行业新知
目前，3D打印方法制备的SiC陶瓷主要面向缺陷容忍度较高的反应烧结碳化硅陶瓷，但反应烧结碳化硅陶瓷中存在大量残余游离硅（通常>30vol%），硅熔点低于1410℃，导致其高温性能严重受限，大大限制了3D打印SiC陶瓷极端服役环境下的应用场景。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所黄政仁研究员团队陈健研究员带领团队《Additive Manufacturing》发表了题为《Low-dimensional shrinkage and high-performance SiC ceramics fabricated by MEX printing combined with PIP and pressureless solid-state sintering》的研究，创新性地提出材料挤出（MEX）打印结合前驱体渗透裂解（PIP）与常压固相烧结的复合工艺路线。
如无法打开，请拷贝网址到浏览器查阅。
研究内容
常压固相烧结路线很好的避免硅相含量过多的问题，可以提高材料在极端环境下使用温度，但3D打印常压烧结SiC陶瓷中有机粘结剂含量高达40-50vol%，烧结形成的孔隙会导致材料收缩率超过20%，尺寸精度严重失控，甚至导致材料开裂。为此，团队提出在3D打印多孔坯体中进行聚碳硅烷（PCS）前驱体的真空浸渍裂解，使其在1300℃下转化为原位纳米SiC颗粒填充孔隙，构建内部微观支撑骨架。此外，为解决坯体强度低的问题，进一步引入预烧结处理工艺（1750-2050℃），在增强坯体强度的同时保持适量开孔结构，实现PCS高效渗透与缺陷控制。
以下是文章的研究方法及数据：
△图1，采用MEX-3D 打印结合 PIP 和无压固相烧结制备 SiC 陶瓷的流程图
△图4，( ah) 复杂样品结构：(a,d,g) 生坯；(b,e,h) PIP 处理后烧结的样品；(c,f) 直接烧结的样品；(i) 不同加工条件下 SiC 生坯的弯曲强度和弹性模量的比较。
△图 5. SiC陶瓷预制体经不同加工处理后的横截面形貌，预烧结后：（a）1750 ℃，（d）1850 ℃，（g）1950 ℃，（j）2050 ℃；经 8 次 PIP 循环后：（b）1750 ℃，（e）1850 ℃，（h）1950 ℃，（k）2050 ℃；再烧结后：（c）1750 ℃，（f）1850 ℃，（i）1950 ℃，（l）2050 ℃；2150 ℃ 直接烧结后的微观结构：（m）表面，（n）横截面；（pr）直接烧结样品横截面的 EDS 分析。
△图 6.采用MEX打印结合不同后处理技术制备的SiC陶瓷的性能雷达图。(ae)表示直接PIP或预烧结后PIP的性能：(a)生坯，(b)1750℃，(c)1850℃，(d)1950℃，(e)2050℃；(fj)表示PIP结合二次烧结后的性能：(f)生坯，(g)1750℃，(h)1850℃，(i)1950℃，(j)2050℃。
结论
本研究提出了一种结合 MEX 打印、PIP 处理与无压固相烧结 的 SiC 陶瓷制备策略，有效解决了传统 3D 打印 + 无压烧结中 高收缩与力学性能不足 的核心瓶颈。主要结论如下：
PIP 处理 可在生坯内部原位生成 SiC，显著填补脱脂孔隙，使线性收缩率由 21.71% 降至 6.38%，大幅提升尺寸稳定性。
预烧结（1750–2050 °C）+ PIP 的组合可提升生坯强度、减少热应力缺陷：
低温预烧结有利于 PIP 渗透与充分填充；
高温预烧结增强力学性能，但降低 PIP 有效性。
所得 SiC 陶瓷呈现优异性能：
导热率：165.76 W·m⁻¹·K⁻¹
1500 ℃ 弯曲强度：357 MPa
且避免了反应烧结合成中因游离硅导致的高温失效问题。工艺对比表明：可根据目标部件需求（强调尺寸精度或强调力学性能）灵活选择 直接 PIP 或 预烧结 + PIP 路线。
综上，本研究构建了一条低收缩、高性能、适用于极端服役环境的 SiC 陶瓷增材制造工艺路线，为高可靠性结构件提供了可行方案。
该文章发布的目的在于传递更多信息，如涉及作品内容、版权或其它问题，请于我司联系，我们将在第一时间删除内容！
点击“阅读原文”进入官网