南理工王杰平、易文斌等 Adv. Sci.：通過光固化3D打印制備高密度微結構鎢
2024-08-26 來源：高分子科技
鎢(W)因其獨特的性能組合而受到高度重視，其中包括高密度，優異的導熱性和導電性，卓越的機械強度和優越的化學穩定性。然而，諸如粉末冶金、化學氣相沉積和真空熔化等傳統加工方法難以制備形狀復雜的鎢。相較之下，增材制造技術具有靈活的設計自由度，可加工任意形狀的零部件。然而，現有的鎢增材制造技術如粉末床熔合和定向能沉積等，受光束尺寸和粉末質量的限制，成品表面質量不佳，且難以進行微納級別的加工。與其他增材制造技術相比，還原光聚合為制造具有優異形狀保真度和較低表面粗糙度的復雜金屬結構提供了一條有前途的途徑。然而現有的還原光聚合技術所制造的鎢結構普遍存在表面缺陷多、密度低、機械強度差等缺陷，因此如何利用該技術來實現鎢的高密度、高強度制造仍是亟待解決的問題。
圖1 a)高密度鎢微結構的制備工藝，b)印刷前驅體(左)和燒結鎢(右)，c)含鎢光敏樹脂配方。
微柱壓縮實驗表明所制備的鎢具有1552MPa的抗壓強度（圖 2b），與塊狀鎢相似。納米壓痕實驗表明在10 mN載荷下，其納米壓痕硬度可達到7.5 GPa，楊氏模量為292.2 GPa（圖 2c）。在連續剛度模式下，隨著壓痕深度從20 nm增加到220 nm，其納米壓痕硬度從13.2 GPa下降至7.6 GPa（圖 2d），與市售的鎢相比，其硬度值約為參考值的1.36 ~ 2.05倍 （圖 2e）。最后，對整個鎢晶格結構進行了壓縮測試。結果表明，其具有高達13 MPa的抗壓強度，已經遠遠超出現有的報道值（0.9 MPa）。
該研究揭示了樹脂中金屬負載量對后續脫脂燒結的影響，即越高的金屬離子負載量越有利于脫脂燒結的致密化，這一點在以往的研究中未曾被提及。此外，該研究提出的三步燒結法，進一步提高了小尺寸結構在脫脂燒結后的結構完整性，可為后續的研究者提供有意義的策略參考。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202405487
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（責任編輯：xu）
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