美國萊斯大學(xué)和匈牙利賽格德大學(xué)的研究人員合作，通過在3D打印陶瓷基復(fù)合材料表面涂覆柔性環(huán)氧樹脂聚合物保型涂層，顯著提升陶瓷基復(fù)合材料的損傷容限。
軟體動物殼體中的珍珠層、骨骼等天然陶瓷基復(fù)合材料由硬的礦物質(zhì)和軟的有機(jī)相層層組裝而成，具有多尺度復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出極高的強(qiáng)度和韌性。受此啟發(fā)設(shè)計的仿生陶瓷基復(fù)合材料強(qiáng)度和韌性均優(yōu)于普通陶瓷，但制備工藝復(fù)雜且尺寸有限。研究人員通過立體光固化和熱解制成具有特定形狀的陶瓷骨架，將其置于環(huán)氧樹脂中，經(jīng)紫外光固化后表面形成70~100 μm厚的柔性環(huán)氧聚合物保型涂層，最終得到大小為1.5 cm 3 的陶瓷基復(fù)合材料。仿真結(jié)果表明，陶瓷基復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度達(dá)到82 MPa，而未涂覆保型涂層陶瓷僅為57 MPa；陶瓷基復(fù)合材料的能量吸收能力是未涂覆保型涂層的陶瓷的10倍。采用上述方法制備的圓柱形陶瓷基復(fù)合材料試樣，韌性和斷裂應(yīng)變比未涂覆保型涂層的陶瓷分別提高2.5倍、4.5倍。
這項研究為制備輕質(zhì)高強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料提供了一種簡單方法，將促進(jìn)陶瓷基復(fù)合材料部件在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用。
論文：Damage-tolerant 3D-printed ceramics via conformal coating
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