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(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(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(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(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，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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