西工大苏海军教授团队在增材制造领域取得重要突破

西工大苏海军教授团队在增材制造领域取得重要突破

西北工业大学苏海军教授团队在增材制造领域取得重要突破，成功开发出大尺寸异形共晶陶瓷的光固化制备方法。该技术结合激光悬浮区熔定向凝固和热等静压处理，为航空航天热端部件用复杂形状共晶陶瓷的制备提供了新的技术路径。

氧化物共晶陶瓷因其独特的三维网状微观结构特征和强相界面结合特性，在高温环境下表现出优异的组织和性能稳定性。此外，氧化物共晶陶瓷具有优良的抗氧化、耐腐蚀及低密度等特性，在航空航天超高温（>1600°C）热端部件中具有广阔的应用前景。

近年来，大尺寸烧结共晶陶瓷（SEC）的制备工艺受到广泛关注。西北工业大学苏海军教授团队采用激光悬浮区熔定向凝固技术制备纳米组织共晶粉，通过光固化3D打印成形异形的共晶生坯，经过初步的预烧，获得全闭孔的烧结共晶陶瓷预制体，进而利用热等静压进行致密化处理，最终得到全致密的烧结共晶陶瓷异形件。

图1 复杂形状Al2O3/YAG/ZrO2共晶陶瓷的制备方法

研究团队采用光固化3D打印成形复杂涡轮叶片状陶瓷试样。脱脂和预烧结工艺后进行热等静压致密化后处理。最终比较不同工艺参数下的烧结共晶陶瓷（SEC）、烧结多晶陶瓷（SPC）及热等静压后的陶瓷（HIP）试样。

经热等静压处理，烧结共晶陶瓷的相成分未发生改变，三相平均尺寸分别增长至1.43 μm、1.38 μm、0.78 μm，但仍小于烧结多晶陶瓷以及高致密无压烧结共晶陶瓷的相尺寸。经HIP处理，烧结共晶陶瓷样件发生体积收缩，但未见异常变形，通过无压预烧与HIP致密化处理所得的烧结共晶陶瓷在X、Y、Z方向的烧结收缩率分别为：18.77±0.46%、17.67±0.37%、20.46±0.45%，相对密度提升至99.27±0.22%。室温抗弯强度为352.99±39.97 MPa，1500℃下的高温抗弯强度为299.38 MPa，强度保持率为84.81%。各项性能指标均优于同成分的烧结多晶陶瓷及无压烧结共晶陶瓷。

该研究成果发表在Additive Manufacturing期刊上，为航空航天热端部件用复杂形状共晶陶瓷的制备提供了技术基础。

通讯作者简介

苏海军，西北工业大学长聘二级教授、博士生导师。国家级领军人才，国家优青，中国有色金属创新争先计划获得者。长期从事先进定向凝固技术与理论及新材料研究，主持包括国家重点研发计划项目在内的30余项国家级重要科研项目，在Nano Energy、Advanced Functional Materials等知名期刊发表论文200余篇，获授权发明专利60余项。获陕西省科学技术一等奖、二等奖等多项科技奖励。