固相含量對陶瓷漿料固化厚度和過固化現(xiàn)象的影響

供稿人:劉小棟 連芩

光固化陶瓷漿料由陶瓷顆粒分散在光敏樹脂中組成，光敏樹脂的作用是促進陶瓷漿料的光聚合反應(yīng)。陶瓷漿料光固化性能的影響因素眾多，包括光引發(fā)劑的濃度、單體的動力學(xué)參數(shù)、陶瓷顆粒與光敏樹脂的折射率差異、投射深度以及固相含量等。氧化鋯陶瓷的折射率比氧化鋁陶瓷的折射率高20%~27%，與光敏樹脂的折射率存在較大的差異，這使得光在射入時會發(fā)生嚴(yán)重的邊緣散射效應(yīng)，影響陶瓷成形件的固化厚度和成形精度。韓國全南國立大學(xué)Kyoung-Jun Jang團隊采用DLP光固化工藝成形了不同固相含量的氧化鋯陶瓷漿料，并對不同固相含量的陶瓷漿料固化厚度和過固化現(xiàn)象進行了評估。

實驗中配制了固相含量分別為48vol%、50vol%、52vol%、54vol%、56vol%、58vol%的氧化鋯陶瓷漿料，漿料中采用的原材料及物理性能如下表1所示。采用DLP光固化3D打印機（Meg Printer, Megagen, Korea）打印不同固相含量的陶瓷漿料，設(shè)置光功率密度為30mW/cm2，分層厚度為25μm，曝光時間為1s-30s內(nèi)變化。

表1 原材料組成成分及物理性能

實驗測試了在不同曝光時間下，不同固相含量氧化鋯陶瓷漿料的固化厚度。過固化測試模型為孔徑為250μm的多孔板，如圖1（b）所示，采用光學(xué)顯微鏡和Imagej軟件測量不同固相含量陶瓷漿料成形的多孔板的直徑尺寸，設(shè)定過固化值為成形件直徑尺寸與其CAD模型直徑尺寸之差。

圖1 氧化鋯成形件（a）固化厚度（b）幾何過固化

研究發(fā)現(xiàn)固化厚度隨著固相含量的增大而逐漸減小，隨著曝光時間的增加而增大，例如，48vol%固相含量的漿料，曝光1s時固化厚度為53.98μm，曝光30s時，固化厚度為190.24μm，固相含量為58vol%時，曝光1s固化厚度為47.35μm，曝光30s時，固化厚度為99.28μm。而且由于氧化鋯陶瓷顆粒與預(yù)混液樹脂的折射率存在差異，使得紫外光照射陶瓷漿料時光發(fā)生散射引起邊緣散射效應(yīng)，從而導(dǎo)致產(chǎn)生過固化現(xiàn)象，降低了成形件的尺寸精度，而且固相含量越高，過固化現(xiàn)象越明顯，例如，固相含量為48vol%時，過固化程度為28.55%，固相含量為58vol%，過固化程度達到了36.94%。

參考文獻：
Kyoung-Jun Jang, Jin-Ho Kang,Kumaresan Sakthiabirami.et al. Evaluation of Cure Depth and Geometrical Overgrowth Depending on Zirconia Volume Fraction Using Digital Light Processing[J].Journal of Nanoscience and Nanotechnology.1;19(4):2154-2157.

供稿人:劉小棟 連芩
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室