约翰·霍普金斯大学：3D打印超高温碳化物陶瓷

来源：科技前沿纵览

南极熊获悉，受美国海军研究署等资助，约翰·霍普金斯大学的研究人员研发出两步反应3D打印技术，并制备出超高温碳化物陶瓷。

过渡金属碳化物超高温陶瓷中原子扩散速率较慢，阻碍了烧结过程和大的体积变形，目前尚未实现利用3D打印技术制备这类超高温陶瓷。为此，研究人员提出了一种两步反应3D打印技术，实现了具有复杂晶体结构超高温碳化物陶瓷的制备。具体过程是先将钛粉和酚醛树脂混合，通过激光选区烧结制成坯体；然后，将坯体在CH4气体中进行原位等温气固转化，经两步反应得到超高温碳化物陶瓷TiCx。研究发现：反应过程中释放的大量能量促进了原子扩散，实现粒子间键合；同时，Ti转化为TiC会产生体积膨胀，弥补了酚醛树脂分解产生孔隙，从而减少了材料收缩，获得无裂纹试样。利用该技术制备了分辨率达到50 μm的复杂晶体结构，经历1300℃的热冲击后未发生断裂，且仍能负载800  g的氧化铝耐火砖。

这项研究为制备复杂结构超高温陶瓷提供了一种可行方法，有望促进超高温陶瓷在火箭推进装置和高超声速热防护系统中的应用。