光固化增材制造B4C/Al复合材料：沉降稳定性与固化性能的协同优化研究

为解决B4C/Al复合材料在光固化增材制造(VPP)中因浆料沉降稳定性差和固化能力不足导致的结构缺陷问题，北京理工大学团队通过引入改性聚脲溶液DY410优化浆料流变性能，并选用大尺寸AlSi10Mg(12 μm)和B4C(21 μm)颗粒提升光固化效率。研究实现了尺寸偏差率<5%的复杂结构打印，烧结后20B80Al样品密度达2.38 g/cm3、弯曲强度152.83 MPa，为核工业等领域复杂构件制造提供新方案。

　　

在核动力船舶、空间反应堆等极端环境下，传统方法难以制备满足轻量化需求的复杂结构B₄C/Al复合材料部件。虽然选择性激光熔化(SLM)等金属增材制造技术能实现复杂成型，但高热应力导致的缺陷问题突出。北京理工大学Jing Li团队创新性地采用室温成型的光固化增材制造(VPP)技术，通过材料体系与工艺参数的协同优化，成功突破浆料稳定性和光固化效率的技术瓶颈。

研究团队采用三大关键技术：1) 通过改性聚脲DY410赋予浆料剪切稀化特性（静态粘度>10 Pa·s，剪切粘度<1 Pa·s）；2) 优选12 μm AlSi10Mg和21 μm B₄C粗颗粒降低光散射；3) 优化打印参数（层厚25 μm/光强18-22 mW/cm²/曝光6-8 s）。

【Raw materials】
选用d₅₀为12 μm的球形AlSi10Mg和21 μm的B₄C颗粒，后者经1200℃氩气烧结预处理，确保颗粒表面洁净度。

【Preparation of photosensitive B₄C/Al composite slurry】
DY410的引入使浆料静置24小时沉降率<3%，AlSi10Mg含量增加可降低粘度（40B60Al浆料粘度较20B80Al高48%），球形金属颗粒发挥润滑作用。

【Conclusion】
20B80Al样品展现出最优综合性能：密度2.38 g/cm³、开孔率8.63%、维氏硬度93.43 HV。该研究首次实现VPP技术制备B₄C/Al复合材料，相比SLM技术表面粗糙度降低60%，为核屏蔽构件等复杂金属陶瓷复合结构的精密制造开辟新途径。论文发表于《Materials Today Communications》。

讨论指出，改性聚脲的聚合物链结构不影响紫外光传播是其核心优势，未来可通过纳米颗粒掺杂进一步优化浆料性能。该工作不仅拓展了VPP技术在金属基复合材料中的应用边界，更为极端环境下的功能梯度材料制造提供理论依据。