国内企业在3D打印金属陶瓷材料方面的进展

金属陶瓷英文单词cermet或ceramet是由ceramic（陶瓷）和metal（金属）结合构成的。金属陶瓷是一种复合材料，它的定义在不同时期略有不同，如，有的定义为由陶瓷和金属组成的一种材料，或由粉末冶金方法制成的陶瓷与金属的复合材料。

美国ASTM专业委员会定义为：一种由金属或合金与一种或多种陶瓷相组成的非均质的复合材料，其中后者约占15%～85%体积分数，同时在制备的温度下，金属和陶瓷相之问的溶解度相当小。从狭义的角度定义的金属陶瓷是指复合材料中金属和陶瓷相在三维空间上都存在界面的一类材料。兼有金属和陶瓷的某些优点，如前者的韧性和抗弯性，后者的耐高温、高强度和抗氧化性能等。


关于金属与陶瓷的混合打印，之前，德国Fraunhofer研究所就研发了陶瓷和金属粉末悬浮液。陶瓷或金属粉末被混合在一种低熔点的热塑性粘合剂中，热塑性粘合剂在80摄氏度时就会融化成为液体。在打印过程中，打印机的电性温度熔化了粘合剂，并混合着陶瓷或金属粉末材料以液滴的形式被沉积下来。沉积后液滴迅速冷却变硬，三维对象就这样被点对点逐渐打印出来。金属、玻璃或陶瓷粉末材料被均匀的混合在粘合剂中。粘度也是精确控制，混入的粉末材料既不能太“稀”也不能太“稠”，这样打印机才能进行流畅的打印。

金属与陶瓷的水溶型墨水

国内最大的羰基铁粉生产企业江苏天一超细金属粉末有限公司研发了一种用于3D打印金属、陶瓷及其复（混）合材质制品水溶型墨水。墨水材料组成质量比：30%—70%材质组份(金属、合金、陶瓷等)；1%—9%高分子材料组份，69%—21%水。可以说打印材料是由由水、溶解于水的高分子材料、金属、陶瓷及其复（混）合粉末的材质材料、助剂组成。

通过这种墨水打印出来的成品需要经过蒸发塑化、脱粘、烧结得到所需要材质的制品。

金属增韧陶瓷基复合材料

成都新柯力化工科技有限公司研发了用于3D打印的金属增韧陶瓷基复合材料，是一种金属纤维缠绕镶嵌在陶瓷微球表面形成的金属增韧陶瓷复合微球。

原料包括：陶瓷微球80-90份，金属纤维5-10份，界面改性剂1-1.5份，活性剂0.1-0.5份，粘接剂3-5份；通过界面侵蚀改性陶瓷微球表面，使陶瓷微球表面形成可镶嵌的界面，从而利用圆盘研磨机碾压使金属纤维镶嵌至界面被侵蚀的陶瓷微球表面，形成由金属纤维缠绕镶嵌在陶瓷微球表面形成的金属增韧陶瓷复合微球，不但满足3D打印所需球形的特征，而且，金属纤维呈网状在陶瓷微球表面分布，3D打印烧结后的陶瓷制品中金属以网状分布，从而实现增韧。

这项技术改变了陶瓷粉通过3D打印的时候，因结构不均匀、晶体组织均匀差等使陶瓷制品的塑性和韧性降低的缺陷。

金属粉表面形成陶瓷面的增韧材料

利用碳化硅、晶须材料可以增强金属用作飞机涡轮发动机和超音速飞机的表面材料，然而传统方法对金属的增强都是将金属熔融后加入纤维然后成型。成都新柯力化工研发出通过金属粉增强处理可有效克服3D打印制备金属制品强度缺陷的技术。原料包括：金属粉末50-60份，锂瓷石20-25份，石英3-8份，硼酸锌2-3份，碳酸钠1-3份，粘接剂0.5-2份。

该增强金属复合材料是通过粘接和烧结，在金属粉表面形成陶瓷面，该陶瓷面具有微孔，赋予金属粉强度和韧性。同时具有球形度高、粒径小、分布窄的特性。用于3D打印直接成型金属制品时，金属瓷面在低于金属熔点的温度条件下粘连，有效防止金属制品的变形，从而得到高强度、高韧性的金属制品。