關于DLP技術陶瓷素坯無缺陷脫脂的研究

供稿人:孟佳麗 連芩
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　

關于陶瓷素坯脫脂過程產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WangKai等人通過對DLP技術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,，氣體由素坯內部擴散出去,，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，如果產生的二氧化碳未被及時排除,，也會造成裂紋的產生,。

圖1 脫脂模型圖

研究者認為，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，研究者設計了實驗來確定低溫保溫時間段,，以確保低溫段脫脂通道的形成,。設置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,，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：
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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