氧化铝陶瓷具有密度低、机械强度和硬度高、耐腐蚀和耐磨性好、耐高温、生物惰性和食品相容等优异性能，在航空航天、汽车、机械、电子、生物医药、卫生等领域应用广泛。作为众多3D打印技术的一种，激光增材制造技术具有无需模具、一体化成型、材料结构设计灵活、材料利用率高的优势，在氧化铝陶瓷的一步无模一体化制备中的应用潜力巨大。快速凝固下直接由熔体中生长晶体的方式，使得该技术制备的陶瓷材料在热端部件应用的潜力更为突出。然而，机械性能的局限性和对高温稳定性的了解不足限制了其应用，机械性能的显著提升成为熔体自生氧化铝陶瓷激光增材高质量制造的关键挑战之一。
近期，广东省科学院智能制造研究所毕贵军研究员团队与大连理工大学合作，利用高温热处理方法诱发裂纹愈合和应力缓解的强化机制显著提高了激光增材制造制备的熔体自生高纯氧化铝陶瓷的机械性能，并揭示了熔体自生高纯氧化铝陶瓷极佳高温稳定性的宏微观特征。采用这种方法处理后的抗弯强度最高可达548 MPa，提高了103%，且材料的重量、几何尺寸和粗糙度在1600 ℃热处理后的变化可忽略不计，具有极佳的高温稳定性。该发现将利用激光增材制造技术制备高性能和高质量氧化物陶瓷的研究推入到新高度。
图1 熔体自生高纯氧化铝陶瓷样件
图2 高纯氧化铝陶瓷的质量和几何形状
图3 高纯氧化铝陶瓷的表面粗糙度
图4 高纯氧化铝样件表面裂纹愈合现象
图5 抗弯强度
相关研究成果 “Melt-grown behaviour of heat treated high-purity alumina ceramics prepared by laser directed energy deposition”发表在国际知名期刊Ceramics International（材料科学，中科院一区，IF：5.2），省科学院智能制造所赵大可博士为第一作者。该项工作得到了广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金项目和打造综合产业技术创新中心行动资金项目的资助。
论文信息：Dake Zhao,Guijun Bi,Jie Chen,Jia Zhu,Fangyong Niu,Guangyi Ma,Dongjiang Wu. Melt-grown behaviour of heat treated high-purity alumina ceramics prepared by laser directed energy deposition. Ceramics International 50(2024) 1777-1787
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0272884223033503
先进激光增材制造技术创新团队
2024年3月11日
