以下文章來源於無機材料學報JIM ，作者顧薛蘇，殷傑，等
先進碳化矽陶瓷以其高強度、高硬度、熱學和化學穩定性優異等優點，是耐受極端服役環境的關鍵候選材料。然而，碳化矽陶瓷的傳統製備工藝存在周期長、成本高和後加工難等瓶頸問題。為滿足大尺寸複雜形狀構件的需求，研究人員採用3D列印技術製備碳化矽陶瓷，而黏結劑噴射（或粘結劑噴射，英文：Binder Jetting, 簡稱BJ）3D列印就是一種能夠突破傳統成型方法約束的重要3D列印技術。值得注意的是，顆粒級配是可以有效改善陶瓷素坯成型性能，通過優化顆粒級配參數，從而提高粉末原料的流動性和堆積性，最終優化碳化矽陶瓷的力學性能。結合這兩種技術，能夠優化提升複雜形狀碳化矽陶瓷的綜合性能。
中國科學院上海矽酸鹽研究所黃政仁研究員團隊基於級配理論優化較佳的顆粒度配比，採用BJ3D列印、前驅體浸漬裂解（PIP）與反應熔滲製備工藝，高效可靠地製備了高性能碳化矽陶瓷材料，研究了BJ 3D列印對級配前後碳化矽素坯及其燒結體性能的影響。相關工作發表在《無機材料學報》（DOI: 10.15541/jim20230216），論文通訊作者為黃政仁研究員和殷傑副研究員。
/ 研究亮點
1.本工作基於顆粒級配理論，通過簡易的機械復合法高效優化了BJ 3D列印用碳化矽原料流動性，相比未級配的粉體3D列印素坯性能提高了116%。
2.本工作通過顆粒級配改性對BJ列印碳化矽陶瓷進行性能優化，採用一次PIP和液態滲矽，步驟簡便，易於獲得形狀複雜、可靠性高、性能優異的碳化矽陶瓷。
/ 圖文解析
工藝流程：（1）原料準備：球磨充分混合。（2）列印模型設計：使用CAD軟體設計所需的模型。（3）BJ 3D印表機設置：根據3D列印模型的尺寸、形狀、結構等參數，設置列印和和控制參數，如粘結劑飽和度、列印層厚、散粉速度、輥子旋轉速度、排水振蕩器速度等。（4）BJ 3D列印：將粉末混合加入投料倉里進行鋪粉，再將粘結劑混合物放入印表機的噴頭中，按照預設的路徑和層厚度，噴射出粘結劑，列印出模型。（5）固化：將列印出的模型放入烘爐中固化。（4）脫粘：將固化後的素坯脫粘處理，使有機轉變為無機組分。（5）燒結：將所得素坯進行滲矽緻密化。
圖1 BJ 3D列印製備碳化矽陶瓷的工藝流程
對比級配前後的粉體發現，流動性越好的粉體，其製備的陶瓷緻密度越好，這與粉體堆積有很大的關聯，顆粒級配堆積的效果越好，緻密度越佳。此外，隨著級配後SiC顆粒流動性提升，抗彎強度和彈性模量均獲得了優化提升。由此可見，原料級配有利於提高陶瓷抗彎性能、彈性模量和斷裂韌性等綜合力學性能。
圖2 BJ 3D列印碳化矽陶瓷性能
/ 總結
BJ 黏結劑噴射3D列印級配後的碳化矽素坯經過一次PIP處理，彎曲強度最高可達(16.70±0.53) MPa，相比採用20μm中位徑未級配的樣品提高了116%。進一步採用液相滲矽（LSI）製備了緻密的碳化矽陶瓷，其密度、彎曲強度、彈性模量和斷裂韌性分別為(2.655±0.001) g/cm3, (285±30) MPa, (243±12) GPa和(2.54±0.02) MPa·m1/2。本工作提出的顆粒級配優化3D列印原料，對BJ 3D列印製備高性能碳化矽陶瓷材料提供了參考借鑑意義。
論文引用信息：
GU X, YIN J,* HUANG Z,* et al. Effect of Particle Grading on Properties of Silicon Carbide Ceramics by Binder Jetting. J. Inorg. Mater., DOI: 10.15541/jim20230216.