Vat photopolymerization 3D printing of thermal insulating mullite fiber-based porous ceramics

材料科学 莫来石 光致聚合物 多孔性 陶瓷 纤维 复合材料 微观结构 热的 3D打印 热稳定性 泥浆 保温 烧结 聚合物 化学工程 图层(电子) 聚合 物理 工程类 气象学
作者
Yueqi Cao,Xiaojing Xu,Zheng Qin,Chong He,Liwen Yan,Feng Hou,Jiachen Liu,Anran Guo
出处
期刊:Additive manufacturing [Elsevier]
卷期号:60: 103235-103235 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.addma.2022.103235
摘要

To satisfy the eagerness for mullite fiber-based porous ceramics (Mu f -based porous ceramics) with complex geometries in high-temperature thermal insulation fields, vat photopolymerization three-dimensional (3D) printing was first employed to prepare the highly complex Mu f -based porous ceramics. Herein, a photosensitive hydroxysiloxane HPMS-KH570 was employed as the resin matrix, which not only prevented the fiber agglomeration and improved the rheological properties of the slurries but also acted as a high-temperature binder to fix the fiber cross points after sintering and consequently improved the structural stability of the 3D-Mu f -based porous ceramics. The effects of mullite fiber (Mu f ) aspect ratio and content on the performance of Mu f slurries, microstructure and physical properties of the 3D-Mu f -based porous ceramics were investigated. When the fiber aspect ratio was 45 and the fiber content was 6.67 vol%, the Mu f slurry exhibited the most suitable properties for vat photopolymerization 3D printing, and the corresponding 3D-Mu f -based porous ceramics exhibited a well-defined 3D printed lattice structure with struts consisting of randomly crisscrossing Mu f . This unique 3D skeleton structure endowed the 3D-Mu f -based porous ceramics with low density (0.47 g/cm 3 ) and low room temperature thermal conductivity (0.11 W/(m·K)), enabling it a promising candidate for high-temperature (1000-1400 ℃) insulation materials. Furthermore, this printing strategy provided references for vat photopolymerization 3D printing of other fiber-based materials. • A strategy for DLP printing of 3D-Mu f -based porous ceramics was first presented. • The addition of HPMS-KH570 can prevent fiber agglomeration. • HPMS-KH570 can transform into SiO 2 binders and fix the fiber cross points. • 3D-Mu f -based porous ceramics exhibited an excellent thermal insulation property. • This work provides references for the DLP printing of other fiber-based materials.
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