作者：张勤1,2赵朗朗1,2刘征3杨廷贵1

作者单位：1. 中核四0四有限公司科学技术研究院2. 中核四0四成都核技术工程设计研究院有限公司 3. 南昌航空大学航空制造工程学院

刊名：精密成形工程

ISSN：1674-6457

出版年：2023-04-10

卷：15

期：4

起页：217-227

止页：

分类号：TG241;TQ174.1

语种：中文

关键词：ZrO2陶瓷;光固化3D打印;压缩强度;弯曲强度;抗热震性能;

内容简介

目的 为提高精密铸造效率，缩短制模周期，利用光固化增材制造技术制备适合活泼金属铸造用的ZrO2陶瓷模具。方法 将光敏树脂与纳米级ZrO2陶瓷粉体混合得到具有光固化性能的陶瓷浆料，采用数字光投影增材制造设备对陶瓷浆料进行逐层曝光，揭示不同固含量对陶瓷浆料固化性能的影响规律；利用光固化3D打印制备ZrO2陶瓷生坯，经过干燥、脱脂和烧结处理，获得所需陶瓷样件，并对成型后的ZrO2陶瓷进行微观组织表征、力学性能(压缩和弯曲)和抗热震性能测试。结果 在相同固化强度的基础上，随着ZrO2陶瓷浆料固含量的增加，固化深度逐渐减小，固化宽度无明显变化。光强度越高，固化深度和宽度均越大。选用固含量(体积分数)为50%的陶瓷浆料，在紫外光波长405 nm、光强度25 mW/cm2、曝光时间2 000 ms、层厚30μm的工艺条件下制备ZrO2陶瓷生坯，经过最高温度450℃脱脂和最高温度1 525℃烧结处理，获得了无变形和开裂的ZrO2陶瓷样件。陶瓷的压缩和弯曲强度分别达到2 943、833 MPa，与等静压工艺制备的陶瓷强度相当，优于其他3D打印工艺制备的陶瓷产品。光固化3D打印ZrO2陶瓷在800℃下热震10次和1 400℃下热震5次后才开始出现局部细小裂纹，满足核冶金铸造使用要求。结论 利用光固化3D打印技术可制备致密度大、强度高、抗热震性能良好的陶瓷模具，是一种工艺简单、效率高的新型陶瓷加工工艺，在核工业领域具有重要的应用前景。