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關(guān)于DLP技術(shù)陶瓷素坯無缺陷脫脂的研究

供稿人:孟佳麗 連芩 供稿單位:機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室  發(fā)布日期:2020-04-09

關(guān)于陶瓷素坯脫脂過程產(chǎn)生的裂紋研究目前主要集中在加熱速率和保溫時間上。2019年南京航空航天大學(xué)WangKai等人通過對DLP技術(shù)成型的陶瓷素坯脫脂工藝研究,提出了一種脫脂模型來分析脫脂過程中缺陷產(chǎn)生的方法,為研究陶瓷脫脂路線提供了新的方法。

研究者使用氧化鋯陶瓷丙烯酸樹脂漿料為例,建立了如圖1所示的一種脫脂通道模型:在室溫-200℃,部分聚合物熱解;在低溫脫脂階段(200-300℃),部分丙烯酸樹脂氣化,氣體由素坯內(nèi)部擴(kuò)散出去,素坯形成相互連接的通道。在該溫度段如果升溫速率過快,會加速氣體的逸出,從而形成裂紋,因此在低溫溫度段應(yīng)使用較低的升溫速率,保證通道的形成;高溫脫脂階段(300-600℃),聚合物的熱解產(chǎn)物二氧化碳迅速增加,并從已形成的通道中溢出,完成脫脂的過程。在該溫度段內(nèi),如果產(chǎn)生的二氧化碳未被及時排除,也會造成裂紋的產(chǎn)生。

圖1 脫脂模型圖

研究者認(rèn)為,低溫脫脂時保溫溫度的確立為整個脫脂工藝中的最重要的一步,對高溫脫脂時二氧化碳能否快速排出有很大的影響。因此基于以上模型,研究者設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)來確定低溫保溫時間段,以確保低溫段脫脂通道的形成。設(shè)置200℃,237℃,250℃三個溫度段保溫3h,隨后冷卻至室溫觀察。樣品如圖2所示,可知200℃脫脂進(jìn)行緩慢,250℃樣品已有裂紋,237℃時樣品顏色加深,已有部分聚合物融化,樣品表面完整無裂紋產(chǎn)生,因此低溫溫度段的保溫時間段為237℃。高溫時段則根據(jù)TG/DSC曲線確認(rèn),選擇360℃,430℃,550℃三個保溫時間。最終文章選擇了四個保溫時間段,分別為237℃,360℃,430℃和550℃,圖3為該脫脂路線下的樣品CT掃描圖,由圖可知不同深度處樣品均無缺陷。

圖2 不同溫度脫脂樣品圖 (A)200℃ (B)237℃ (C)250℃ (C1-C4)250℃脫脂樣品的CT掃描圖
圖3 脫脂后樣品CT掃描圖

參考文獻(xiàn):

  1. Wang K, Qiu M, Jiao C, et al. Study on defect-free debinding green body of ceramic formed by DLP technology[J]. Ceramics International, 2020, 46(2): 2438-2446.
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