石英陶瓷具有石英玻璃的許多優(yōu)良性質(zhì)(如熱膨脹系數(shù)小、熱震穩(wěn)定性好、電性能好、耐化學(xué)侵蝕性好等)。還具有石英玻璃不具有的其他優(yōu)良性質(zhì)。因此石英陶瓷一經(jīng)研發(fā)出來就大規(guī)模用于火箭、導(dǎo)彈、玻璃等多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域。時至今日，石英陶瓷已經(jīng)成為超音速導(dǎo)彈天線罩的主要材料，如美國“愛國者”、“潘興II”、“Sam-D”、俄羅斯的“C-300”、意大利的“Aspide”等導(dǎo)彈天線罩均使用石英陶瓷。我國也有多個型號的導(dǎo)彈采用了石英陶瓷天線罩。

美國Ceradyne公司生產(chǎn)的熔融石英陶瓷天線罩

陶瓷天線罩航天部件一般具有尺寸較大、薄壁、弧形等異構(gòu)特點，傳統(tǒng)成型工藝采用減材方法，不僅材料浪費嚴(yán)重，加工成本高、周期長，而且在加工過程中極易脆裂，成品率低。陶瓷3D打印成型技術(shù)具有制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)、近凈成型、無模快速制造和降低成本等優(yōu)勢。目前國內(nèi)開展陶瓷增材制造材料、成型工藝、裝備研究還處于起步階段，特別是致密性好、強(qiáng)度高的陶瓷光固化成型(SLA)膏料研制、陶瓷實體件脫脂、燒結(jié)過程中防止開裂、變形等關(guān)鍵技術(shù)還存在諸多瓶頸難題。

近日，西安交通大學(xué)研究人員在石英陶瓷3D打印領(lǐng)域取得新進(jìn)展。該校鮑崇高教授團(tuán)隊采用陶瓷光固化成型技術(shù)，系統(tǒng)研究了SLA膏料組分、光固化成型、脫脂、燒結(jié)以及后處理等關(guān)鍵技術(shù)，其目標(biāo)結(jié)構(gòu)件成型周期僅需17小時，通過纖維增強(qiáng)、復(fù)合浸漬、優(yōu)化成型、脫脂、燒結(jié)工藝等，獲得了滿足致密性、強(qiáng)度和尺寸精度等要求，在復(fù)雜構(gòu)件陶瓷增材制造技術(shù)方面取得重要突破。

具體方法上，研究組采用聚多巴胺對熔融石英(SiO2)陶瓷進(jìn)行表面包覆改性，取代了傳統(tǒng)光固化成型膏料制備所需的分散劑和吸光劑，制備了基于光固化成型(SLA)技術(shù)的SiO2f/m-SiO2陶瓷膏料。所制備的SiO2f/m-SiO2陶瓷膏料具有優(yōu)異的流變特性和更高的成型精度。采用光固化成型結(jié)合硅溶膠浸漬技術(shù)對SiO2f/m-SiO2復(fù)合陶瓷進(jìn)行浸漬處理對SiO2f/m-SiO2復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能進(jìn)行改善。結(jié)果表明，當(dāng)浸漬次數(shù)為3次時，SiO2f/m-SiO2復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能得到較大提升，其中彎曲強(qiáng)度增幅約20.4%，壓縮強(qiáng)度增幅約42.0%。

該研究團(tuán)隊近年來在耐高溫、高透波、多孔復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氮化硅、氧化鋯、氧化鋁等陶瓷增材制造開展了系列研究，著重對膏料流變特性、光固化成型機(jī)理、成型缺陷形成及消除機(jī)理以及復(fù)雜構(gòu)件形性調(diào)控機(jī)制等方面進(jìn)行了深入研究，研究成果不僅在《增材制造》(Additive Manufacturing)、《歐洲陶瓷學(xué)會雜志》(Journal of the European Ceramic Society )和《國際陶瓷》(Ceramics International)等國際著名期刊發(fā)表研究論文5篇，而且聯(lián)合航天應(yīng)用部門研制了較大尺寸的多種陶瓷樣件，對解決功能-結(jié)構(gòu)一體化高性能陶瓷增材制造及應(yīng)用“最后一公里”問題具有重要意義。