机械工程学报

作者：吴亚茹, 张振雨, 张扬泽, 吴甲民, 田冲, 黄海露, 林鑫, 史玉升

单位：1. 华中科技大学材料科学与工程学院 武汉 430074;2. 华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室 武汉 430074;3. 增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心 武汉 430074;4. 西北工业大学凝固技术国家重点实验室 西安 710072;5. 西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室 西安 710072

关键词：多孔Si3N4陶瓷,数字光处理技术,造孔剂,孔隙率,抗弯强度；

基金：国家自然科学基金(51975230)、湖北省自然科学基金杰出青年(2022CFA086)、“慧眼行动”创新成果转化应用(62402010209)和凝固技术国家重点实验室开放课题(SKLSP202202)资助项目。

多孔Si3N4陶瓷由于其优秀的性能而被应用于航空航天等领域，添加造孔剂法是一种有效制备多孔Si3N4陶瓷的方法。采用数字光处理(Digital light processing, DLP)技术结合添加造孔剂法制备多孔Si3N4陶瓷，系统地研究了淀粉、稻壳粉、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)四种造孔剂对多孔Si3N4陶瓷性能的影响规律。研究表明，造孔剂粉体颗粒比表面积的不同对浆料黏度有所影响，其中，稻壳粉比表面积最大，其浆料黏度最小。同时，陶瓷浆料中固相含量的升高会导致固化深度降低；而固体颗粒的平均粒径增大会降低对紫外光的散射，使固化深度升高。此外，造孔剂的物理性质与形态差异会对素坯与烧结样品的微观形貌产生影响，但不影响多孔Si3N4陶瓷的相转变过程与断裂方式。多孔Si3N4陶瓷的抗弯强度随着孔隙率的增加而减小，而孔隙率则与造孔剂自身的物理性质和所形成孔隙的特点密切相关。综合考虑不同造孔剂对陶瓷浆料黏度和固化深度以及DLP打印素坯的质量与烧结样品性能的影响，选用PMMA造孔剂比较合适。添加10% PMMA作为造孔剂时，多孔Si3N4陶瓷的综合性能较好，体积密度为2.66 g/cm3，孔隙率为20.10%，抗弯强度为463.43 MPa。

来源：2024年第11期

《机械工程学报》期刊编辑部

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