研究背景
氧化鋯陶瓷(8mol% Y?O?-ZrO?)因其優(yōu)異的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電性，在燃料電池、氧傳感器和結(jié)構(gòu)部件等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)制造技術(shù)面臨重大挑戰(zhàn)：
-
制造過(guò)程耗時(shí)且成本高昂，特別是對(duì)于復(fù)雜幾何形狀
-
難以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)自由
-
燒結(jié)后材料硬度極高，后續(xù)加工極其困難
氧化鋯陶瓷關(guān)鍵特性
研究方法
DIW墨水直寫(xiě)3D打印技術(shù)
采用DIW墨水直寫(xiě)3D打印技術(shù)進(jìn)行氧化鋯3D打印陶瓷結(jié)構(gòu)，通過(guò)精確控制打印參數(shù)和漿料配方，實(shí)現(xiàn)高精度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造。
性能表征方法
采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)技術(shù)，全面評(píng)估打印樣品的力學(xué)性能和變形行為。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
微觀結(jié)構(gòu)分析
研究發(fā)現(xiàn)打印方向和細(xì)絲排列方式顯著影響材料的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。水平打印樣品顯示出更高的孔隙率，而垂直打印樣品則表現(xiàn)出更好的層間結(jié)合。
力學(xué)性能對(duì)比
最優(yōu)打印參數(shù)組合(垂直打印，±45°細(xì)絲方向)實(shí)現(xiàn)了50MPa的抗彎強(qiáng)度，驗(yàn)證了3D打印氧化鋯陶瓷在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的潛力。
主要結(jié)論
打印方向與細(xì)絲排列對(duì)強(qiáng)度的影響
打印方向(水平/垂直)和細(xì)絲方向(0/90° vs ±45°)顯著影響材料強(qiáng)度。最優(yōu)組合(垂直打印，±45°細(xì)絲方向)達(dá)到50MPa抗彎強(qiáng)度，為傳統(tǒng)制造方法的80%。
失效機(jī)制分析
層間結(jié)合缺陷是主要失效原因，水平打印樣品孔隙率更高(約15%)，而垂直打印樣品孔隙率約為8%。DIC分析顯示應(yīng)力集中主要發(fā)生在層間區(qū)域。
集成傳感器性能
成功開(kāi)發(fā)集成銀傳感器的氧化鋯陶瓷結(jié)構(gòu)，電阻變化與機(jī)械載荷呈線性關(guān)系(R2=0.98)，驗(yàn)證了陶瓷3D打印在多功能傳感器應(yīng)用中的潛力。
