近日，波蘭華沙理工大學化學系的 研究人員在 Materials & Design 期刊上發表了題為《Material extrusion of photocurable alumina pastes: rheology, printability, and polycrystal microstructure characterization》（光固化氧化鋁漿料的材料擠出成形：流變性、可打印性與多晶顯微結構表征）的最新研究成果。

該研究聚焦于墨水直寫（DIW, Direct Ink Writing）技術在高性能氧化鋁陶瓷制造中的應用。DIW 作為一種材料擠出型3D打印方法，依賴漿料的流變性能和固化特性實現高精度成形。然而，光固化陶瓷漿料在高固含條件下的可打印性和最終微結構特性仍存在諸多挑戰。

UV -DIW工藝示意圖

研究團隊制備了以去離子水為分散介質的光固化氧化鋁水性分散液，其中含有質量分數高達65-70 wt%的高純氧化鋁粉體（平均粒徑約0.3-0.5μm），并添加聚丙烯酸銨鹽（APAA） 作為分散劑、光引發劑、丙烯酸酯類單體/低聚物作為光固化樹脂基體，以及少量消泡劑與流變改性劑，以平衡漿料的黏度、觸變性與光固化反應速率。

研究組所使用的氧化鋁粉體

團隊系統分析了漿料的流變行為，發現其具有明顯的剪切變稀特性和屈服應力，這對于DIW過程中的穩定擠出和形狀保持至關重要。通過調整固含量和有機組分比例，研究人員獲得了既能順利擠出又能在紫外光照射下快速固化的漿料配方。

在打印性能評估中，研究人員利用DIW打印了多種幾何結構，包括直線、網格及立方體，驗證了漿料在不同打印速度、噴嘴直徑和光固化強度下的適應性。燒結后，試樣表現出均勻致密的多晶顯微結構，晶粒尺寸在數微米范圍內，且未觀察到明顯孔隙和結構缺陷。力學測試顯示，其維氏硬度和三點彎曲強度均達到高性能結構陶瓷的標準水平。

打印坯體：a) 頂視圖；b) 橫截面圖

打印坯體的 SEM 圖

該成果表明，通過精確調控水性光固化氧化鋁漿料的成分與流變性能，DIW技術可實現復雜結構陶瓷的高精度成形與優異性能。這為光固化陶瓷3D打印技術向更高固含、更高致密化以及工業化生產方向發展提供了重要參考。

粉體圈Coco編譯