TRILOS三辊机和混料脱泡机在3D打印陶瓷复合材料中的应用

高温透波材料作为一种多功能介质，广泛应用于飞机无线系统，可在恶劣环境中确保飞机正常运行。对飞机马赫数的改进对天线罩的性能提出了更高的要求。因此，新型多功能宽带透波材料的研制成为当务之急。宽带透波材料的研究最初聚焦在聚合物材料上，但是这些材料不适用于高马赫数。随着研究的不断深入，氮化物材料如Si₃N₄、BN、Si-B-O-N、 Si-Al-O-N等由于其具有高强度、耐高温、耐雨水侵蚀、低介电常数和抗氧化性，成为了潜在的宽带透波材料。在这些材料中，Si₃N₄陶瓷表现出优异的机械性能，但其介电常数也更高。为了减少Si₃N₄陶瓷的介电常数，可将具有优异高温稳定性和低介电常数的材料，如β-SiAlON添加到Si₃N₄陶瓷中。然而，生产很大的复杂部件受到高加工成本的制约。因此，优化陶瓷成型工艺，降低成本对制备高强度和低介电常数的Si₃N₄基陶瓷透波材料非常重要。  

图1

3D打印在陶瓷成型中的应用，为Si₃N₄/β-SiAlON复合陶瓷的制备提供了一种新的制备方法。其中，光聚合3D打印技术具有很高的准确性，被广泛用于制造几何复杂的陶瓷。但当大量的陶瓷粉末添加到光敏树脂体系中，由于静电力和范德华力，陶瓷颗粒的团聚是不可避免的，颗粒团聚将降低陶瓷浆料的稳定性。为了解决上述技术问题，我们提供了用TRILOS三辊机和混料脱泡机均匀分散Si₃N₄/β-SiAlON复合陶瓷浆料的方法。三辊机的主要作用是依靠压力和剪切力来克服浆料的内聚力，达到粉碎和分散浆料的目的。

图2

图2显示了Si₃N₄/β-SiAlON复合陶瓷的制备过程。

1.     将丙烯酸树脂和玛瑙球放入罐子中，氧化改性的Si₃N₄、Al₂O₃、Y₂O₃粉末（92 wt.% Si₃N₄和8 wt.% Al₂O₃-Y₂O₃）和分散剂随后分批加入，用球磨机在300r/min的速度下研磨8小时。

2.     将光引发剂（树脂的1wt.%）加入球磨机中研磨1小时。

3.     将触变剂（粉末的4 wt.%）加入浆料中，并使用TRILOS PM300V混料脱泡机在1800 rpm下混合。

4.     混合后的浆料用TRILOS TR80A三辊机分散，得到均匀分散的浆料。

5.     在-100 kPa的真空下，用TRILOS PM300V混料脱泡机处理浆料，去除气泡。

6.     将浆料进行印刷，然后脱脂和烧结处理。

烧结后的Si₃N₄/β-SiAlON复合陶瓷的抗弯强度如图3所示。可以看出，随着烧结温度的升高，抗弯强度先增加后降低，在1780℃时达到峰值（236±16 MPa），介电常数为4.83，且损耗切线始终保持低于0.03。表明采用TRILOS三辊机和混料脱泡机，可制得具有优异透波性的Si₃N₄/β-SiAlON复合陶瓷。  

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