光固化3D打印硅基陶瓷芯的协同增强机制：方石英相变与原位ZrSiO4形成的共效作用

本文推荐：该研究通过光固化（VPP）3D打印技术制备纳米ZrO2增韧硅基陶瓷芯，系统揭示了1200-1300℃烧结区间内方石英（cristobalite）相变与原位ZrSiO4形成的协同作用机制。研究发现1250℃为最优烧结温度，此时芯体兼具高致密度（2.57 g/cm3）与优异力学性能（室温抗弯强度21.2 MPa），为航空发动机单晶叶片精密铸造提供了理论支撑。

　　

Highlight亮点聚焦

通过光固化（VPP）3D打印技术制备的纳米ZrO₂增强硅基陶瓷芯，在1200-1300℃烧结过程中展现出双重增强机制：方石英（cristobalite）相变与原位形成的锆石（ZrSiO₄）协同作用，为高温精密铸造领域带来突破性进展。

Raw materials原材料揭秘

硅基陶瓷芯的固相由微米级SiO₂（d₅₀=9μm）和纳米级ZrO₂（d₅₀=310nm）颗粒组成，液相则包含光敏树脂、稀释剂和分散剂。这种"纳米-微米"双尺度设计为后续相变与反应奠定基础。

Thermodynamics and phase composition analysis热力学与物相分析

烧结过程中可能发生的反应：

SiO₂+ZrO₂→ZrSiO₄

通过吉布斯自由能计算证实，温度升高促进ZrSiO₄形成，而方石英相变在1225℃启动。这种"温度驱动型"物相演变直接调控芯体性能。

Conclusions核心发现

1. 1.

   成功制备无缺陷的3D打印硅基陶瓷芯，1250℃烧结样品展现最佳性能组合

2. 2.

   方石英相变与ZrSiO₄网络形成存在竞争机制：前者导致体积膨胀，后者强化界面结合

3. 3.

   建立"温度-物相-性能"关联模型，为航空发动机单晶叶片铸造提供新材料解决方案