日前，美国布法罗大学的科研团队通过3D打印成功制备高电导率和高温电气可靠性的导电碳化硅陶瓷，并通过放电等离子烧结有效提升材料机械性能，同时拓宽了增材制造和碳化硅功能陶瓷的应用潜力。该成果以“3D-printed electrically conductive silicon carbide”为题发表在Additive Manufacturing期刊。

论文地址：https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103109

导电陶瓷（ECC）的发展趋势是可以实现强机械强度以及高导电性，在结构电极、导体、催化剂载体等方面提供应用。然而，虽然致密结构有利于提高导热性，但却会阻碍陶瓷的热管理能力，其工作温度受到限制。并且传统制备方式很难将陶瓷加工成复杂的形状，也限制了其发展应用的空间。

在这项研究中，研究人员使用大桶光聚合3D打印技术（一种自下而上的增材制造方法）来制造同时具有低导热性和高导电性的3D导电SiC陶瓷结构。以具有纳米级多孔结构和高比表面积的介孔二氧化硅为原料，有效地实现了隔热特性。石墨烯是一种导电填充材料，被掺入陶瓷混合物中以允许在陶瓷中形成导电网络。最后将得到的多孔二氧化硅/石墨烯纳米复合材料用放电等离子烧结(SPS)工艺烧结。当烧结温度低于1400℃时，打印样品中观察到非晶结构，而在1400 ℃时观察到β相SiC和二氧化硅方石英，表明部分硅氧键被硅取代-碳键和多孔原料二氧化硅在惰性和高温环境中结晶。

与传统的导电陶瓷复合材料相比，由于多孔原料二氧化硅为石墨烯渗透提供的高比表面积，其电导率显着提高，可达1000 Sm^-1；良好的热管理能力，可达62 mW m^-1K^-1至88 mWm^-1K^-1；SPS处理复合材料的最大抗压强度为57.947 MPa，与未经处理的样品相比提高了96.19%，表明SPS处理有效地增强了样品的机械性能；打印的陶瓷在室温到600℃之间保持恒定的电阻率，这表明3D打印的SiC不易受温度变化的影响。此外，多孔结构创造了一个热障，以保持稳定的导电性并保护导电网络。

拓展：关于大桶光聚合3D打印

大桶光聚合3D打印主要分类

这是一类通过使用光活化聚合选择性地固化光敏聚合物液体树脂的打印技术，会将液体光敏聚合物保存在容器或大桶中，构建平台部分浸没在液体表面。这即是“大桶”的由来。其总体优势在于细节精度高，过程迅速；缺点是成本高，且打印完成后，由于树脂依然受紫外线影响，会随着时间的推移而翘曲和弯曲。

比如，立体光固化成型(SLA)是将施工平台浸没后，机器内的单点激光通过水箱底部绘制设计的横截面区域，从而硬化材料。一旦该层被激光映射和硬化，平台就会上升并允许新的树脂层在物体下方流动。该技术逐层完成，直到形成固体部分。之后，这些部件通常使用紫外线辐射进行后固化，以提高其机械质量。其它主要的大桶光聚合打印方式还有直接光处理(DLP)和连续直接光处理(CDLP)。

编译整理 YUXI

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