陶瓷熔融沉積成型介紹

        采用熔融沉積成型(fused deposition modeling．FDM)工藝制備陶瓷件稱為FDC (fused deposition of ceramics)工藝。FDM工藝是由Stratasys公司開發(fā)成功并實現(xiàn)商業(yè)化的。

        在FDM中，通過計算機控制將由高分子或石蠟制成的細絲送人熔化器，在稍高于其熔點的溫度下熔化，再從噴嘴擠至成型平面上。通過控制噴嘴在x-y方向和工作平臺z方向的移動可以實現(xiàn)三維部件的成型。FDM使用的原材料有聚丙烯、ABS、鑄造石蠟等。將FDM技術應用于制備陶瓷件部件，稱為FDC工藝。這種工藝是將陶瓷粉和有機黏結劑相混合，用擠出機或毛細管流變儀做成絲后用FDM設備做出陶瓷件生坯，通過黏結劑的去除和陶瓷生坯的燒結，得到較高致密度的陶瓷件。適用于FDC工藝的絲狀材料必須具備一定的熱性能和力學性能，黏度、黏結性能、彈性模量、強度是衡量絲狀材料的四個要素。基于這樣的限制條件，美國Rutgers大學的陶瓷研究中心開發(fā)出稱為RL-系列的有機黏結劑。這種黏結劑由四種組分組成：高分子、調節(jié)劑、彈性體、蠟。它們的作用和成分配。

        Agarwala等用FDC制備了Si3N4陶瓷件，所用的陶瓷粉為GS-44氮化硅（由a-Si3 N4和體積分數(shù)不到10%的少量酸性氧化物組成），體積分數(shù)為55%。由于RU黏結劑是由四種具有不同熱解溫度的組分組成，生坯中黏結劑的去除分兩步進行。第一步從室溫加熱到450℃，在此階段大部分黏結劑被去除掉。第二步是將生坯放入氧化鋁坩堝加熱至500。C，黏結劑中剩余的碳被去除掉。不同階段的加熱速度和保溫時間根據(jù)零件的尺寸和形狀來確定。經(jīng)過這兩步處理后，陶瓷生坯變成多孔狀，對生坯進行氣壓燒結處理，生坯中所含的氧化物熔化并為多孔生坯的致密化提供液相；致密化過程中，a-Si3 N4轉變成p-Si3 N4。制備的Si3 N4陶瓷件的性能及其與等靜壓工藝、擠出工藝的比較!