静电喷涂-相转化法制备三模态晶粒碳化硅微球增强SLS成型SiC/Si复合材料的力学性能

研究人员通过静电喷涂结合相转化(ES-PI)技术，创新性地制备了具有0.8-30μm三模态晶粒分布的致密SiC微球，并联合选择性激光烧结(SLS)、聚合物浸渍裂解(PIP)和液态硅渗透(LSI)工艺制备高性能SiC/Si复合材料。该研究系统考察了粒径梯度对微球孔隙结构及复合材料性能的影响，结果显示：相较于商用SiC颗粒，新型微球制备的复合材料弯曲强度提升26.06%，断裂韧性提高11.25%，为结构陶瓷的增材制造提供了新思路。

　　

这项突破性研究展示了一种提升结构陶瓷性能的创新方法。通过静电喷涂-相转化(ES-PI)这一新颖工艺，科研人员成功制备出具有独特三模态晶粒结构(0.8/5/10/20/30μm)的碳化硅(SiC)微球，这些微球展现出优异的球形度和流动性。将这些"设计级"微球作为打印粉末，结合选择性激光烧结(SLS)这一先进增材制造技术，再通过聚合物浸渍裂解(PIP)和液态硅渗透(LSI)后处理工艺，最终获得性能卓越的SiC/Si复合材料。

令人振奋的是，与采用传统商用SiC颗粒(约40μm)制备的对照组相比，新型微球构建的复合材料展现出显著的力学性能提升：弯曲强度从基准值跃升26.06%，断裂韧性提高11.25%。这种性能突破源于三模态晶粒的巧妙排布，这种结构既保留了纳米晶粒的强化效应，又利用微米级颗粒构建了优化的应力传递网络。研究还发现，多尺度粒径组合能精确调控微球的孔隙结构，这对后续硅熔体渗透过程至关重要。

该成果为高性能陶瓷的增材制造开辟了新途径，特别适用于航空航天领域对复杂形状耐高温部件的需求。ES-PI法制备的"智能微球"概念，更可拓展至其他陶瓷体系的设计，展现出广阔的工程应用前景。