摘要
多孔碳化硅陶瓷作为功能性材料同时具备了碳化硅（SiC）材料与多孔陶瓷的优点，如轻质高强、渗透性强度、比表面积大、隔热性能佳等，在石油、化工、航天航空等行业得到广泛应用。但由于陶瓷材料加工困难，限制了它的应用范围和推广。与传统制备工艺相比，3D打印增材制造技术无需模具，可实现复杂形状陶瓷部件的快速成型和低成本制造，是一种极具发展潜力的陶瓷制备工艺。浆料直写成型（DIW）是陶瓷3D打印技术的一种，因其具有工艺简单、适用原料广、成本低等的优点受到广泛的关注。但目前关于直写成型多孔陶瓷制备与性能研究多集中在生物陶瓷方面，并主要针对均匀多孔陶瓷材料，而关于梯度多孔碳化硅材料的相关研究还未见报道。本文开展了梯度多孔碳化硅材料的3D打印成型工艺及性能研究，主要内容如下： （1）研究了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）添加量对多孔碳化硅材料微观结构和力学性能的影响。结果表明，添加PMMA造孔剂可以显著提高多孔碳化硅陶瓷的孔隙率，但也降低了材料的密度和力学性能。与未添加PMMA的SiC陶瓷相比，添加30vol.%PMMA的多孔SiC陶瓷显气孔率提高了47.79%，抗弯强度降低了67.77%。 （2）设计并制备了两类对称梯度多孔SiC陶瓷材料。采用理论预测、有限元计算以及实验测试三种方法研究了梯度多孔SiC陶瓷材料的抗弯强度。研究表明，梯度多孔SiC陶瓷材料气孔率随PMMA添加量增加而增加，但气孔率增加量低于PMMA的添加量。第一类对称梯度多孔SiC陶瓷三层层合材料的抗弯强度随层合材料上、下层PMMA添加量的增加而降低。第二类对称梯度多孔SiC陶瓷三层层合材料中间层PMMA添加量的变化对其抗弯强度影响不明显。 （3）设计并制备了非对称梯度多孔SiC陶瓷三层层合材料和七层层合材料，研究了PMMA添加量对多孔碳化硅材料微观组织、物理性能和力学性能的影响。采用理论预测、有限元计算以及实验测试三种方法研究了材料各层PMMA添加量的变化对非对称梯度多孔SiC陶瓷材料抗弯强度的影响规律。研究表明，随着PMMA添加量的增加，材料的显气孔率也逐渐增加，体积密度逐渐降低。PMMA添加量对材料三个方向线收缩率影响不大。第一类非对称多孔SiC陶瓷三层层合材料抗弯强度随着多孔SiC陶瓷层合材料第2、3层PMMA添加量的增加而降低。第二类非对称多孔SiC陶瓷三层层合材料抗弯强度随着最下层PMMA添加量的增加逐渐降低。当设计函数的指数k逐渐增加时，三类非对称梯度多孔SiC陶瓷七层陶瓷抗弯强度均逐渐降低。
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