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HRL高温陶瓷3D打印技术公布于《科学》杂志

2016-01-06 09:35
小伊琳
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  高温陶瓷是熔融温度在氧化硅熔点(1728℃)以上的陶瓷材料的总称,其耐高温,高强度,高硬度,良好的电性能、热性能和化学稳定性使得高温陶瓷在宇航、原子能、电子技术、机械、化工、冶金等方面有着广泛的应用。

  由于高温陶瓷的熔点极高,这使得通过3D打印制造陶瓷产品挑战性更高。然而,又因为陶瓷不能通过铸造或容易被机加工,这使得3D打印在陶瓷的加工方面具有飞跃性的几何灵活性。获得3D打印陶瓷-尤其是高温陶瓷突破的应用意味着其伴随着的应用空间亦被打开。

  位于加利福尼亚州Malibu的HRL 实验室,是由波音公司和通用汽车公司所合作拥有的专业从事研究传感器和材料、 信息和系统科学、 应用电磁学和微电子的研究和发展实验室。在2016年的第一天,HRL公布其开发出一种新技术,使用这种技术3D打印的超强陶瓷材料能够承受超过1700摄氏度高温。该技术在《科学》杂志发布,意味着全球性的前沿技术地位。

  HRL发明了的这种可兼容与光固化/3D打印的树脂配方,这种树脂在3D打印后经过过火可以生成致密的陶瓷部件。这是一个惊人的突破,因为它使能够产生任意多边形陶瓷部件,强大且无温度弹性,陶瓷表面无任何加工,不需铸造或嵌塞。

  HRL 通过紫外线光固化快速成形陶瓷的preceramic monomers—”先驱体转化聚合物”,通过这些聚合物制造的陶瓷均匀收缩,几乎没有孔隙度。并且可以形成迷你网格和蜂窝状材料,不但形状复杂,并且还表现高的强度,这种密度泡沫陶瓷可以在推进零部件、 热防护系统、 多孔燃烧器、 微机电系统和电子设备获得应用。如使用在高超声速飞行器和喷气发动机中,这种陶瓷可以帮助设计者制造能抵御起飞过程中所排出的废气引起的加热和高温度的小零件。

  该技术的突破意义在于,之前3D 打印陶瓷的典型技术一方面不能产生特别复杂的零件,像版画一样往往易产生裂缝现象。,另一方面大多数陶瓷 3D 打印机也仅限于”氧化物陶瓷材料”低熔点陶瓷打印。HRL 使用的精密光固化快速成形过程,可以 3D 打印致密和耐用陶瓷部件。

  应用在10倍的音速飞驰的超音速飞行器上,由于空气的摩擦,任何交通工具表面都会变得非常炽热,如果想要制造高超声速飞行器就需要用高温陶瓷制造整个外壳。

  HRL 目前可 3D 打印两类陶瓷。一类是大、 非常轻量级的晶格结构,可以用于飞机和航天器的耐热板及其他外部部件。一类是小但复杂零件用于喷气发动机和火箭的机电系统或组件。

  HRL已经得到了美国国防部先进研究项目局(DARPA)的资助。一旦进一步的测试完成,那些正在寻找耐高温部件的火箭和卫星设计师可能会很快采用HRL的陶瓷3D打印技术

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