绿色氧化锆(ZrO_(2))陶瓷饰品材料的光固化3D打印成形研究

作     者：武嘉欣 刘颖洁 蔡滨旭 杜兆阳 李正 WU Jiaxin;LIU Yingjie;CAI Bingxu;DU Zhaoyang;LI Zheng

作者机构：中国地质大学(武汉)珠宝学院湖北武汉430074 湖北省珠宝工程技术研究中心湖北武汉430074 

出 版 物：《宝石和宝石学杂志（中英文）》 (Journal of Gems & Gemmology)

年 卷 期：2024年第26卷第2期

页      面：1-13页

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 1304[艺术学-美术学] 13[艺术学] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：中国地质大学(武汉)中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CUGDCJJ202249) 武汉市知识创新专项-基础研究项目(2022020801010196) 中国地质大学(武汉)珠宝学院开放基金(CIGTXM-03-202305) 

主　　题：绿色氧化锆(ZrO_(2))陶瓷 陶瓷首饰 光固化3D打印 

摘      要：彩色氧化锆(ZrO_(2))陶瓷以其丰富的色彩,金属光泽以及优良生物亲和性等特点,在装饰材料以及艺术品领域得到了广泛关注。受限于氧化锆陶瓷的高强度和高硬度,复杂结构陶瓷饰品对模具要求高,成本高周期长,不利于个性化定制。激光立体光刻(SLA)作为一种无需模具的高精度3D打印技术,在复杂结构设计的个性化陶瓷饰品制造上极具潜力。然而该技术在打印高吸光度、高折射率彩色氧化锆材料方面还存在很多挑战,主要在于深色氧化锆的紫外光吸收性以及高折射率导致的光散射,进而造成固化层厚度小,容易分层甚至难以成形。本文基于SLA技术,以绿色氧化锆为研究对象,在绿色氧化锆光固化陶瓷浆料中引入低折射率SiO_(2)作为紫外光传导介质,降低陶瓷浆料固液界面折射率差值以减少散射,增强紫外光透射,并通过流变力学、光固化动力学、物相结构、致色机理、力学性能等分析,优化打印成形工艺与脱脂烧结工艺,最终确定以15 vol.%SiO_(2)掺入的绿色氧化锆色彩与力学综合性能表现较好。综上,通过在绿色氧化锆陶瓷浆料中加入15 vol.%SiO_(2),在1450℃下烧结可以制备出色彩饱满,力学性能良好的复杂结构陶瓷饰品,满足绿色氧化锆陶瓷首饰在穿戴过程中的审美要求和实用性需求,并为彩色氧化锆陶瓷3D打印成形提供了新思路。