約翰·霍普金斯大學(xué)：3D打印超高溫碳化物陶瓷

來源：科技前沿縱覽

南極熊獲悉，受美國海軍研究署等資助，約翰·霍普金斯大學(xué)的研究人員研發(fā)出兩步反應(yīng)3D打印技術(shù)，并制備出超高溫碳化物陶瓷。

過渡金屬碳化物超高溫陶瓷中原子擴(kuò)散速率較慢，阻礙了燒結(jié)過程和大的體積變形，目前尚未實(shí)現(xiàn)利用3D打印技術(shù)制備這類超高溫陶瓷。為此，研究人員提出了一種兩步反應(yīng)3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)超高溫碳化物陶瓷的制備。具體過程是先將鈦粉和酚醛樹脂混合，通過激光選區(qū)燒結(jié)制成坯體；然后，將坯體在CH4氣體中進(jìn)行原位等溫氣固轉(zhuǎn)化，經(jīng)兩步反應(yīng)得到超高溫碳化物陶瓷TiCx。研究發(fā)現(xiàn)：反應(yīng)過程中釋放的大量能量促進(jìn)了原子擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)粒子間鍵合；同時(shí)，Ti轉(zhuǎn)化為TiC會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，彌補(bǔ)了酚醛樹脂分解產(chǎn)生孔隙，從而減少了材料收縮，獲得無裂紋試樣。利用該技術(shù)制備了分辨率達(dá)到50 μm的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷1300℃的熱沖擊后未發(fā)生斷裂，且仍能負(fù)載800  g的氧化鋁耐火磚。

這項(xiàng)研究為制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)超高溫陶瓷提供了一種可行方法，有望促進(jìn)超高溫陶瓷在火箭推進(jìn)裝置和高超聲速熱防護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用。