陶瓷器件激光固化的自由成形工艺

2025-09-29 历史故事版权反馈

【摘要】：用激光固化法成形陶瓷器件时，原材料还可以不是光固化陶瓷悬浮液，而是光固化陶瓷浆料，它由陶瓷粉、丙烯酸酯单体、光引发剂、分散剂和增稠剂组成。通常，激光固化法难以成形小于600μm的陶瓷特征结构。图2-6～图2-8是用激光固化自由成形机直接成形的一些陶瓷件。

用激光固化（SLA）自由成形机直接成形陶瓷器件时，置于液槽中的不是液态光敏树脂，而是光固化陶瓷悬浮液（photocurable ceramic suspension），其中含有容积占50％～65％的固态陶瓷（如氮化硅、氧化铝）粉，它悬浮在低粘度丙烯酸酯单体中（内有适当的光引发剂）。经过激光束扫描之后，引发丙烯酸酯单体进行聚合固化反应，成为粘接陶瓷粉的粘结剂，因此逐步形成陶瓷生坯件（green body），然后在250～500℃下缓慢加热生坯件，烧除其中的丙烯酸酯粘结剂，再在高温（如1650℃）下将其烧结成最终的陶瓷件，其抗弯强度可近似于传统方法成形的陶瓷件。

为提高陶瓷器件的成形分辨率，可以在树脂中加入紫外吸收剂（absorber），以便降低陶瓷颗粒的散射效应（scattering effect）。例如，加入0.3％的吸收剂时，分辨率可达2.6μm。

用激光固化法成形陶瓷器件时，原材料还可以不是光固化陶瓷悬浮液，而是光固化陶瓷浆料，它由陶瓷粉、丙烯酸酯单体、光引发剂、分散剂（dispersant）和增稠剂（thickening agent）组成。

用激光固化法直接成形陶瓷器件有两个局限性：

（1）难以成形高折射率的陶瓷器件

这与浓悬浮液的光学特性有关。例如，用23mW的He-Cd激光器扫描低折射率的陶瓷材料（如二氧化硅、氧化铝和羟基磷灰石）时，可以容易地达到所需的固化深度（100～300μm）；但是，对于折射率太高的陶瓷材料（如锆钛酸铅陶瓷，PZT），则不能用上述激光器使其直接成形。

（2）难以成形小特征结构

成形特征的最小值取决于Z向的层高和X-Y向的固化线宽度，后者又取决于聚焦激光束的光斑尺寸，以及由陶瓷颗粒引起的侧向角散射（side scatter）导致的紫外辐射扩展。通常，激光固化法难以成形小于600μm的陶瓷特征结构。(https://www.chuimin.cn)

图2-6～图2-8是用激光固化自由成形机直接成形的一些陶瓷件。

图2-6 用激光固化自由成形机直接成形的陶瓷雕塑件

图2-7 用激光固化自由成形机直接成形的熔模铸造陶瓷型芯

图2-8 用激光固化自由成形机直接成形的陶瓷件

陶瓷器件激光固化的自由成形工艺

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