CN113511901A - 一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents

一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷及其制备方法和应用，涉及陶瓷材料技术领域。其中，制备方法包括：将配置好的基层树脂混合液置于3D打印机料槽中，并打印基层模型；将配置好的高固相含量氮化硅陶瓷浆料置于3D打印料槽中，在刮刀的辅助流平下，打印模型陶瓷层；成型结束后，利用刀片将固化后的基层树脂和陶瓷层从打印平台上清理掉，并利用陶瓷脱脂工艺将基层树脂去除，得到最终的光固化陶瓷素坯。本申请提供一种光固化高固相含量氮化硅陶瓷浆料的方法，能够有效解决高固相氮化硅陶瓷浆料由于粘度高、固化深度浅导致成型成功率低的问题，该打印方法同时能够减少光固化高固相氮化硅成型缺陷，提高打印精度。

Description

一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术
氮化硅陶瓷是综合性能最好的结构陶瓷之一，具有优异的力学性能。随着科学技术的发展，氮化硅陶瓷的应用领域不断拓展。常规的陶瓷成型方式使得陶瓷制品形状简单，需要复杂的机加工工序，加工成本高，制备工艺复杂，已经不能满足制备具有复杂形状、且具有高性能的氮化硅陶瓷的需求。而基于数字光处理的光固化成型技术(DLP)具有成型速度快，精度高，能够制备具有复杂形状结构的陶瓷坯体。成型高固相含量氮化硅陶瓷能够增加陶瓷素坯的坯体密度，减少氮化硅陶瓷烧结收缩率，提高氮化硅陶瓷的力学性能。
由于DLP成型原理的限制，打印过程中材料的增材过程是自顶向下的，材料每固化一层，打印平台需向上抬起一层。然而，参见图1-2，高固相含量氮化硅陶瓷浆料往往具有较大的粘度，以及较低的固化深度，因此，在光固化成型过程中，打印平台下降时难以将陶瓷浆料排开，或者由于浆料的粘滞力较大，因此氮化硅陶瓷固化薄膜难以稳定地与打印平台接合，很大程度上降低了打印成功率。常规通过增大曝光能量的方式增加浆料固化深度的同时，也降低了陶瓷固化薄膜的成型精度，降低了打印坯体的质量。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是光固化成型高固相含量氮化硅陶瓷打印成功率低，成型精度差的问题。
为了解决上述问题，本发明实施例提出如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提出一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷的制备方法，其包括：
S1，将光敏树脂预聚物、稀释剂和光引发剂均匀混合，得到基层树脂混合液；
S2，将光敏树脂预聚物、稀释剂、增塑剂、光引发剂和陶瓷分散剂均与混合并超声搅拌，得到树脂预混液，其中，光引发剂完全溶解于树脂预混液中；
S3，将含有烧结助剂的氮化硅陶瓷粉体添加进树脂预混液中，并加入研磨球，在均质机中进行混合，制备得到陶瓷固相含量为35vol％-55vol％的氮化硅光固化陶瓷浆料；
S4，将基层树脂混合液倒入光固化3D打印机料槽中，然后按照预设陶瓷坯体打印模型，在紫外光灯的照射下，使基层树脂混合液在打印平台和打印料槽的间隙中固化为基层树脂，其中，基层树脂紧密粘接在打印平台上；
S5，基层树脂光固化达到预设厚度后，缓慢抬升打印平台高度，将光固化3D打印机的料槽清理干净，并添加足量的所述氮化硅光固化陶瓷浆料；利用刮刀辅助流平所述氮化硅光固化陶瓷浆料，使所述氮化硅光固化陶瓷浆料均匀涂敷在紫外灯曝光区域；
S6，缓慢降低打印平台高度，使得打印平台上固化后的基层树脂刚好与曝光面板贴合；
S7，设置所述氮化硅光固化陶瓷浆料的曝光参数以及打印层厚，开始进行陶瓷层的光固化3D打印，得到打印件；
S8，打印结束后，将打印件从打印平台上取下，将打印件放置在脱脂炉中进行脱脂，使得已固化的基层树脂与陶瓷层脱离、分解，脱脂结束后得到具有高坯体密度的氮化硅陶瓷素坯。
其进一步的技术方案为，所述光敏树脂预聚物为PPTTA、BPA2EODMA以及BPA10EODMA中的至少一种。
光敏树脂预聚物在光固化后应具有较好的柔韧性，方便打印结束后能方便去除。
其进一步的技术方案为，所述稀释剂为HDDA、TMPTA以及CTFA中的至少一种。
稀释剂除了能够降低基层树脂混合物的粘度，更重要的是光固化后能够和打印平台具有很好的接合能力。
其进一步的技术方案为，所述光引发剂3为Irgacure TPO和Irgacure369中的至少一种，其中，步骤S1和步骤S2中，光引发剂的总量占光敏树脂预聚物和稀释剂总量的0.5wt％-1.5wt％。
光引发剂具有较高的光引发活性，能够保持基层树脂的固化精度。
其进一步的技术方案为，所述烧结助剂为氧化铝、氧化镁以及稀土氧化物中的至少两种；所述氮化硅陶瓷粉体为亚微米级陶瓷粉体。亚微米级陶瓷粉体具有良好的烧结活性且比表面积适中，同时具有较低的折射率和吸光度，能够满足高固化氮化硅陶瓷浆料光固化的需要。
其进一步的技术方案为，步骤S4中，基层树脂面曝光能量为120mJ/cm2-200mJ/cm2，能够减少基层树脂打印时间，能够使树脂充分固化，稳定接合在打印平台上；单层固化厚度控制在30-60μm；所述基层树脂的打印厚度大于1mm。
基层树脂的打印厚度应使树脂满足一定的强度，方便打印结束后使用刀片切割打印坯体，同时该厚度应当大于后续高固相含量陶瓷浆料经过刮刀涂膜厚度，使得基层固化树脂能够在平台下移的作用力下排开陶瓷浆料。
其进一步的技术方案为，步骤S5中，所述氮化硅光固化陶瓷浆料经过刮刀的涂敷厚度为所述氮化硅光固化陶瓷浆料在其固相含量下的氮化硅单层固化膜厚度的2-3倍。
其进一步的技术方案为，所述氮化硅光固化陶瓷浆料的打印层厚度比所述氮化硅光固化陶瓷浆料在其固相含量下的单层固化深度小5-10μm；所述氮化硅光固化陶瓷浆料的面曝光能量为100mJ/cm2-250mJ/cm2。
在该面曝光能量的紫外灯曝光下，陶瓷单层固化膜和打印模型具有较高的一致性，浆料中没有明显的过曝碎渣。
与现有技术相比，本发明实施例所能达到的技术效果包括：
本发明利用和打印平台材料亲和力较好的光敏树脂，其固化后的树脂基层，可以作为打印平台和陶瓷层的中间层，一方面，树脂基层与陶瓷层具有较高的亲和力，保证树脂基层与陶瓷层稳定接合；另一方面，树脂基层与打印平台粘接牢靠，在打印高固相含量氮化硅浆料时，树脂基层下压打印面板，能够排开多余陶瓷浆料，减少打印平台与陶瓷浆料的接触面积，减少陶瓷浆料的对打印层向下的拉力，增加成型效率成功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为光固化氮化硅陶瓷浆料的固化深度的变化示意图；
图2为光固化氮化硅陶瓷浆料的粘度的变化示意图；
图3本发明为实施例1提供的一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷的制备方法的应用场景图；
图4为本发明实施例制备得到的光固化高固相含量氮化硅刀具的实物图；
图5为本发明实施例制备得到的光固化高固相含量复杂形状多孔氮化硅坯体的实物图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
参见图3，图3为实施例1提供的一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷的制备方法的应用场景图，图3中，3D打印设备包括Z轴1、打印平台2以及料槽5。基层树脂3粘合在打印平台2上，陶瓷层4固化在基层树脂3上。该方法包括如下步骤：
步骤1：分别称取BPA10EODMA作为光敏树脂预聚物，HDDA作为稀释剂，加入光引发剂Irgacure TPO，超声搅拌至光引发剂完全溶解后，得到基层树脂混合液。其中光敏树脂BPA10EODMA与HDDA的质量比为5:1；Irgacure TPO与光敏树脂混合液的质量比为1:100。
需要说明的是，选用BPA10EODMA作为光敏树脂预聚物，其具有折射率高，粘度适中，光固化速度快，固化收缩率低且固化膜柔韧性好的特点。
选用HDDA作为光敏树脂稀释剂，能够很好的保证基层树脂固化后与打印平台有很强的接合能力，且能够降低基层树脂的粘度。
选用Irgacure TPO作为光引发剂，其具有较高的光引发活性，且能够保证光固化膜的固化精度，减少基层树脂打印缺陷。
步骤2：选用光敏树脂预聚物BPA10EODMA、加入光敏树脂稀释剂HDDA和增塑剂PEG-300，光引发剂Irgacure TPO以及陶瓷分散剂BYK9077，混合均匀后得到树脂预混液，光引发剂完全溶解于树脂预混液中。其中，各原料的质量比为BPA10EODMA:HDDA:PEG-300:Irgacure TPO＝60:20:20:1。
步骤3：将45vol％氮化硅陶瓷加入预混液中，加入少量直径为10mm碳化钨研磨球。将浆料混合均匀后，得到氮化硅光固化陶瓷浆料。其中，以质量比计，氮化硅：BYK9077＝50:1。
步骤4：将基层树脂混合液倒入光固化3D打印机料槽中，然后按照预设陶瓷坯体打印模型，在一定面曝光功率的紫外光灯的照射下，基层树脂在打印平台和打印料槽的间隙中固化，基层树脂固化后紧密粘接在打印平台上。
需要说明的是，基层树脂打印参数设置为160mJ/cm2-200mJ/cm2，基层树脂打印层厚设置为40μm-50μm，以保证基层树脂固化后与打印平台紧密接合，同时提高了打印成功率和打印精度。
步骤5：基层树脂光固化达到2mm以上厚度后，缓慢抬升打印平台高度，将光固化3D打印机的料槽清理干净，并添加足量的氮化硅光固化陶瓷浆料，利用刮刀辅助流氮化硅光固化陶瓷浆料，使氮化硅光固化陶瓷浆料能够均匀涂敷在紫外灯曝光区域，浆料厚度为30μm-80μm左右。
步骤6：缓慢降低打印平台距离，使得打印平台上固化后的基层树脂刚好与曝光面板贴合。
需要说明的是，打印平台应降低高度应略大于步骤5中打印平台抬升高度，约大50μm-200μm。以保证基层打印模型与曝光面板贴合，使得第一层陶瓷固化膜与基层树脂固化膜接合紧密。
步骤7：设置好氮化硅光固化陶瓷浆料的曝光参数，以及打印层厚，开始进行陶瓷层的光固化3D打印。
需要说明的是，氮化硅光固化陶瓷浆料的曝光能量，应控制在100mJ/cm2-250mJ/cm2，使得陶瓷单层固化膜具有足够的固化深度，使打印过程中层与层之间接合紧密，同时减少固化过程中过曝现象，增加陶瓷层固化精度，减少浆料的过曝残渣。打印层厚度应设置在15-25μm，小于该固含量下氮化硅陶瓷浆料的固化深度约5-10μm，优选的小10μm以上。
步骤8：模型打印结束后，用刀片将打印件从打印平台上取下。将坯体放置在脱脂炉中进行脱脂，使得已固化的基层树脂与陶瓷层脱离、分解，脱脂结束后得到具有高坯体密度的氮化硅陶瓷素坯。
需要说明的是，利用脱脂方法将基层树脂与陶瓷层分离的方式能够保证氮化硅陶瓷素坯的形状和尺寸完整。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例步骤1中选用PPTTA作为基层树脂混合液中的光敏树脂预聚物，其他材料及配比不变。PPTTA的固化速度较快，交联聚合程度高。
与实施例1不同的是，本实施例步骤2中选用PPTTA作为陶瓷浆料所用树脂混合液中的光敏树脂预聚物，其他材料及其配比不变。选用PPTTA的目的是为了保持和步骤1中基层树脂材料相同，以保证光固化过程中基层树脂层和氮化硅陶瓷层亲和性保持最佳。
通过实施例1或2制备得到的光固化高固相含量氮化硅刀具如图4所示；通过实施例1或2制备得到的光固化高固相含量复杂形状多孔氮化硅坯体如图5所示。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，尚且本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：
S1，将光敏树脂预聚物、稀释剂和光引发剂均匀混合，得到基层树脂混合液；
S2，将光敏树脂预聚物、稀释剂、增塑剂、光引发剂和陶瓷分散剂均与混合并超声搅拌，得到树脂预混液，其中，光引发剂完全溶解于树脂预混液中；
S3，将含有烧结助剂的氮化硅陶瓷粉体添加进树脂预混液中，并加入研磨球，在均质机中进行混合，制备得到陶瓷固相含量为35vol％-55vol％的氮化硅光固化陶瓷浆料；
S4，将基层树脂混合液倒入光固化3D打印机料槽中，然后按照预设陶瓷坯体打印模型，在紫外光灯的照射下，使基层树脂混合液在打印平台和打印料槽的间隙中固化为基层树脂，其中，基层树脂紧密粘接在打印平台上；
S5，基层树脂光固化达到预设厚度后，缓慢抬升打印平台高度，将光固化3D打印机的料槽清理干净，并添加足量的所述氮化硅光固化陶瓷浆料；利用刮刀辅助流平所述氮化硅光固化陶瓷浆料，使所述氮化硅光固化陶瓷浆料均匀涂敷在紫外灯曝光区域；
S6，缓慢降低打印平台高度，使得打印平台上固化后的基层树脂刚好与曝光面板贴合；
S7，设置所述氮化硅光固化陶瓷浆料的曝光参数以及打印层厚，开始进行陶瓷层的光固化3D打印，得到打印件；
S8，打印结束后，将打印件从打印平台上取下，将打印件放置在脱脂炉中进行脱脂，使得已固化的基层树脂与陶瓷层脱离、分解，脱脂结束后得到具有高坯体密度的氮化硅陶瓷素坯。
2.根据权利要求1所述的光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，所述光敏树脂预聚物为PPTTA、BPA2EODMA以及BPA10EODMA中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，所述稀释剂为HDDA、TMPTA以及CTFA中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，所述光引发剂3为Irgacure TPO和Irgacure369中的至少一种，其中，步骤S1和步骤S2中，光引发剂的总量占光敏树脂预聚物和稀释剂总量的0.5wt％-1.5wt％。
5.根据权利要求1所述的光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂为氧化铝、氧化镁以及稀土氧化物中的至少两种；所述氮化硅陶瓷粉体为亚微米级陶瓷粉体。
6.根据权利要求1所述的光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤S4中，基层树脂面曝光能量为120mJ/cm2-200mJ/cm2；单层固化厚度控制在30-60μm；所述基层树脂的打印厚度大于1mm。
7.根据权利要求1所述的光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述氮化硅光固化陶瓷浆料经过刮刀的涂敷厚度为所述氮化硅光固化陶瓷浆料在其固相含量下的氮化硅单层固化膜厚度的2-3倍。
8.根据权利要求1所述的光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，所述氮化硅光固化陶瓷浆料的打印层厚度比所述氮化硅光固化陶瓷浆料在其固相含量下的单层固化深度小5-10μm；所述氮化硅光固化陶瓷浆料的面曝光能量为100mJ/cm2-250mJ/cm2。
9.一种氮化硅陶瓷，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的方法制备得到。
10.如权利要求9所述的氮化硅陶瓷在陶瓷刀具中的应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113880559A (zh) * 2021-10-29 2022-01-04 华中科技大学 一种基于光固化成形的难固化陶瓷的制备方法及产品
WO2022222448A1 (zh) * 2021-04-21 2022-10-27 广东工业大学 一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷及其制备方法和应用
CN117285361A (zh) * 2023-08-07 2023-12-26 武汉理工大学 一种基于多相颗粒级配的光固化3d打印氮化硅陶瓷浆料及其打印方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH118156A (ja) * 1997-06-16 1999-01-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層セラミック電子部品の製造方法
CN101000462A (zh) * 2006-01-12 2007-07-18 日立化成工业株式会社 光固化性树脂组合物及形成图案的方法
CN106699191A (zh) * 2017-01-20 2017-05-24 广东工业大学 一种基于光固化成型的3d打印制备氮化硅陶瓷的方法
CN106810215A (zh) * 2017-01-18 2017-06-09 深圳摩方新材科技有限公司 一种陶瓷浆料的制备及3d打印光固化成型方法
CN108249930A (zh) * 2017-12-29 2018-07-06 深圳长朗智能科技有限公司 提供光洁轮廓的光固化树脂基陶瓷复合材料及胚体脱脂方法
CN108892515A (zh) * 2018-08-03 2018-11-27 广东工业大学 一种光固化氮化硅陶瓷浆料、氮化硅陶瓷及其制备方法
CN109896862A (zh) * 2019-02-27 2019-06-18 广东工业大学 一种复杂形状的β-SiAlON陶瓷及其制备方法
CN110240485A (zh) * 2019-06-21 2019-09-17 天津大学 一种基于热固粘接的陶瓷增材制造方法及设备
CN110357643A (zh) * 2019-07-25 2019-10-22 航天特种材料及工艺技术研究所 光固化3d打印用氮化硅陶瓷浆料、制备方法及氮化硅陶瓷
CN111233443A (zh) * 2020-02-23 2020-06-05 西北工业大学 一种高固相含量3d打印陶瓷型芯浆料及制备方法
CN111348906A (zh) * 2020-02-10 2020-06-30 中国科学院金属研究所 一种熔模铸造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脱脂方法
CN111572016A (zh) * 2019-02-15 2020-08-25 中南大学 一种连续纤维增强构件的3d打印成型方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107158474A (zh) * 2017-05-26 2017-09-15 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 光固化3d打印牙科种植体用浆料及其制备方法和应用
KR20190068652A (ko) * 2017-12-08 2019-06-19 주식회사 퀀타머티리얼스 인체 경조직 대체를 위한 3차원 프린팅용 원료 및 그 제조방법
CN108675798B (zh) * 2018-08-03 2021-08-13 广东工业大学 一种氮化硅陶瓷及其制备方法
CN109133917B (zh) * 2018-11-02 2022-03-25 华南农业大学 一种dlp增材制造用的陶瓷浆料及其制备方法和采用该浆料制备成品的方法
CN113511901B (zh) * 2021-04-21 2022-12-02 广东工业大学 一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷及其制备方法和应用

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH118156A (ja) * 1997-06-16 1999-01-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層セラミック電子部品の製造方法
CN101000462A (zh) * 2006-01-12 2007-07-18 日立化成工业株式会社 光固化性树脂组合物及形成图案的方法
CN106810215A (zh) * 2017-01-18 2017-06-09 深圳摩方新材科技有限公司 一种陶瓷浆料的制备及3d打印光固化成型方法
CN106699191A (zh) * 2017-01-20 2017-05-24 广东工业大学 一种基于光固化成型的3d打印制备氮化硅陶瓷的方法
CN108249930A (zh) * 2017-12-29 2018-07-06 深圳长朗智能科技有限公司 提供光洁轮廓的光固化树脂基陶瓷复合材料及胚体脱脂方法
CN108892515A (zh) * 2018-08-03 2018-11-27 广东工业大学 一种光固化氮化硅陶瓷浆料、氮化硅陶瓷及其制备方法
CN111572016A (zh) * 2019-02-15 2020-08-25 中南大学 一种连续纤维增强构件的3d打印成型方法
CN109896862A (zh) * 2019-02-27 2019-06-18 广东工业大学 一种复杂形状的β-SiAlON陶瓷及其制备方法
CN110240485A (zh) * 2019-06-21 2019-09-17 天津大学 一种基于热固粘接的陶瓷增材制造方法及设备
CN110357643A (zh) * 2019-07-25 2019-10-22 航天特种材料及工艺技术研究所 光固化3d打印用氮化硅陶瓷浆料、制备方法及氮化硅陶瓷
CN111348906A (zh) * 2020-02-10 2020-06-30 中国科学院金属研究所 一种熔模铸造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脱脂方法
CN111233443A (zh) * 2020-02-23 2020-06-05 西北工业大学 一种高固相含量3d打印陶瓷型芯浆料及制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022222448A1 (zh) * 2021-04-21 2022-10-27 广东工业大学 一种光固化成型的高固相含量氮化硅陶瓷及其制备方法和应用
CN113880559A (zh) * 2021-10-29 2022-01-04 华中科技大学 一种基于光固化成形的难固化陶瓷的制备方法及产品
CN117285361A (zh) * 2023-08-07 2023-12-26 武汉理工大学 一种基于多相颗粒级配的光固化3d打印氮化硅陶瓷浆料及其打印方法

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