陶瓷3D打印技术凭借其能够直接制造复杂形状陶瓷零件的优势,在航空航天、生物医疗、艺术装饰等众多领域展现出巨大的应用潜力。然而,由于陶瓷材料本身的特性以及3D打印成型原理的限制,打印出的陶瓷坯体表面往往存在大量的孔隙和微裂纹等缺陷,这些缺陷不仅影响了陶瓷制品的外观质量,更严重制约了其力学性能、耐腐蚀性等关键性能指标,限制了陶瓷3D打印技术在更广泛领域的应用。低温玻璃釉表面致密化工艺作为一种有效的表面处理方法,能够有效改善陶瓷3D打印制品的表面质量,提升其综合性能。
提升陶瓷表面致密度
填补表面孔隙
陶瓷3D打印过程中,粉末颗粒之间的结合可能不够紧密,导致坯体表面存在许多微小的孔隙。低温玻璃釉具有良好的流动性和润湿性,在加热熔融后能够渗入到这些孔隙中,将其填充密实。例如,在氧化铝陶瓷3D打印制品表面施加低温玻璃釉后,经过适当的热处理,玻璃釉会像液体一样流动,逐渐填充坯体表面的孔隙,使表面变得更加致密,孔隙率显著降低。
形成连续致密层
除了填补孔隙,低温玻璃釉在冷却凝固后会在陶瓷表面形成一层连续、致密的玻璃釉层。这层釉层与陶瓷基体紧密结合,能够有效地阻止外界物质(如气体、液体等)的渗透,进一步提高陶瓷表面的致密度。与未处理的陶瓷表面相比,经过低温玻璃釉表面致密化工艺处理后的陶瓷表面更加光滑、平整,微观结构更加均匀。
增强力学性能
提高表面硬度
低温玻璃釉的硬度通常较高,在陶瓷表面形成釉层后,能够显著提高陶瓷制品的表面硬度。当陶瓷3D打印制品受到外力作用时,表面致密的玻璃釉层能够更好地抵抗磨损和刮擦,减少表面损伤,从而提高制品的整体耐磨性。例如,在一些需要承受摩擦和磨损的陶瓷零部件应用中,经过低温玻璃釉表面致密化处理后,其使用寿命得到了大幅延长。
增强抗弯强度
表面孔隙和微裂纹是导致陶瓷制品抗弯强度降低的重要因素。低温玻璃釉表面致密化工艺通过填补孔隙和修复微裂纹,减少了应力集中点,使陶瓷表面的应力分布更加均匀。在受到弯曲载荷时,陶瓷制品能够更好地承受应力,从而提高了其抗弯强度。研究表明,经过该工艺处理后的陶瓷3D打印制品,抗弯强度可提高20% – 50%,大大增强了其结构可靠性。
改善断裂韧性
玻璃釉层在陶瓷表面形成后,能够在一定程度上阻止裂纹的扩展。当陶瓷制品内部产生裂纹时,裂纹在扩展过程中遇到致密的玻璃釉层会发生偏转、分叉或钝化等现象,从而消耗了裂纹扩展的能量,提高了陶瓷的断裂韧性。这对于提高陶瓷3D打印制品的可靠性和安全性具有重要意义,尤其是在一些对安全性要求较高的应用领域,如航空航天和生物医疗等。
改善耐腐蚀性
阻挡腐蚀介质侵入
陶瓷材料本身具有一定的耐腐蚀性,但表面的孔隙和微裂纹为腐蚀介质的侵入提供了通道,加速了陶瓷的腐蚀过程。低温玻璃釉表面致密化工艺形成的连续致密釉层能够有效地阻挡腐蚀介质(如酸、碱、盐溶液等)与陶瓷基体的接触,防止腐蚀反应的发生。例如,在化工领域中使用的陶瓷容器,经过低温玻璃釉处理后,能够更好地抵抗化学物质的腐蚀,延长使用寿命。
提高化学稳定性
玻璃釉层具有较高的化学稳定性,能够在各种恶劣的环境条件下保持其结构和性能的稳定。与陶瓷基体相比,玻璃釉层对化学物质的反应活性较低,不易发生化学反应。因此,经过低温玻璃釉表面致密化处理后的陶瓷制品,在化学腐蚀环境中具有更好的耐受性,能够保持其原有的性能和外观质量。