料、金屬、陶瓷及其復(fù)(混)合粉末的材質(zhì)材料、助劑組成。
通過(guò)這種墨水打印出來(lái)的成品需要經(jīng)過(guò)蒸發(fā)塑化、脫粘、燒結(jié)得到所需要材質(zhì)的制品。
金屬增韌陶瓷基復(fù)合材料
成都新柯力化工科技有限公司研發(fā)了用于3D打印的金屬增韌陶瓷基復(fù)合材料,是一種金屬纖維纏繞鑲嵌在陶瓷微球表面形成的金屬增韌陶瓷復(fù)合微球。
原料包括:陶瓷微球80-90份,金屬纖維5-10份,界面改性劑1-1.5份,活性劑0.1-0.5份,粘接劑3-5份;通過(guò)界面侵蝕改性陶瓷微球表面,使陶瓷微球表面形成可鑲嵌的界面,從而利用圓盤(pán)研磨機(jī)碾壓使金屬纖維鑲嵌至界面被侵蝕的陶瓷微球表面,形成由金屬纖維纏繞鑲嵌在陶瓷微球表面形成的金屬增韌陶瓷復(fù)合微球,不但滿(mǎn)足3D打印所需球形的特征,而且,金屬纖維呈網(wǎng)狀在陶瓷微球表面分布,3D打印燒結(jié)后的陶瓷制品中金屬以網(wǎng)狀分布,從而實(shí)現(xiàn)增韌。
這項(xiàng)技術(shù)改變了陶瓷粉通過(guò)3D打印的時(shí)候,因結(jié)構(gòu)不均勻、晶體組織均勻差等使陶瓷制品的塑性和韌性降低的缺陷。
金屬粉表面形成陶瓷面的增韌材料
利用碳化硅、晶須材料可以增強(qiáng)金屬用作飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和超音速飛機(jī)的表面材料,然而傳統(tǒng)方法對(duì)金屬的增強(qiáng)都是將金屬熔融后加入纖維然后成型。成都新柯力化工研發(fā)出通過(guò)金屬粉增強(qiáng)處理可有效克服3D打印制備金屬制品強(qiáng)度缺陷的技術(shù)。原料包括:金屬粉末50-60份,鋰瓷石20-25份,石英3-8份,硼酸鋅2-3份,碳酸鈉1-3份,粘接劑0.5-2份。
該增強(qiáng)金屬?gòu)?fù)合材料是通過(guò)粘接和燒結(jié),在金屬粉表面形成陶瓷面,該陶瓷面具有微孔,賦予金屬粉強(qiáng)度和韌性。同時(shí)具有球形度高、粒徑小、分布窄的特性。用于3D打印直接成型金屬制品時(shí),金屬瓷面在低于金屬熔點(diǎn)的溫度條件下粘連,有效防止金屬制品的變形,從而得到高強(qiáng)度、高韌性的金屬制品。
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