《Science》重磅:3D打印陶瓷烧结只需10秒钟,速度提升1000倍
导读:陶瓷3D打印越来越得到业界的重视。然而,无论是基于光固化、FDM,还是喷射等不同3D打印技术所制造的陶瓷零件,都需要后期烧结这个必不可少的工艺环节。而烧结工艺,应用已经非常成熟和普遍了。
2020年5月8日,《Science》杂志发表了一篇论文,马里兰大学(UMD)材料科学与工程系(MSE)的科学家研究了一种超快速高温烧结(UHS)新工艺。在惰性气氛中通过辐射加热烧结陶瓷材料,这种方法将烧结过程所需的时间缩短到10秒钟,比传统的熔炉烧结方法快1000倍以上。在固态电池、燃料电池、3D打印等行业中具有广阔的应用前景。
论文作者为美国马里兰大学胡良兵教授、莫一非教授,弗吉尼亚理工大学、加州大学郑小雨教授和 加州大学圣 地亚哥分校骆建教授团队等人(共同通讯作者),论文题目为“A general method to synthesize and sinter bulk ceramics in seconds”。
作者先是介绍了UHS工艺的基本原理,如下图所示。
△图1. 快速烧结工艺和陶瓷合成装置;(A)UHS工艺的示意图 ,先将前体颗粒压制成陶瓷生胚,然后进行高温烧结,烧结温度高达3000°C,烧结时间约10秒钟,最 终得到烧结后的组件。(B)是陶瓷生胚在常温下的状态;(C)是在1500℃时的状态;
△烧结过程的动态图片(加速后)
研究人员表示:“ 我们将压制的陶瓷前体粉末生胚夹在两根碳条之间,这些碳条通过辐射和传导迅速加热生胚,能够创造出均匀一致的高温环境,用于快速合成(固态反应)和反应烧结,使陶瓷粉末迅速固化。在惰性气氛中,这些碳加热元件可以提供高达3000℃的温度,这足以合成和烧结几乎任何陶瓷材料。”
随后,研究人员对烧结过程中,陶瓷内部微观形貌的变化进行了研究,拍摄了SEM照片并进行了对比。
图2.陶瓷材料的快速烧结过程。(A) UHS工艺典型的温度曲线。升温过程约30秒,1500℃恒温过程10秒,冷却过程约5秒,整个过程需要<1分钟。SEM图像显示了LLZTO陶瓷在10秒等温下的反应过程。(B和C) UHS烧结(B)和传统熔炉烧结(C)LLZTO的断裂横断面SEM图像。(D)不同的LLZTO样品的Li损失。(E) 用UHS技术在约10s内烧结的各种陶瓷的图片。
△图3.快速烧结技术用于陶瓷筛选
除了可以对单一成分的陶瓷进行烧结,研究人员还烧结了两种材料复合的结构,并对烧结界面进行了研究。此外,除了简单的原片结构,研究人员还用3D打印机制造了复杂的晶格结构,并对其进行快速高温烧结试验,烧结后的结果显示可以保持原有的结构形状。
△图4.UHS烧结技术实现的结构 。(A和B)烧结的LATP-LLZTO双层SSE(A)和LLZTO-Li3PO4复合体SSE(B)。(C)SiOC聚合物前体的照片。(D) 使用UHS工艺,1200℃烧结10秒钟后SiOC样品的照片。显示出材料的均匀收缩率和均匀性结构。(E)四种UHS烧结的复合结构,具有不同的重复单元。(F)多层3D打印SiOC聚合物前体,掺杂了Al和Co。(G)UHS烧结和传统炉烧结后Co和Al掺杂边界的元素图谱。(H)两种烧结工艺样品 压阻与磁力引起的应力的关系。
研究人员表示,这种方法有两重意义:“超快高温烧结代表了超快烧结技术的一项突破,这不仅是因为它普遍适用于多种功能材料,还因为其通过保留或产生额外缺陷来创造非平衡块状材料方面拥有巨大潜力。”
目前该技术由HighT-Tech LLC进行商业化。“我们很高兴看到热解时间从数十小时减少到几秒钟,并在快速烧结后保留了精细的3D打印结构。”
这项新工艺对于3D打印陶瓷件的生产具有重要意义,可以大幅缩短3D打印陶瓷件的烧结时间,提高生产效率,将进一步推动陶瓷3D打印用于批量生产的进程。
更多详细的研究细节,请阅读论文原文https://science.sciencemag.org/content/368/6490/521 。
最受关注文章 TOP 5
3D打印在压电材料方面的应用
快速驱动连接器行业创新创造之高精密3D打印
高精密3D打印技术在医用内窥镜行业创新应用
科研级超高精度3D打印在仿生材料领域的应用
基于面投影微立体光刻技术(PμSL)的3D打印
全部评论(0条)
推荐阅读
-
- 《Science》重磅:3D打印陶瓷烧结只需10秒钟,速度提升1000倍
- 陶瓷3D打印越来越得到业界的重视。然而,无论是基于光固化、FDM,还是喷射等不同3D打印技术所制造的陶瓷零件,都需要后期烧结这个必不可少的工艺环节。
-
- 【Nature/Science期刊集锦】关于3D打印相关的研究报导
- 使用L-PBF打印了AICoCrFeNi2.1的双相纳米层状高熵合金(HEAs),其表现出约1.3GPa的高屈服强度和约14%的大均匀伸长率,远超其他先进的金属3D打印材料。
-
- 高精密3D打印亮相工业3D打印展
- 摩方在现场展示的microArchTM 系列3D打印系统为超精密增材制造量身定做,具有全 球领先的超高打印精度(2μm / 10μm/ 25μm),以及高精密的加工公差控制能力
-
- 超酷!UCLA郑小雨教授Science:3D打印机器人超材料,可以感知环境、自主导航!
- 目前大多数机器人,无论其大小,通常都是通过一系列复杂的制造步骤构建的,这些步骤集成了肢体、电子和有源组件。
-
- 3D打印的“小型化光声光谱探测技术”提升对大气NO2检测灵敏度
- 中科院合肥研究院研究团队利用3D打印技术,实现光声探测模块一体式高度集成。
-
- 清锋3D打印智能工厂,引领全球弹性体3D打印批量生产
- 让3D打印工厂从单机验证、原型制造迈进了真正面向产品开发、批量生产的商业化时代。
-
- 生物3D打印技术研讨会
- 在线研讨会 - 了解光活化水凝胶在3D生物打印中的应用
-
- 区别对比:3D打印与生物打印的差异
- 3D打印与生物打印的区别与应用当生物打印机在会议或贸易展览会上进行打印时,从远处看可能会被误认为是传统的3D
-
- 3D打印鞋类制造技术:3D打印智能工厂批量化生产的优势
- 结合高弹性且用途广泛的 3D打印柔性材料,3D打印智能工厂无需任何工具即可生产绝大多数鞋类零部件,同时能满足现代鞋类的机械性能需求。
-
- 只需一招,药物溶剂的干燥过程成功率大大提升
- 使用 Prima PRO 过程质谱仪监测药物溶剂的干燥过程
-
- 自研软件赋能弹性体3D打印!清锋让用户3D打印游刃有余
- 弹性体泛指在除去外力后能恢复原状的材料。目前弹性体已经应用在鞋部件、工业缓冲件、航空部件、传感器部件等各种领域。
-
- 激光3D打印技术及其优缺点
- 激光熔覆3D打印设备与传统打印机大的区别在于,它使用的“墨水”是真正的原材料,有各种形式的堆叠薄层。
-
- 【用户案例】3D打印储集岩复制品
- 该团队制备的3D打印储集岩复制品可以作为一种“岩石上的芯片”,用作分析各种流体如何流经孔隙,这样就可以更环保和更具成本效益的从油田中提取更多碳氢化合物。
-
- 时下流行的3D打印鞋中底制作技术与相关3D打印企业盘点
- 3D打印技术时不仅需要考虑到打印材料的性能,打印设备的精度和效率也是其考量的重点,今天就来给大家盘点一下目前流行的鞋中底3D打印技术。
-
- 时下流行的3D打印鞋中底制作技术与相关3D打印企业盘点
- 企业在选择合适的3D打印技术时不仅需要考虑到打印材料的性能,打印设备的精度和效率也是其考量的重点,今天就来给大家盘点一下目前流行的鞋中底3D打印技术。
①本文由仪器网入驻的作者或注册的会员撰写并发布,观点仅代表作者本人,不代表仪器网立场。若内容侵犯到您的合法权益,请及时告诉,我们立即通知作者,并马上删除。
②凡本网注明"来源:仪器网"的所有作品,版权均属于仪器网,转载时须经本网同意,并请注明仪器网(www.yiqi.com)。
③本网转载并注明来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
④若本站内容侵犯到您的合法权益,请及时告诉,我们马上修改或删除。邮箱:hezou_yiqi
参与评论
登录后参与评论