供稿人:夏園林 魯中良 發(fā)布日期：2017-12-16
這里介紹一種適用于直寫成型技術(shù)（DIW）的復(fù)雜形狀短纖維陶瓷基復(fù)合材料。通過使用陶瓷先驅(qū)體作為粘合劑和陶瓷原料。配制出適于擠出細絲（直徑<1mm）并含有相對高纖維含量（> 30vol％）的漿料。并成功打印出具有約75％孔隙率和4MPa壓縮強度的陶瓷基復(fù)合材料。打印過程以及打印樣品如圖1所示。
圖1 （A）打印過程；（B）經(jīng)過1000℃裂解后的打印樣品
當漿料中沒有添加SiC時，熱裂解后會產(chǎn)生很多垂直于打印方向的裂紋，如圖2所示。 而且值得注意的是，樣品干燥后是沒有裂紋的，裂紋只有在熱裂解之后才會出現(xiàn)。漿料中加入SiC后，裂紋消失，原因可能是碳纖維的存在阻礙了收縮。不能吸收應(yīng)力的先驅(qū)體材料通過基體和纖維之間應(yīng)力最大的界面層釋放應(yīng)力從而形成裂紋。
圖2 （A）先驅(qū)體裂解產(chǎn)生裂紋 (漿料中沒有添加SiC)；（B）加入SiC后試樣表面
由于在打印過程中噴嘴處產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，該方法具有在擠出方向上定向纖維的效果，并首次用于制備陶瓷基復(fù)合材料，如圖3所示。通過直寫成形技術(shù)打印出高縱橫比的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了逐層設(shè)計的路徑，以此優(yōu)化打印零件的機械和微結(jié)構(gòu)性能，并且可以擴展到其他類型的材料中。
圖3 （A）裂解先驅(qū)體細絲部分的SEM頂視圖，顯示纖維拉出；（B）SEM截面的側(cè)視圖，顯示長絲的部分變形，但依然具有沿著打印方向的纖維取向；（C）斷裂面的放大圖