關(guān)于DLP技術(shù)陶瓷素坯無(wú)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　

關(guān)于陶瓷素坯脫脂過(guò)程產(chǎn)生的裂紋研究目前主要集中在加熱速率和保溫時(shí)間上。2019年南京航空航天大學(xué)WangKai等人通過(guò)對(duì)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(lái)分析脫脂過(guò)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(shù)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(shù)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(guò)快，會(huì)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(guò)程。在該溫度段內(nèi)，如果產(chǎn)生的二氧化碳未被及時(shí)排除，也會(huì)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(shí)保溫溫度的確立為整個(gè)脫脂工藝中的最重要的一步，對(duì)高溫脫脂時(shí)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(lái)確定低溫保溫時(shí)間段，以確保低溫段脫脂通道的形成。設(shè)置200℃，237℃，250℃三個(gè)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(shí)樣品顏色加深，已有部分聚合物融化，樣品表面完整無(wú)裂紋產(chǎn)生，因此低溫溫度段的保溫時(shí)間段為237℃。高溫時(shí)段則根據(jù)TG/DSC曲線確認(rèn)，選擇360℃，430℃，550℃三個(gè)保溫時(shí)間。最終文章選擇了四個(gè)保溫時(shí)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(wú)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)：
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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