陶瓷增材制造(3D打印)技术研究进展

高性能陶瓷是现代技术发展和应用不可或缺的关键材料。常规的陶瓷制造技术难以满足对个性化、精细化、轻量化和复杂化的高端产品快速制造的需求。新兴的增材制造技术(3D打印)在高性能陶瓷的成型制造领域具有巨大的发展潜力,有望突破传统陶瓷加工和生产的技术瓶颈,为陶瓷关键零部件的应用开辟新的途径。本文针对陶瓷材料及其快速成型和后处理工艺,重点阐述了三维打印技术、光固化成型技术、选择性激光烧结技术等主流陶瓷增材制造技术的研究现状,并指出了目前存在的问题及发展趋势。     

选择性激光烧结用聚合物基材料制备研究进展

选择性激光烧结（selective laser sintering, SLS）是一种重要的3D打印加工技术,可制备传统加工无法制备的任意复杂形状的制件,广泛应用于航空航天、国防装备、医疗器械以及汽车等高新技术领域。本文介绍了SLS技术的加工原理和优势,综述了SLS技术加工成形用材料种类及聚合物基粉体材料的制备方法,主要包括相分离法、机械粉碎法、溶液法和喷雾干燥法。重点对SLS技术制备聚合物基压电复合材料及制品的国内外研究现状进行总结。虽然SLS打印制造技术面临聚合物原料种类少、功能缺乏、粉体生产成本高以及难以批量制备等瓶颈问题,但经过不断地创新与发展,SLS打印技术将成为高性能多功能高分子复合材料及其大型复杂制件的极佳制造方法。     

SLS工艺制造的高分子原型材料选择

面向快速铸造工艺的激光选择性烧结（SLS）工艺制造可以制造可烧蚀的高分子快速原型，结合熔模铸造工艺能够实现金属零件的无模快速铸造。选择既适合激光烧结工艺又满足铸造要求的高分子材料是快速铸造工艺的前提。在系统地比较和分析了常用高分子材料的特性．并进行了粉末激光烧结实验后，选择了聚苯乙烯（PS）材料作为快速铸造用SLS原型的粉末原材料。     

选区激光烧结聚丙烯试件翘曲变形研究

选区激光烧结(SLS)是快速成形技术的重要分支,其原料选取范围广.结晶性聚合物在SLS成形过程中存在较大的收缩变形,工艺较难控制,但此类材料韧性和强度很好,因此其SLS制造有巨大的发展潜力.利用HRPS-ⅢA快速成形系统,进行选区激光烧结聚丙烯粉末材料的实验探索,研究了主要工艺参数对样件翘曲变形的影响.结果显示,样件的翘曲变形随激光功率加大而增大;铺粉厚度从0.15mm逐渐增大时,样件翘曲变形随之增大;随扫描速度的变化,样件翘曲量存在极小值.选取激光功率为12.5W,扫描速度为1800mm/s,铺粉厚度为0.15mm的工艺参数组合,成形聚丙烯样件的翘曲量为0.22mm.采用补偿系数方法制备的拉伸试样,其实际尺寸接近设计值.     

TPU材料多孔结构SLS打印性能及应用研究

研究了TPU材料进行SLS成形的激光加工工艺参数,获得了最佳参数,之后提出了一种用于选择性激光烧结(SLS)工艺成型的TPU材料多孔结构,同时探究了最佳工艺下打印出来的多孔结构的力学性能,确定其应用范围。首先,通过对TPU材料拉伸件成型效果和力学性能的研究,比较了不同参数下的实验结果,结果显示:加热温度、激光功率和层厚对材料性能有影响,其中加热温度影响粉末流动性进而直接影响实验成败,激光功率决定制件烧结成型程度,层厚决定制件成型精度;其次,在最佳工艺下完成多孔结构的打印和性能测试,进行压缩强度和回弹性研究,分析其压缩模量和回弹收缩比;最后,根据TPU材料多孔结构的打印参数和结构特征,完成验证并探究了其应用范围。     

陶瓷零件胶态快速成形技术研究新进展

按照使用陶瓷材料形态的差别将其分为陶瓷粉末快速成形与胶态快速成形两大类,而胶态成形由于成形精度高,可机械加工能力好等特点而备受关注。综述了近年来发展迅速、实用性强的几种陶瓷胶态快速成形技术。着重介绍了各种技术的成形方法和原理、工艺过程及研究现状等,通过比较分析了各种快速成形制造技术在陶瓷零件制造中的特点及其存在的问题,给零件成形时不同技术的选择提供了一些参考,并对胶态成形的进一步发展进行了分析和展望。     

应用于选择性激光烧结的结晶性高分子材料粉末的工艺评述

从3个方面对结晶性高分子材料粉末在选择性激光烧结(SLS)的工艺进行评述,分别为高分子材料粉末的制备工艺、高分子材料粉末的复合改性工艺和高分子材料粉末的SLS工艺。其中在高分子材料粉末的制备工艺中对高分子材料粉末的制备方法和基本要求,以及高分子材料粉末在SLS工艺中的性能表征及使用的仪器设备等进行了介绍;在高分子材料粉末复合工艺中对复合改性方法和改性目的进行了叙述;在高分子材料粉末的SLS工艺中对影响成型件精度的各种参数进行了阐述。     

3D打印成型陶瓷零件坯体及其致密化技术

3D打印技术在陶瓷零件成型方面具有较大应用潜力,被认为是近净尺寸成型高性能复杂结构陶瓷零件的一种新途径。本文比较了陶瓷零件或其坯体的激光选区熔化、薄材叠加制造、熔融沉积造型、光固化、三维打印和激光选区烧结等不同3D打印工艺及其致密化手段的优势和不足,认为较低的相对密度和强度是阻碍3D打印陶瓷零件实现产品应用的主要障碍。本团队近年来采用造粒混合法制备出具有良好流动性的3D打印复合陶瓷粉体,再通过激光选区烧结(SLS)和冷等静压(CIP)技术分别进行坯体成型及均匀致密化处理,制备出了高性能、复杂结构的Al_2O_3致密陶瓷零件。本文回顾了这些工作,并补充介绍了溶解沉淀和溶剂蒸发这两种制备复合陶瓷粉体的新方法,利用SLS/CIP复合工艺进一步制造了ZrO_2、SiC、高白土等其它材质的复杂陶瓷零件,为3D打印陶瓷用于航空航天、医疗、艺术等领域奠定了基础。     

陶瓷器件的快速原型制造技术

简要介绍了快速原型制造技术的发展历史和特点,对复杂结构陶瓷器件快速成形技术,如分层实体制造、熔化沉积造型、选取激光烧结、三维印刷、喷墨打印等工艺和特点进行了评述.并讨论了目前存在的问题及快速原型制造技术在陶瓷领域的发展方向.     

三种生物质填料对生物质/CO-PA选择性激光烧结件性能的影响

为探究不同生物质填料对生物质/共聚酰胺(CO-PA热熔胶)复合材料选择性激光烧结件性能的影响。采用机械共混的方式制备了稻壳/CO-PA(RHPA)、秸秆/CO-PA(CSPA)和纤维素/CO-PA(MCPA)三种生物质复合材料,通过选择性激光烧结(SLS)技术打印生物质复合材料烧结件。使用扫描电镜(SEM)表征材料颗粒形貌和烧结件断面形貌,探讨了三种不同生物质填料对生物质复合材料烧结件力学性能、尺寸精度和表面粗糙度的影响。结果表明,RHPA烧结件力学性能最优,MCPA烧结件的表面质量最高,三种生物质材料烧结件尺寸公差等级均为IT13。     

用于SLS的表面Tg可控PS球形颗粒的制备

以外形不规则的聚苯乙烯粉末颗粒为原料,通过诱导成球法制备了聚苯乙烯(PS)微球。其粒径16.5μm,可供选择性激光烧结使用。再以上述聚苯乙烯(PS)微球为原料,通过丙烯酸乙酯与微球中残存的苯乙烯共聚,得到表面玻璃化温度(Tg)可控的聚苯乙烯微球。实验结果表明,以质量分数0.08%的过硫酸铵为引发剂,反应温度80℃,丙烯酸乙酯与苯乙烯体积比9:10,当共聚反应时间为3 h时,产物的玻璃化温度可降至最低值74.8℃。     

Experimental investigation into the selective laser sintering of high‐impact polystyrene

High‐impact polystyrene (HIPS) was used as selective laser sintering (SLS) material. The sintering parameters and the properties of sintered parts were investigated. The results show that sintered parts, which have good dimensional accuracy and good mechanical properties, can be fabricated with wide ranges of laser energy and bed temperature. To apply HIPS parts as functional parts, a reinforcement method, in which the sintered HIPS parts were postprocessed by infiltrating with epoxy resin, were suggested. The properties of the parts after postprocess were also studied. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2008     

选择性激光熔化成形点阵结构及其沸腾传热特性

选择性激光熔化（selective laser melting,SLM）技术具有高度的加工灵活性,能够成形高表面积-体积比的点阵结构,用于强化池沸腾传热。本文主要研究单胞构型、梯度以及SLM成形特性对点阵结构样品强化传热效果的影响。使用CuSn10粉末成形出尺寸为15mm×15mm×15mm、孔隙率为59.82%～62.10%、侧表面轮廓算术平均偏差（R _a）为11.6～15.5μm的点阵结构样品,样品表面存在粉末黏结,可提供大量潜在汽化核心;使用去离子水进行池沸腾传热实验,得出两种单胞构型点阵结构的起始沸腾点（104～105℃）和临界热流密度（86.7～110.2W/cm²）,发现不同单胞构型的点阵结构在沸腾传热过程中有不同的气泡逃逸和液体补充通道;成形出两种下层孔小、上层孔大的梯度点阵结构,将其沸腾传热曲线与均匀点阵结构进行对比,结果表明梯度结构对不同阶段沸腾传热的传热条件有着不同的影响。     

Thermal shock resistance of thermal barrier coatings modified by selective laser remelting and alloying techniques

Aiming to improve the thermal shock resistance of thermal barrier coatings (TBCs), the plasma-sprayed 7YSZ TBCs were modified by selective laser remelting and selective laser alloying, respectively, in this study. A self-healing agent TiAl₃ was introduced into the 7YSZ TBCs by selective laser alloying to fill cracks during thermal cycling. The thermal shock experiments of the plasma-sprayed, laser-remelted, and laser-alloyed TBCs were conducted by a means of heating and water-quenching method. Results revealed that some segmented microcracks were distributed on the surface of the laser-remelted and the laser-alloyed zones, showing a dense columnar crystal structure. After thermal shock tests, the numbers of segmented microcracks on the laser-remelted coating increased, whereas, in the laser-alloyed condition, some irregular particles formed, leading to the decreased numbers of segmented microcracks. The laser-alloyed coating exhibited the best thermal shock resistance, followed by the laser-remelted condition, with the thermal shock lifetime 3.3 and 2.7 times higher than that of the as-sprayed coating, respectively. On the one hand, both columnar grains and segmented microcracks in the laser-treated zone could effectively improve the strain tolerance of coatings. On the other hand, the oxidation products of TiAl₃ under high-temperature condition could seal the microcracks to postpone the crack connection. Thus, the thermal shock resistance of the laser-treated coatings was significantly improved.     

聚碳酸酯粉末的选择性激光烧结成型

以聚碳酸酯(PC)粉末为烧结材料,研究了激光功率等工艺参数对PC烧结件的微观形态、密度和力学性能的影响规律。结果表明,PC烧结件的密度、拉伸强度及拉伸弹性模量、冲击强度均随激光功率增加而增大;但过高的激光功率会导致激光扫描区域的粉末过热,使PC烧结件产生颜色变黄、轮廓不清晰等缺陷。     

SNAR： 一种新型非氨基还原除酸脱硝工艺技术

为了解决当前脱硝技术存在的氨逃逸及安全隐患等问题,本文采用了一种新型选择性非氨基还原除酸脱硝工艺技术（SNAR）。首先,详细地阐述了SNAR工艺的技术原理和流程;然后基于天津石化热电部7^#煤粉炉工业试验,验证了该工艺技术的脱硝效果和是否存在氨逃逸;最后,通过对标分析选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）工艺技术,总结了SNAR工艺技术的优点及应用前景。研究结果表明：SNAR工艺技术的NO _x 脱除率为50%~90%,不会产生氨逃逸。该技术能够有效地避免氨逃逸带来的二次污染,解决腐蚀、结垢及安全等问题,给锅炉运行带来了极大的经济和环境效益。     

氮氧化物选择催化还原的研究进展

氮氧化物（NOx）是大气的主要污染物之一。含氧气氛中，在催化剂的帮助下使还原剂与废气中的NOx反应并将其还原为N₂的催化过程称为选择催化还原(SCR)，是目前研究较多的消除NOx污染的方法之一。综述了选择催化还原方法的研究现状与应用前景。     

Micropatterning of poly(p‐phenylene vinylene) by femtosecond laser induced forward transfer

Conjugated polymers are important materials for optical applications, among which poly(p‐phenylene vinylene) (PPV) has a major role due to its applicability in sensors, organic light‐emitting diodes and large area displays. Despite advances on the synthesis of PPV‐based polymers and the improvements of their properties, its printing process, in particular involving the solid phase, remains unsuitable for the development of electro‐optical microcircuits. This paper demonstrates the printing of PPV from the solid phase in 2D micropatterns. Such an achievement was performed using laser induced forward transfer with femtosecond pulses, which allows area‐selective deposition within reduced scales as thin as ca 100 nm and 5 µm wide. Raman, fluorescence and electrochemical impedance spectroscopies confirm that the printed PPV micropatterns have the same structure, emission spectrum and conductivity as the target material, revealing the conservation of their original properties even after laser irradiation. The printing process was carried out using PPV films, overcoming the insolubility issue of this material. The optical and electrical characterization of the transferred PPV demonstrates the potential of this method for the patterning of electro‐optical microdevices, since luminescence and electrical conductivity were preserved. © 2018 Society of Chemical Industry     

频率选择表面在吸波材料中的应用进展

频率选择表面(FSS)是一种二维周期性结构,可以有效地控制电磁波的反射与传输。介绍了FSS在吸波材料中的应用进展情况。     

氟离子检测方法的改进及离子色谱法的应用

传统离子选择电极法分析氟离子容易被pH、金属离子和温度等因素所干扰,这样会使数据产生极大的误差。为了避免这些缺点,离子分离理论和高效液相色谱技术被应用在氟离子的分析-离子色谱法,离子色谱作为一种先进的检测手段在氟离子分析方面表现出优秀的准确性,重现性和可靠性。