【摘 要】
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数字光处理（Digital Light Processing,DLP）技术能够成型高性能复杂陶瓷零部件,然而由于成型材料脆性大,光固化成型的复杂零部件易开裂,限制了该技术的广泛应用。连续纤维作为增强相能够显著提高连续纤维增韧陶瓷基复合材料（Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites,CFRCMC）的韧性,目前,CFRCMC的DLP打印
【基金项目】
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国家自然科学基金—陶瓷材料激光选区熔化成型裂纹产生机理及修复方法（项目批准号:51775281,2018-2021）； “十三五”装备预研共用技术项目—陶瓷材料XXX制造技术（2017-2020）；
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数字光处理（Digital Light Processing,DLP）技术能够成型高性能复杂陶瓷零部件,然而由于成型材料脆性大,光固化成型的复杂零部件易开裂,限制了该技术的广泛应用。连续纤维作为增强相能够显著提高连续纤维增韧陶瓷基复合材料（Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites,CFRCMC）的韧性,目前,CFRCMC的DLP打印成型相关研究还未曾被报道。本文以研究CFRCMC的DLP打印成型装备及技术为目的,设计搭建了基于DLP技术的CFRCMC 3D打印装置,研究了CFRCMC的DLP成型方法以及脱脂烧结工艺,分析了缺陷产生原因及连续纤维增韧机制,主要包括:提出了CFRCMC DLP成型实验平台的设计方案与设计指标,进行了机械结构设计及功能部件选型,实现了各功能部件的运动控制,完成了实验平台的搭建。可实现连续纤维的正交铺设,成型尺寸达121*68*150mm,为CFRCMC的DLP成型实验研究奠定了基础。研究发现DLP技术制备的CFRCMC中连续纤维与生坯呈弱粘合状态,引入连续纤维后基体会存在层间脱粘、“飞边”缺陷,原因是材料中连续纤维影响了紫外光的传播,同时改变了固化层厚度。当光源能量密度为60m J/cm~2,连续纤维铺设在预置封闭槽内可有效避免该缺陷。研究了DLP成型CFRCMC生坯的脱脂烧结工艺,分析了连续纤维与基体界面结合状态,实验结果表明无氧环境脱脂最终温度设定为800℃时,聚合物完全分解,烧结温度1500℃,保温2h后试件中连续纤维与基体形成弱结合界面,阐明了基体中断裂能的耗散机制主要为纤维的断裂和纤维-基体界面解离。初步实现了高韧性CFRCMC的DLP3D打印成型。
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