自发凝固铸造(SCC)是一种新型的胶体成型工艺，自2011年以来因其高堆积密度和无毒性等优点而引起了广泛关注，并且能够以极低的异丁烯和马来酸酐共聚物(PIBM)添加量(<1 wt%)实现分散和凝固。

研究增强自凝铸造氧化物陶瓷生坯的可塑性

进一步研究发现，该方法形成的坯体较脆，且所用粉末粒径越小，坯体越脆。本文报道了通过 SCC 成型的氧化物陶瓷生坯塑性增强的研究。

该团队于 2024 年 5 月 21 日在《先进陶瓷杂志》上发表了他们的文章。

“这项研究的目的是在 PIBM 凝胶系统中使用增塑剂来增强不同粒径氧化物陶瓷生坯的可塑性。水溶性增塑剂甘油和聚乙二醇(PEG) 被选中，因为它们含有极性基团 (-OH) 和非极性部分，”作者说。

研究团队通过分析弯曲应力应变曲线和冲击韧性，并结合实际加工进行钻孔实验，量化了不同增塑剂和不同粒径粉末的生坯的可塑性。

“陶瓷粉末的粒径在决定增塑剂的合适选择方面起着至关重要的作用。对于亚微米粉末，发现添加量低、分子链较短的甘油具有更明显的增塑效果。随着粒径的减小，PEG分子链较长，可塑性增强。

“纳米级粉末需要增加用量。0.45 μm、0.18 μm 和 50 nm 的粒径显示，添加 1 wt% 甘油、1 wt% PEG 和 5 wt% PEG 后可塑性得到改善，钻孔测试表明，使用增塑剂的生坯的孔周围几乎没有裂缝，”作者说。

此外，作者发现“增塑剂对生坯的烧结特性几乎没有影响。”

关于可塑性机制，作者解释道：“甘油和PEG分子的引入会通过氢键和疏水作用与陶瓷浆料中的PIBM分子相互作用，影响PIBM分子之间的相互作用，从而改变凝胶网络结构。干燥后，该网络包裹在陶瓷颗粒表面，形成茧状结构……以缓解颗粒之间的硬接触。”

研究团队期望制备出大尺寸的样品，从而进一步拓展自发凝固铸造的工业化应用。

贡献者包括中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室的王娟娟、赵瑾、毛俊彦、刘文龙、季浩浩、张健和王世伟。