2023 年 5 月 29 日，斯科尔科沃科学技术学院材料技术中心增材制造实验室和鲁汶大学材料工程系的研究人员在《国际陶瓷》杂志上发表了一篇题为《通过 Micro-SLA 从氧化锆稳定陶瓷制造分层晶格结构》的论文 3D 打印方法**的研究报道了一种经济的 microSLA 技术，用于从 UV 制备陶瓷固体含量为70%的浆料。该研究表明，在后处理阶段，一步式热处理工艺可以取代分离的脱脂和烧结工艺，从而显着减少生产时间和成本。 显微CT分析还用于检查打印材料的微观结构，包括孔隙率、收缩率和支撑宽度等几何参数。
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关于研究
新材料和先进制造技术在提高能源器件性能方面有明显的趋势。 增材制造 （AM） 是一种通过引入复杂的几何形状和有前途的特性来为能源应用创建结构的可能方法。 可以使用增材制造方法制造复杂的几何形状，并且可以减轻材料重量。 本研究开发了一种利用微选择性激光烧结（microSLA）技术制备逐层陶瓷逐层晶体结构的方法。 以部分稳定的氧化锆陶瓷（6SCSZ、8YSZ）为原料，由于现代固体氧化物燃料电池（SOFC）在工作温度下具有较高的离子电导率，因此选择了固体浆料成分。 通过优化烧结过程中坯体的热处理工艺，一步到位简化，节省时间和生产成本。 扫描电镜和microCT数据显示，在112层八桁架样品中未发现关键缺陷，相对密度接近理论密度。 共制备了 22 个样品，尺寸为 65mm* 6.5mm *2.8 mm，板径在 240 至 250 m 之间，并用两种先进的掺杂氧化锆陶瓷改性，每个样品的制备速度仅为 56 分钟。 本研究为陶瓷增材制造生产的发展和应用提供了新的机遇，以建立固体氧化物燃料电池等能源系统装置。
图1中原料粉末的SEM图像：（A）亚微米8ySZ粉末和（B）微米6SCSZ粉末。
图2：固含量为70%的陶瓷浆料（氧化锆陶瓷）的制备总体方案。
图 3：聚合深度与时间的关系。 红色矩形指向 8ysz 的最佳值，绿色矩形指向 6scsz（a），以及不同时间的影响：40 秒的过度固化与 30 秒的精确 UV 固化。 （有关图例中颜色引用的说明，读者可以参考本文的网络版本。 )
图4 陶瓷体晶格样品的放大图像。 从左到右：STL初始模型（A）、侧视图（B）、俯视图（C）、放大细胞图像（D）。
图 5（A） 4-5 mg 氧化锆样品的 TGA 和 （B） DSC 加热曲线。 在空气中斜坡 5 摄氏度。
图 6 结合了总持续时间为 60 的热处理循环的总体方案3h。
图76 烧结后陶瓷样品收缩率的比较。 收缩率与陶瓷浓度和陶瓷类型（a）的关系，以及基于70 wt%浆料的xyz轴的20个烧结样品的平均收缩率（b）。
图81500 烧结零件的SEM图像：8ySZ烧结层状结构（AYSZ表面结构（BSCSZ表面结构（C）。
图 9 内部微观结构的自动分割 microCT 图像，标记为绿色的陶瓷，标记为紫色的大孔：（a） 原始 microCT（顶部），（b） 分段顶视图，拍照，（c） 原始 microCT（侧面），（d） 分段侧视图。 （若要解释此图例中对颜色的引用，请参阅本文的 Web 版本。 )
图10 每件孔隙率按烧结结构体积分布。
图 11 取决于 SCSZ 和 YSZ 的耐温性。
研究结论
本研究表明，微印氧化钇稳定氧化锆（8ysz）和钪稳定氧化锆（6SCSZ）可用于制造固体氧化物燃料电池。 研究团队开发了一种新的低光引发剂浆料，并将烧结技术优化为一步法，从而实现了优于商用打印机的microSLA工艺分辨率。 研究人员使用光学显微镜、扫描电子显微镜和计算机断层扫描来分析样品的形貌和孔隙率。 制备了22个样品，相对密度分别为94和91，平均收缩率分别为24和20。 每个样品切片的孔隙率不大于015.试样的表面孔隙率分别约为6-10。 初步测试表明，6SCSZ样品的离子电导率至少具有较低的活化温度和较低的电阻，比8ySZ更有希望。 这种方法证明了增材制造在中温SOFC陶瓷电解质制造中的潜力，并证实了该领域未来研究的必要性。