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國內(nèi)企業(yè)在3D打印金屬陶瓷材料方面的進(jìn)展

金屬陶瓷英文單詞cermet或ceramet是由ceramic（陶瓷）和metal（金屬）結(jié)合構(gòu)成的。金屬陶瓷是一種復(fù)合材料，它的定義在不同時期略有不同，如，有的定義為由陶瓷和金屬組成的一種材料，或由粉末冶金方法制成的陶瓷與金屬的復(fù)合材料。


美國ASTM專業(yè)委員會定義為：一種由金屬或合金與一種或多種陶瓷相組成的非均質(zhì)的復(fù)合材料，其中后者約占15%～85%體積分?jǐn)?shù)，同時在制備的溫度下，金屬和陶瓷相之問的溶解度相當(dāng)小。從狹義的角度定義的金屬陶瓷是指復(fù)合材料中金屬和陶瓷相在三維空間上都存在界面的一類材料。兼有金屬和陶瓷的某些優(yōu)點(diǎn)，如前者的韌性和抗彎性，后者的耐高溫、高強(qiáng)度和抗氧化性能等。

可混合
可環(huán)繞

關(guān)于金屬與陶瓷的混合打印，之前，德國Fraunhofer研究所就研發(fā)了陶瓷和金屬粉末懸浮液。陶瓷或金屬粉末被混合在一種低熔點(diǎn)的熱塑性粘合劑中，熱塑性粘合劑在80攝氏度時就會融化成為液體。在打印過程中，打印機(jī)的電性溫度熔化了粘合劑，并混合著陶瓷或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來。沉積后液滴迅速冷卻變硬，三維對象就這樣被點(diǎn)對點(diǎn)逐漸打印出來。金屬、玻璃或陶瓷粉末材料被均勻的混合在粘合劑中。粘度也是精確控制，混入的粉末材料既不能太“稀”也不能太“稠”，這樣打印機(jī)才能進(jìn)行流暢的打印。

金屬與陶瓷的水溶型墨水


國內(nèi)最大的羰基鐵粉生產(chǎn)企業(yè)江蘇天一超細(xì)金屬粉末有限公司研發(fā)了一種用于3D打印金屬、陶瓷及其復(fù)（混）合材質(zhì)制品水溶型墨水。墨水材料組成質(zhì)量比：30%—70%材質(zhì)組份(金屬、合金、陶瓷等)；1%—9%高分子材料組份，69%—21%水?？梢哉f打印材料是由由水、溶解于水的高分子材料、金屬、陶瓷及其復(fù)（混）合粉末的材質(zhì)材料、助劑組成。

通過這種墨水打印出來的成品需要經(jīng)過蒸發(fā)塑化、脫粘、燒結(jié)得到所需要材質(zhì)的制品。

金屬增韌陶瓷基復(fù)合材料


成都新柯力化工科技有限公司研發(fā)了用于3D打印的金屬增韌陶瓷基復(fù)合材料，是一種金屬纖維纏繞鑲嵌在陶瓷微球表面形成的金屬增韌陶瓷復(fù)合微球。

原料包括：陶瓷微球80-90份，金屬纖維5-10份，界面改性劑1-1.5份，活性劑0.1-0.5份，粘接劑3-5份；通過界面侵蝕改性陶瓷微球表面，使陶瓷微球表面形成可鑲嵌的界面，從而利用圓盤研磨機(jī)碾壓使金屬纖維鑲嵌至界面被侵蝕的陶瓷微球表面，形成由金屬纖維纏繞鑲嵌在陶瓷微球表面形成的金屬增韌陶瓷復(fù)合微球，不但滿足3D打印所需球形的特征，而且，金屬纖維呈網(wǎng)狀在陶瓷微球表面分布，3D打印燒結(jié)后的陶瓷制品中金屬以網(wǎng)狀分布，從而實(shí)現(xiàn)增韌。

這項(xiàng)技術(shù)改變了陶瓷粉通過3D打印的時候，因結(jié)構(gòu)不均勻、晶體組織均勻差等使陶瓷制品的塑性和韌性降低的缺陷。

金屬粉表面形成陶瓷面的增韌材料


利用碳化硅、晶須材料可以增強(qiáng)金屬用作飛機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)和超音速飛機(jī)的表面材料，然而傳統(tǒng)方法對金屬的增強(qiáng)都是將金屬熔融后加入纖維然后成型。成都新柯力化工研發(fā)出通過金屬粉增強(qiáng)處理可有效克服3D打印制備金屬制品強(qiáng)度缺陷的技術(shù)。原料包括：金屬粉末50-60份，鋰瓷石20-25份，石英3-8份，硼酸鋅2-3份，碳酸鈉1-3份，粘接劑0.5-2份。

該增強(qiáng)金屬復(fù)合材料是通過粘接和燒結(jié)，在金屬粉表面形成陶瓷面，該陶瓷面具有微孔，賦予金屬粉強(qiáng)度和韌性。同時具有球形度高、粒徑小、分布窄的特性。用于3D打印直接成型金屬制品時，金屬瓷面在低于金屬熔點(diǎn)的溫度條件下粘連，有效防止金屬制品的變形，從而得到高強(qiáng)度、高韌性的金屬制品。
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