約翰·霍普金斯大學：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·霍普金斯大學的研究人員研發(fā)出兩步反應3D打印技術，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散速率較慢，阻礙了燒結過程和大的體積變形，目前尚未實現(xiàn)利用3D打印技術制備這類超高溫陶瓷。為此，研究人員提出了一種兩步反應3D打印技術，實現(xiàn)了具有復雜晶體結構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)燒結制成坯體；然后，將坯體在CH4氣體中進行原位等溫氣固轉化，經(jīng)兩步反應得到超高溫碳化物陶瓷TiCx。研究發(fā)現(xiàn)：反應過程中釋放的大量能量促進了原子擴散，實現(xiàn)粒子間鍵合；同時，Ti轉化為TiC會產(chǎn)生體積膨脹，彌補了酚醛樹脂分解產(chǎn)生孔隙，從而減少了材料收縮，獲得無裂紋試樣。利用該技術制備了分辨率達到50 μm的復雜晶體結構，經(jīng)歷1300℃的熱沖擊后未發(fā)生斷裂，且仍能負載800  g的氧化鋁耐火磚。

這項研究為制備復雜結構超高溫陶瓷提供了一種可行方法，有望促進超高溫陶瓷在火箭推進裝置和高超聲速熱防護系統(tǒng)中的應用。