高温高强3D打印碳化硅微纤维增强聚合物衍生陶瓷的制备与性能研究

来自某研究团队通过3D打印技术（直接墨水书写/Direct Ink Writing）开发了一种聚硅氮烷树脂基碳化硅(SiC)微纤维增强陶瓷复合材料。该研究创新性地采用气相氧化铝流变改性剂，经1200°C氩气氛热解制备的样品在1400°C高温下展现出401±54 MPa的优异弯曲强度，较室温性能提升4倍。X射线衍射证实1200°C以上形成莫来石相，为高温结构陶瓷材料开发提供新思路。

　　

这项突破性研究展示了采用3D打印技术制备的碳化硅(SiC)微纤维增强聚合物衍生陶瓷(PDC)复合材料在极端环境下的卓越性能。科研人员巧妙地将聚硅氮烷树脂、SiC微纤维增强相和气相氧化铝流变调节剂复合，通过直接墨水书写(DIW)这种材料挤出型增材制造技术，成功打印出演示件和弯曲测试样品。

经过固化处理和1200°C氩气环境下的热解转化，所得3D打印PDC复合材料展现出惊人的温度适应性。三点弯曲测试数据显示，材料强度从室温下的97.8±20.1 MPa飙升至1200°C时的367±88 MPa，并在1400°C达到峰值401±54 MPa。虽然1500°C时强度降至约184 MPa，1600°C时已无法测量，但这一性能仍远超常规材料。

断裂面显微分析揭示了1400°C以上基体相的降解迹象，X射线衍射则检测到1200°C以上莫来石晶相的形成。这些发现不仅为高温结构陶瓷的制备开辟了新途径，更展示了3D打印技术在先进陶瓷材料领域的巨大潜力，特别是在航空航天、能源装备等极端环境应用方面具有重要价值。