4D打印技術(shù)是指由3D技術(shù)打印出來的結(jié)構(gòu)能夠在外界激勵下發(fā)生形狀或者結(jié)構(gòu)的改變，直接將材料與結(jié)構(gòu)的變形設計內(nèi)置到物料當中，簡化了從設計理念到實物的造物過程，讓物體能自動組裝構(gòu)型，實現(xiàn)了產(chǎn)品設計、制造和裝配的一體化融合?；?D打印獨特的特點，其在航空發(fā)動機熱端部件如渦輪葉片、渦輪外環(huán)等具有重要的應用前景。

　　廣東省科學院新材料研究所（以下簡稱為省科學院新材料所）熱噴涂研究中心團隊在此前研究中，采用4D打印技術(shù)對SiOC基材料開展了系統(tǒng)研究包括打印工藝、前/后處理工藝等。針對SiOC陶瓷材料高溫力學性能等痛點問題，近日該團隊聯(lián)合香港城市大學呂堅院士團隊，提出了4D打印陶瓷部件氧化鋁表面改性技術(shù)，探究了原子層沉積（ALD）技術(shù)對4D打印SiOC基陶瓷材料高溫力學性能的提升作用機制，拓展了SiOC基陶瓷材料的高溫應用前景。

　　該工作利用ALD技術(shù)在4D打印SiOC基陶瓷材料的表面制備Al₂O₃涂層，其設計思路如下：第一，ALD技術(shù)可以確保Al₂O₃薄膜在4D打印陶瓷表面的全方位均勻覆蓋，在打印結(jié)構(gòu)的外表面和網(wǎng)格內(nèi)部表面上都均勻沉積Al₂O₃層，其對復雜結(jié)構(gòu)SiOC材料的全方位保護是熱噴涂、物理氣相沉積等傳統(tǒng)技術(shù)無法比擬的。第二，Al₂O₃為六方致密結(jié)構(gòu)，可有效阻隔外界氧氣往基體內(nèi)部擴散，避免SiOC氧化；第三，當SiOC用于航空發(fā)動機熱端部件，會發(fā)生水氧腐蝕，即SiOC會與氧氣發(fā)生反應形成SiO₂，而SiO₂會與發(fā)動機燃料燃燒形成的水蒸氣發(fā)生反應，形成Si(OH)2揮發(fā)物，而Al₂O₃比SiOC具備更低的水氧活性；第四，Al₂O₃會與SiO₂反應形成莫來石，莫來石具備高熔化溫度（1910 ℃）和低導熱系數(shù)（≤0.35 W/(m·℃），可作為熱障涂層。

4D打印復雜網(wǎng)格結(jié)構(gòu)SiOC基陶瓷材料高溫性能測試

　　研究表明，所制備的陶瓷樣品平均密度為1.2-1.9 g/cm³，是傳統(tǒng)高溫合金熱障涂層的16-25%。在1400 ℃的火焰燒蝕試驗中，Al₂O₃改性陶瓷樣品的抗高溫氧化性能是典型熱障涂層的6倍。此外，1500 ℃的火焰燒蝕試驗前后的比質(zhì)量變化只有0.9 mg/cm²。該研究獲廣東省科學技術(shù)廳廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃資助，相關(guān)研究成果近日發(fā)表于Advance Materials期刊（材料科學類頂刊，中科院一區(qū)，IF=29.4）。

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202302108

　　供稿：省科學院新材料所

　　撰稿：張小鋒

　　審稿：董軍  鄭開宏  王昊

　　校稿：徐超  肖捷  章震  黃巧純