Naukowcy 3D Print Ceramics bez fazy czasochłonnej i złożonej spiekania

W artykule zatytułowanym "Druk ceramiczny dielektryczny 3D bez etapu spiekania" grupa naukowców opisuje, jak powstały ceramiczne elementy dielektryczne poprzez drukowanie 3D, jednocześnie omijając zwykle niezbędną fazę spiekania. Konwencjonalne spiekanie jest zarówno czasochłonne, jak i energochłonne - wyjaśniają. Zwykle proszek ceramiczny jest pakowany w kompresję z dodatkami organicznymi, po czym następuje wypalenie spoiwa i spiekanie w wysokich temperaturach. Proces prowadzi do zagęszczania proszku w postaci kawałka dzięki termicznie wspomaganemu transportowi masy. Czas i energia zużywana przez proces jest tylko jedną z wad - trudno też kontrolować skurcz, co oznacza, że ​​może być potrzebne dodatkowe kształtowanie części

Fuzja w złożu proszkowym jest jedynym procesem jednoetapowym dla dodatek do produkcji ceramiki. W artykule badacze skupili się na wyciskaniu materiału. Stworzyli pastę do druku 3D, mieszając rozpuszczalny w wodzie molibdenian litu (Li2MoO4) z wodą.

"Molibdenian litu (Li2MoO4) jest nietoksycznym ceramicznym materiałem dielektrycznym, który został zbadany pod kątem hamowania korozji i aplikacje do wykrywania wilgoci, a także materiał scyntylacyjny do wykrywania rzadkich procesów jądrowych, materiał anodowy do akumulatorów litowo-jonowych w zmodyfikowanej postaci i katalizator do utleniania metanu ", wyjaśniają naukowcy. "W przypadku urządzeń mikrofalowych, Li2MoO4 jest przedmiotem zainteresowania ze względu na jego korzystnie niską utratę dielektryczną oraz niską temperaturę spiekania 540 ° C. Jednak Li2MoO4 jest rozpuszczalny w wodzie, umożliwiając wytwarzanie składników w temperaturach tak niskich jak temperatura pokojowa. "

W tej metodzie, znanej jako wytwarzanie w temperaturze pokojowej lub RTF, proszek molibdenianu litu zwilżono wodą i częściowy rozpuszczenie materiału utworzyło fazę wodną, ​​która ułatwia pakowanie i zagęszczanie cząstek podczas kompresji i unikanie skurczu. Rozpuszczony molibdenian litu rekrystalizuje podczas suszenia w wyniku odparowania wody, a kabinę przyspiesza się przez obróbkę cieplną. Ponieważ nie jest wymagane spiekanie, nie dochodzi do tworzenia dodatkowych faz lub niedopasowania rozszerzalności cieplnej.

Po wytworzeniu lepkiej mieszaniny stałych cząstek ceramicznych i nasyconej fazy wodnej, płytki próbek wydrukowano w 3D przy użyciu taniego materiału drukarka 3D w kształcie strzykawki. Próbki zostały zadrukowane gładkimi powierzchniami, pasta z powodzeniem wytłaczała z dobrym ścinaniem. Analizowano mikrostrukturę zadrukowanych części,podobnie jak gęstości i właściwości dielektryczne. Zawartość wody w mieszaninie była utrzymywana na jak najniższym poziomie, aby uniknąć porowatości, jak również pęknięć i skurczów, które mogą wystąpić przy dłuższym czasie suszenia.

"Konsolidacja i zagęszczenie zadrukowanych części nastąpiło podczas zarówno drukowanie, jak i suszenie pasty z powodu ciśnienia wytłaczania, sił kapilarnych i rekrystalizacji rozpuszczonego Li2MoO4. Całkowite wyschnięcie pasty zapewniono przez ogrzewanie w temperaturze 120 ° C ", stwierdzają naukowcy. "Mikrostruktura nie wykazała rozwarstwienia drukowanych warstw. Uzyskano względnie wysokie gęstości i dobre właściwości dielektryczne, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że nie stosowano spiekania i tylko ciśnienie z wytłaczania. Oczekuje się, że takie podejście będzie możliwe w przypadku podobnych ceramiki i kompozytów ceramicznych. "

Autorami artykułu są Maria Väätäjä, Hanna Kähäri, Katja Ohenoja, Maciej Sobociński, Jari Juuti i Heli Jantunen.