熔融沉积法3D打印制备氧化锆陶瓷及其力学性能研究

张力¹，杨现锋¹，徐协文¹，郭金玉¹，周哲¹，刘鹏¹，谢志鹏²

1. 长沙理工大学材料科学与工程学院2. 清华大学材料学院精细陶瓷与先进工艺国家重点实验室

摘 要：在传统熔融沉积方法的基础上,采用颗粒混合料和螺杆挤出机构3D打印制备了致密和多孔氧化锆陶瓷,系统研究了颗粒原料的打印性能、坯体显微结构特征和陶瓷材料的力学性能。研究结果表明,该方法可以实现倾角达165°和跨度为5.5mm的无支撑结构的打印成型。研究了两种打印路径对致密氧化锆陶瓷抗弯强度及抗弯强度Weibull模数的影响,结果表明与传统单线填充模式相比,"单线+矩形"复合填充模式可以得到更高致密度和更优力学性能的陶瓷（抗弯强度达到637.8 MPa, Weibull模数达到9.10）。研究了不同气孔率多孔氧化锆陶瓷的压缩力学行为,结果表明陶瓷的抗压强度和气孔率之间存在复合指数规律,低气孔率时异面压缩的应力–应变曲线只呈现弹性阶段,高气孔率时出现弹性阶段和坍塌阶段,均未出现密实阶段。

关键词：熔融沉积;3D打印;氧化锆陶瓷;多孔陶瓷;