3D打印材料-陶瓷

陶瓷材料在工业生产、航空航天和生物制药、医疗器械等领域都有大规模的应用。陶瓷材料具有较为特别的物理化学性质，以及力学性质，这些特性使得其易于应用在3D打印领域。近几年，陶瓷材料在商业上的应用越来越多。具体地，陶瓷材料具有机械强度高，抗压耐磨、硬度大、抗高温耐熔，导电性差、导热性差，是很好的3D打印材料。但是陶瓷材料成本高，加工过程长，制备成本高，这在一定程度上阻碍了陶瓷材料在商业领域的应用。因此3D打印技术的出现，可以节约陶瓷材料的生产周期，进而降低生产成本，有利于陶瓷材料在产业上的大规模发展。但是相比于聚合物材料，陶瓷3D打印材料的研究和应用仍处于弱势地位。

1氧化铝陶瓷

氧化铝是市面上最常见的陶瓷原料。氧化铝易于取得，其在自然界中的含量仅次于二氧化硅，位居第2，来源广、成本低，产量大、用途广。氧化铝陶瓷具备很多优点，如机械强度好、抗弯折、硬度高、耐磨损等。现今，氧化铝陶瓷3D打印材料的制备方法主要有如下几种:首先是通过在陶瓷粉中添加粘结剂，通过具体方法制备得到氧化铝陶瓷;二是取陶瓷粉末，再将粘结剂涂覆在陶瓷粉末的表面，进而得到覆膜陶瓷;三是将陶瓷粉末进行表面改性，然后再添加粘结剂进行混合。在制备过程中，需要维持陶瓷材料胚体的优良机械和力学性能，这就需要添加有机物、合金粉末等进行改性处理，再通过具体的烧结等方式的处理合成氧化铝陶瓷材料。在陶瓷3D打印材料的技术中，采用改性得到的陶瓷粉末材料进行3D打印，生产时间短、成本低、加工方便、可操作性强，因此氧化铝陶瓷3D打印材料广泛地应用在建筑、航空航天和电子产品等领域。

2磷酸三钙陶瓷

磷酸三钙陶瓷材料近年来越来越广泛地应用于医疗领域。磷酸三钙陶瓷材料是通过合成方式得到的加工材料，由于磷酸三钙陶瓷材料化学组分与人体的骨骼十分相似，且通过该材料得到的人体骨骼具有良好的生物相容性，没有变异性，并且能够顺利实现人体的新陈代谢，具有较好的骨传导性，是现今大热的生物医疗材料，可以用作骨修复用的三维支架。为了更好地实现磷酸三钙陶瓷材料的功能性，国外已经有研究成果显示，通过3D打印技术可以实现磷酸三钙陶瓷材料的制备，方法简便，制备过程耗时短，降低了材料的制作经济成本和时间成本;此外，利用喷墨沉积3D打印技术可以实现磷酸三钙陶瓷支架的打印，并得以应用。

3陶瓷先驱体

聚合物材料家族中还有一类适用于3D打印的材料——陶瓷先驱体。该材料用化学方法合成，可利用有机聚合物陶瓷先驱体，通过高温裂解处理，即可得到无机陶瓷。在惰性气体的保护下，通过热处理对陶瓷先驱体进行加热，可将该材料热解成SiC、Si3N4等陶瓷基复合材料，热解的同时产生挥发性气体。通过气体的产生，导致材料本体的体积改变，进而使得制备得到的陶瓷具有裂纹和孔隙结构,降低陶瓷材料的致密度。为了避免陶瓷材料致密度的改变，可以在合成陶瓷先驱体的过程中加入惰性填料或活性填料，进而提升陶瓷的产率。对比传统的陶瓷颗粒制备方法，通过制备得到陶瓷先驱体，再将其进行化学方法转化，从而制备的陶瓷的过程，省略了高温烧结的步骤，降低了制备工艺要求，简化了制备方法。在制备的过程中，不必在加压的环境下进行，也不必再添加烧结添加剂，并且能够提升陶瓷材料的机械强度。在惰性气氛的保护下，通过加热聚硅氧烷陶瓷先驱体，可以热解得到氮化硅陶瓷及氧化硅陶瓷。并且制备原料聚硅氧烷成本低廉，通过该方法热解得到的陶瓷先驱体性能好、成本低，是理想的制备陶瓷先驱体的聚合物先驱体材料。同时，聚硅氧烷化学物理性质优良，既能够光致发光，又具有较高的硬度，还具有半导电性等电学特性，可以用这种材料来合成特殊陶瓷薄膜或光电器件。

来源：嘉峪检测网