AUTOCERA技术在航天反光镜中的应用研究

上海硅酸盐研究所杨勇教授，2020年发表于

《Additive Manufacturing》

《轻质高强度碳纤维/碳化硅陶瓷的光固化增材制造》

摘要：提出了一种利用AutoCera技术结合液态硅渗透制备短切碳纤维/碳化硅陶瓷复合材料的新方法。制备了包含C_f（碳纤维）的光敏悬浮液，并用北京十维科技的AutoCera技术制备了几何形状复杂的C_f预成型体。所制备的3D构架体印刷稳定性高，精度高，成型偏差小于5%。此外，紧密结合的相邻层可以起到光敏树脂固化附着力与短切碳纤维交叉钉扎的协同作用。经液态硅渗透后，制备的构件致密，最大挠曲强度为262.6MPa。这一策略为制备形状和结构复杂的碳化硅陶瓷复合材料提供了良好的前景和可能性。

成形原理：如图1.1所示。将光敏树脂和碳纤维混合，利用AutoCera-M打印碳纤维生坯，随后真空脱脂得到碳纤维支架。后续在1650℃进行液态硅渗透处理，然后在氩气气氛中冷却至室温，最后进行抛光处理和检测。

图1.1 （a）制备示意图；（b）不同层切片图案

图1.2为碳纤维预制体的微观电镜图，可清晰观察到碳纤维的结构和状态。图1.3 为不同形态的碳纤维预制体坯件。图1.4为制备完成的碳化硅镜子。图1.5 抗弯强度在目前3D打印碳化硅研究中的对比。

图1.2 碳纤维预制体微观结构

图1.3 不同结构的碳纤维预制体坯体

图1.4 碳化硅镜子的制备过程

图1.5 抗弯强度在目前3D打印碳化硅研究中的对比

十维科技的AutoCera-M陶瓷3D打印机可适配添加有碳纤维的高粘度碳化硅陶瓷浆料，在高精密铺料组件的工艺参数调整下，实现了均匀浆料薄层的涂覆。另外，对于碳化硅纤维浆料这种高吸收、高散射的材料，经过特殊设计的光学组件能够在浆料中实现足够的穿透深度从而获得足够的固化厚度。工业级的Z轴精度保证了每层打印的精确性和零件的整体均匀性，防止缺陷形成。此外AutoCera-M的全工艺参数窗口开放，能够适应浆料组分的调整，进一步为优化最终性能提供条件。