直写成型无机非金属材料及其结构功能应用进展

谷裕丰

摘要：现阶段我国建筑业发展面临能源紧张形势，因此在建设中选择节能资源时，可以选择节能环保特征较好的非金属无机材料。非金属无机材料是所有物质资源，但高分子资源和金属资源除外，这些资源通常是新的无机工程资源，如陶瓷、玻璃、水泥、特种陶瓷和耐火资源。一般来说，非金属无机材料具有耐蚀性、高温和强硬度等良好特征，其主要缺点是弯曲强度低和韧性低。

关键词：直写成型；无机非金属材料；结构功能

引言

无机非金属材料因在力学、电学、磁学、声学、光学及热学等领域展现的优异性能而备受关注。冷等静压、热压烧结、热等静压、放电等离子烧结和自蔓延高温合成成型及烧结工艺能够设计和制造性能优异的陶瓷等无机非金属材料构件。但为满足零部件对复杂几何形状的需求，需对上述工艺生产的无机非金属材料进行进一步机械加工或装配。磨削加工、超声波加工、磨料水射流加工、电火花加工、激光加工、聚焦离子束刻蚀等加工工艺已被成功应用于复杂结构无机非金属材料零部件的制造。然而陶瓷等无机非金属材料固有的低延展性和硬脆特性使其加工困难，导致时间和资金成本高昂，且机械加工存在引入缺陷和表面微裂纹的风险。

1无机非金属材料概述

由于无机非金属材料包含更多类别，因此将按材料定义对其进行分类。除了金属材料、有机高分子材料之外，其他类别的无机非金属材料也可以包括常见氧化、碳排放、硅酸盐等。18日。世纪出现了爆炸性的事态发展，主要与工业革命的兴起有关。20世纪以来。世纪以来，对计算机、航空航天等许多新领域材料特性的要求不断增加，对材料特性提出了新的要求，并导致无机、非金属材料的进一步发展，这些材料产生了许多有利于优化性能的材料，例如陶瓷、多孔玻璃和光纤，使旧材料和有机材料更容易被取代。自“九五”以来，无机非金属材料的研究方向不断增加，工业市场对新材料的需求导致了全球跨产品应用模式，消除了低效材料造成的技术制约，提高了生产研究的现代化。

2直写成型技术概述

元件制备采用低粘结剂粘结剂。DIW设备简单，技术上非常灵活。对于您的加工系统，可以使用具有适当流量性能的材料，例如对于粉末、前体等，DIW是一种三维打印技术，通过无限循环拉伸凹槽材料将三维零部件连接在一起。通过增加塑性模量和屈服强度来获得形状。列印时，在接点接脚内的凹槽延伸方向上使用r(方程式(1))产生剪切应力。如果r的拉伸极限大于凹槽材料，则由于内部粘合剂损坏而降低粘度，以确保凹槽材料的顺利拉伸。在圆柱形喷嘴中，拉伸具有拉伸极限拉伸点的织物时，有三个不同的速度字段:(1)中心处没有拉伸极限的恒定区域；(2)喷嘴边缘没有颗粒的流体减少层；以及(3)这两者之间的流体减少层。无拉伸刚性中心有助于保持plasterborm形状，流体动力层促进物质之间的融合；挤出后熔体快速转变为胶水，粘度和模量恢复到原始水平平面，以防止结构变形和断裂。通常，在拉伸到10-100Pa时，DIW打印结果的粘度必须为10-100 pa。s减少，而拉伸极限大于200Pa，以满足“挤出”和“压力”要求。稍微增加硬度材质会提高粘度反应，但也会导致颗粒堵塞针头。等离子体粘度和模量由固定量、胶粘剂含量、塑性、pH值等参数的设置控制。Costakis等研究表明，增加原始粒子的固定值和分散分子的数量增加了粒子之间碰撞的可能性以及分子链之间的桥梁功能，从而提高了等离子体的粘度和拉伸极限。如果粘度过高，则需要更高的压力以确保连续拉伸填缝材料，从而使设备承受额外的压力。Conrad等人详细讨论了亲水流体系统的设计，得出了不同晶粒的不同流动特性(流动和粘附结构)可以在两阶段系统中使用，从而实现复合网格更加均匀的结构。这样，等离子体流量的性能由两个体积与pH值的比率控制，而无需改变固定值或pH值的条件。

（1）

式中r——针头内径向位置(r=0表示中心位置，r=R表示针头内壁位置)；

L——针头长度；

ΔP——挤出压力；

τr——剪切应力。

3无机非金属材料应用优势

非金属材料是新材料行业的一个重要组成部分，因为它包含范围广泛的类别，可以更好地满足不同行业应用程序的需求。非金属材料的整体性能是稳定的，并且各种材料类型表示特定特征，例如高强度、光照效果、晶体管等，从而更好地保持和发展非金属材料特性的优点。常用高质量陶瓷材料是无机的非金属材料，比其他普通材料具有更高的热演化性，作为发动机的一部分，这些材料能够更好地处理较长运行期间的高温，而无需引入冷水循环来冷却它，提高整个设备的热导率，并改进系统体系结构。光学材料是一种非常广泛的信道传输介质，它利用完全镜像的优点来减少传输信号时发生的损坏。玻璃纤维本质上属于无机非金属系统中玻璃材料的范畴，通过更特殊的挤出方法转化为非常薄、重叠的形状，通过环和环的组合转化为日常应用中的光导管道。该材料的光能对于其他金属、有机材料以及现代生产环境中的主要应用之一是不可或缺的。

4直写成型技术的结构/功能研究现状

4.1DIW先进陶瓷

设计和开发力、电、磁、声、光、热等性能优异的先进陶瓷构件应用于汽车、航空航天、能源、环境、生物医学等工程领域是最具挑战性的课题之一。使用金刚石成形工具制造的传统复杂陶瓷元件，或在成型建立和调整后铸造的元件，总的来说较为复杂且成本较高。3D打印功能允许灵活地设计和制造高度复杂的陶瓷产品。DIW成本低于3D打印技术，如激光碳酸盐/熔融选择、光度处理技术和使用凹槽层状沉积，有助于通过控制材料的空间分布，实现多材料多级打印，制备多功能梯度陶瓷。例如Tang等利用双针头挤出法制备了高岭土-重晶石梯度陶瓷，同时通过调整打印和烧结工艺，实现介孔和大孔的梯度分布。

4.2智慧工业领域

(1)传统微电子生产需要用电线循环电子电路，基础材料的性能特性直接影响集成电路的实际应用。采用玻璃材料作为现代技术发展过程中电子工业生产的基础，有助于在高温下保持良好的领导性能，对于延长电子设备的使用寿命和稳定产品性能至关重要。合成无机材料可作为传感器部分制备，以便更准确地捕获有害气体、光变化等，可作为工业生产过程中的预警检测元件。(2)树脂材料在医疗修复中的应用提高了金属输送到人体时可能出现的排气的稳定性和磨损性。由于非金属材料的严重性质，其应用强度和铸造性能都更适合于满足医疗维修要求，例如在现代医疗要求中应用LiKO材料，这是铸铁等传统材料的更好替代品，提高了其应用中的抗御能力和生物适应性。(3)无机、非金属材料的处理能力优良，能够更好地控制零件产品的可扩展性和准确性，并能很好地适应对航空航天等应用提出较高要求的行业。非金属材料在高温下保持稳定。

结束语

综上所述，基于直写成型的无机非金属材料制备及结构/功能化应用的发展，可以为相应基础研究和产品设计、生产提供全新、有效的技术手段。尽管目前相关研究仍处在起步阶段，且仍存在许多不足，但其应用效果和潜力已得到广泛认可；随着基础研发的提升和不断的技术积累，可为技术改革和产业升级提供有效的助力。

参考文献

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