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　　中邦可谓是陶瓷的“梓里”，其汗青最早可追溯至商代（公元前16世纪）。到唐代时（公元960-1279年），林林总总的陶器瓷器件被输送至外洋，享誉寰宇。明朝的青花瓷更是将陶瓷技能和艺术水准推上了巅峰。到了摩登，陶瓷又爆发了什么样的翻天覆地的变动，它终究能给社会和人类带来什么呢？

　　比拟守旧陶瓷制备工艺，像热压成型、浇铸成型、凝胶注模成型等工艺，增材修设技能具有更为智能、稹密、归纳修设才具。它可能结束守旧工艺不或许结束的修设，比方庞大众孔的细胞体陶瓷，众角度弧面的块体陶瓷，孔隙率可调控的构造陶瓷，众质料、众构造的构造-性能陶瓷等。

　　增材修设技能，也便是群众耳熟能详的3D打印技能，可是陶瓷增材修设技能区别于通常的3D打印技能。它为什么能让全寰宇的科研任务家孜孜搜索呢？

　　原形上，它便是一种基于激光的数字光固化成型技能。紫光或是紫外激光映照到光敏陶瓷浆料（光敏树脂、陶瓷粉末和其他增添剂混杂而成），会正在其局限或是外面的名望形成固化响应，其特性尺寸可能到达纳米和微米级。陶瓷浆料之以是会固化，全都是依赖于光敏树脂的活性自正在基。正在激光的映照下，短分子链的光敏树脂会变成长分子链，缠绕陶瓷粉末变成网状物，将陶瓷粉末牢牢地包裹住。所以，陶瓷增材修设技能又称之为“分子可编辑技能”。咱们都懂得一粒一粒的沙子聚积，就能聚积出分别样子的沙堆。同样的道理，一层一层的光固化效应叠加就可能形成分别样子的物体，此时，咱们管这个物体叫做陶瓷生胚（Green Body）。

　　说到陶瓷生胚，不免不会思到守旧技巧人捏的陶瓷泥（黏土）。摩登陶瓷生胚的塑形技能不再是手工艺、铸塑、热压成型，而是用数字化和死板自愿化技能斥地出百般庞大、众性能的构造。目前，陶瓷增材修设技能重要是以立体光刻工艺（Stereo-lithography SLA）、数字光打点技能（Digital Light Processing DLP）和挑选性激光烧结（Selective Laser Sintering SLS）为主流，以双光子会集技能（TPP），直写成型技能（DIW）和其他增材修设技能为辅流。局部道理简化图如下：

　　立体光刻工艺（SLA），其技能道理是采用特定的波长光束，对陶瓷浆料外面实行点-线-面的光固化扫描，变成零件横截面图案；固化结束后，正在其原有的固化层上铺一层新的浆料，再次固化；往还轮回，直至打印出完好的零件。此工艺具有很高的成型精度。数字光打点技能（DLP），其道理与SLA相通，但它是面-面曝光的固化形式，具有很高的打印服从。挑选性激光烧结技能（SLS）则是用陶瓷粉末/混杂粉末代庖了陶瓷浆料，其工艺道理重要是应用激光能量对单层的陶瓷粉末/混杂粉末实行熔覆/粘接成型，层层叠加，直至零件成型。比拟前面两者工艺，SLS常常具有较差的外面质料。如下图所示，是为四种工艺制备的SiC陶瓷。

　　图4SLS/DIW/SLA/DLP工艺制备的庞大构造陶瓷（图片来自参考文献1）

　　咱们熟知的黏土重要是由众种水合硅酸盐和肯定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物构成，并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。上述所提到的石英、长石、云母以及莫来石，伊利石等都属于陶瓷质料的领域。除此以外，陶瓷的品种大致可能分为以下四个品种：氧化物陶瓷系列，像Al？O？、ZrO2、SiO？、TiO？、BeO等；碳化物陶瓷系列，像SiC、B4C等；氮化物系列，像Si？N？、BN、AlN等；和其他混杂陶瓷系列，像ATZ、ZTA、SiCN、SiOC、Cf/SiC、 ZrOC等。现正在的讨论重要会合正在Al？O？、ZrO2、SiO？、TiO？、SiC、Si？N？等陶瓷质料。氧化物陶瓷常常透露白色，而碳化物陶瓷透露玄色，如下图所示。

　　陶瓷增材修设工艺与守旧手工艺的区别重要是正在其成型式样，但都要体验生胚烧结成瓷，温度大约正在1000-1650℃。陶瓷增材修设技能重要可能分为三大步，制备光敏性陶瓷浆料，数字光固化成型和热解后打点。每一大步内部都包括若干个小步和科研重点。它比守旧的陶瓷制备工艺修正经、更邃密。

　　制备光敏性陶瓷浆料，重要包含筛选陶瓷粉末，挑选相宜的光敏树脂体系（光敏树脂、分离剂、光激励剂、塑化剂等）平静均混杂陶瓷粉末与光敏树脂体系等实质。对付相对低折射率的陶瓷粉末，像Al？O？、ZrO2、SiO？等，现正在的技能可能制备出很好的光固化陶瓷浆料，其单层固化深度能到达50～200微米。对付相对高折射率和吸取率的陶瓷粉末，像SiC、Si？N？等，目前的技能还只是停滞正在50微米以下的单层固化深度，不成能用于制备高质料的陶瓷。

　　这也惹起了诸众讨论者的有趣，由于它们相对付氧化物陶瓷具备更好的抗氧化本能。高温下，碳化物陶瓷外面会变成一薄层SiO？，这就包管了内部不再被热烈氧化，具有更好的抗弯曲力学本能等。比方：采用有机/无机包覆法调度陶瓷外面的本能，应用有机先驱体树脂（聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷等）转化成陶瓷和其他技巧。

　　数字光固化成型，重要包含三维模子设备-优化打点-切片打点，浆料固化本能测试，挑选相宜的成型工艺和打印参数和洗涤光固化生胚等实质。通过三维软件，像SOLIDWORKS、3DMax、UG、MATLAB、CAD等，可能修制平面和曲面的三维物体。只消你可能遐思到的物体，都可能通过数学模子软件设备相应的三维模子。它们通过少少切片软件打点，像Perform、Materialise Magics软件等，就可能将三维模子的切片音信传输给3D打印软件，进而杀青死板自愿化节制。激光体系、死板体系、节制体系协同影响，将一层一层的模子切片杀青光固化。Materialise Magics软件切片和DLP工艺制备TiO2陶瓷呈现如下：

　　热解后打点，重要包含生胚室温静置-干燥打点，脱脂-脱气打点，烧结热打点等实质。脱脂-脱气打点和烧结热打点常常是正在真空电炉和高温电炉中实行。光固化陶瓷生胚正在修设进程中会形成由浆料固化中断响应形成的内应力，这种内应力是不成避免，所以，通过静置-干燥打点会让生胚内部应力迟缓地开释一局部，同时让少少水分自然流失。脱脂-脱气打点，重要是由于生胚中的有机物正在燃烧的进程中会产气体溢出，从而消重烧结时浮现裂纹的概率。烧结热打点，是为了让陶瓷具备更好的力学本能。高温下烧结会使陶瓷晶粒彼此粘结正在一齐，增进陶瓷晶界的毗邻强度，促使晶粒成长。

　　陶瓷质料的化学键多半为离子和共价键，键合坚固并具有显著的倾向性，与金属比拟，具有更高的硬度、弹性模量、耐高温性、耐侵蚀性和耐磨性，可是其塑性和韧性不如金属。由于有云云好的本能，它平常地被运用于航天航空、军事、电子科技、生物医疗、化学器皿、能源等诸众工程规模。此中，生物陶瓷被平常的运用于骨构制和牙冠的修复。磷灰石陶瓷行动与人体骨头因素极为邻近的物质，具有出格好的生物兼容性，除此以外，氧化铝和氧化锆渐渐被斥地成陶瓷牙冠，由于它们有足够的强度和生物兼容性。

　　正在航空航天方面，航空带动机的陶瓷型芯（SiO？、Al？O？AG九游会、ZrSiO？）已然崛起，用于制备带动机叶片。正在电子科技方面，陶瓷具有很好的微波吸取本能和介电本能，能用来做绝缘和吸波质料；出格是运用正在能源规模的核电站，由于其具有很好的抗辐射本能。

　　正在化学器皿方面，陶瓷具有出格安祥的化学本能，同时又具备高的耐高温性和耐侵蚀性，所以平常的被运用正在催化剂载体、高温杂质过滤等园地。局部运用陶瓷图片如下图所示。

　　面临诸众的运用园地，百般庞大样子的构造陶瓷、性能陶瓷和构造-性能陶瓷的需求越来越大，出格是百般镂空陶瓷、孔隙调控陶瓷、可控可定制的庞大构造陶瓷，守旧的陶瓷制备技能仍然远不行知足需求。陶瓷增材修设创建了一个修设业的奇妙。它可能自决计划百般庞大构造零件，可能打印出高质料和高精度的生胚，知足各规模的需求。陶瓷缺乏韧性和塑性形变。这也导致陶瓷正在少少规模运用艰难。只管云云，陶瓷的科学价钱照旧存正在，增材修设技能更是有壮阔的前景，可谓是科研事理伟大。

　　中邦科学院沈阳自愿化讨论所初度正在陶瓷增材修设技能新规模赢得紧张讨论劳绩，提出了一种光固化数学模子，用于剖判讨论立体光刻（SLA）零件的成型质料；创造先驱体陶瓷浆料正在增材修设进程中存正在固化缺陷，并提出了改观技巧。目前，讨论所具有了邦内先辈的先驱体陶瓷和浆料陶瓷增材修设才具，具备高精度成型的立体光刻工艺（Stereo-lithography）、质料热重剖判仪器、温控精准的1700度高温电炉和真空脱脂炉等兴办，可能变成一条基于数字光固化成型的陶瓷产物制备的工艺链，可能自决研发和计划分别庞大样子的陶瓷零件，统统解脱了守旧陶瓷制备的约束，引颈了陶瓷增材修设技能的开展与前进。