2023年10月3日，华中科技大学研究人员在《Ceramics International》上发表题为Propertiescomparison of pure Al₂O₃and doped Al₂O₃ ceramic cores fabricated by binder jetting additive manufacturing的研究论文，采用粘结剂喷射制造Al₂O₃和掺杂的Al₂O₃陶瓷芯材，并对其组织性能进行对比研究。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.10.006

  研究简介  

研究了层厚度（50–100μm）和烧结温度（1300–1400°C）对纯Al2O3和95wt%Al₂O₃–4wt.%TiO₂–1wt.%CuO（掺杂Al₂O₃陶瓷）陶瓷性能的影响。对于层厚为50μm的生坯，掺杂Al₂O₃陶瓷的最大密度、孔隙率和弯曲强度值比纯Al₂O₃陶瓷分别提高了14.9%、6.3%和39.6%。当生坯在1300℃~1400℃烧结时，层厚50μm的掺杂Al₂O₃陶瓷的最佳值分别为2.377±0.036g/cm3、39.34±1.20%和27.44±1.29MPa，与纯Al₂O₃陶瓷相比，提高率分别为23.0%、27.2%和86.8%。随着层厚和烧结温度的增加，各轴尺寸收缩率逐渐增大，且Z轴始终大于X轴和Y轴。当烧结件厚度为50μm、温度为1300℃时，纯Al₂O₃陶瓷的最小值分别为2.00±0.15%、1.86±0.15%和1.59±0.15%，掺杂Al₂O₃陶瓷的最小值分别为13.57±0.20%、12.46±0.57%和12.60±0.17%。另外，当烧结件厚度为100μm、温度为1400℃时，纯Al₂O₃陶瓷的最大值分别增加到4.90±0.20%、3.94±0.13%和3.61±0.25%，掺杂Al₂O₃陶瓷的最大值为18.81±0.19%。、17.27±0.75%、16.77±0.39%。这些结果表明，添加烧结助剂可以促进低温烧结并提高陶瓷芯材的机械强度。

图1 每种粉末的形态：(a)氧化铝，(b)氧化铜，(c)二氧化钛和(d)掺杂的氧化铝粉末。C

图2 每种条件下的生坯示意图：(a)高粘合剂饱和度，(b)低粘合剂饱和度，(c)低层厚度，(d)高层厚度。

图3 50μm层厚陶瓷的微观结构：(a)掺杂Al₂O₃生坯，(b)1400°C烧结的纯Al₂O₃，(c)1300°C烧结的掺杂Al₂O₃，(d)1350°C烧结的掺杂Al₂O₃C，(e)在1400°C下烧结的掺杂Al₂O₃，以及(f)XRD图像。

 研究结论 

本研究中，纯Al₂O₃和95wtAl₂O₃–4wt.%TiO2–1wt.%CuO陶瓷芯由BJAM制造。系统研究了层厚和烧结温度对其综合性能的影响。结论如下：

(1）对于生坯，随着层厚从50μm增加到100μm，纯Al₂O₃和掺杂Al₂O₃的密度和弯曲强度逐渐下降，最大值分别为1.270±0.055g/cm3/1.23±0.05MPa和1.501±0.052g/cm3/1.87±0.04MPa。(2)TG/DTA曲线表明，粘结剂的热分解以及CuO/TiO2与Al₂O₃之间的反应温度均小于1300℃，因此选择1300~1400℃的烧结温度来探讨烧结性能及辅助机理。Al₂O₃陶瓷的助剂。

(3)随着烧结温度升高到1400℃，纯Al₂O₃和掺杂Al₂O₃的烧结密度分别增加了30.6%（1.830±0.014g/cm3）和36.9%（2.377±0.036g/cm3），相应的孔隙率降低了23%。与50μm处的生坯密度相比，分别为(54.02±0.85%)和40%(39.34±1.20%)。此时，在各个温度和样品下，Z轴的尺寸收缩率始终大于X轴和Y轴。掺杂Al₂O₃的最大弯曲强度比纯Al₂O₃提高了86.8%。

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