完胜烧结陶瓷？新型氧化锆/环氧树脂陶瓷复合材料韧性提升116倍

7月18日，Additive Manufacturing（增材制造）期刊披露了一份南方科技大学、伯明翰大学、香港科技大学以及北京大学深圳医院口腔医学中心口腔修复科等机构联合的科研成果，研究人员利用3D打印制备出仿生增韧设计的陶瓷高分子复合材料，不仅可以用于齿科修复，还有望将其扩展至包括组织工程、汽车和航空航天工业以及能源设备在内的广泛行业的新应用当中。

具有仿生增韧设计的陶瓷复合材料的3D打印 （图片来源：bymandesigns/Shutterstock.com）

模仿珍珠层的实体结构被认为是一种有效制造耐损伤陶瓷复合材料的思路。尽管仿珍珠层陶瓷复合材料具有良好的特性，但仿生复合材料的不连续陶瓷相会导致软/硬界面处的应力集中，从而降低其承载能力。因此，业界期待开发一种双连续相陶瓷复合材料（IPC）。

在这项研究中，研究人员通过使用增材制造(AM)和尖端的仿生增韧设计来制造具有出色损伤容限的几何具有挑战性的陶瓷复合材料零件。他们提出了一种可行的策略，利用增材制造来制造具有双连续氧化锆/环氧树脂相的陶瓷复合材料，研究人员使用自制的数字光处理 (DLP) 打印机制作了所提出的支架，然后用环氧树脂聚合物浸润作为软相。在修复牙科中，含有75vol.%氧化锆的IPC被构建为后桥或前桥的牙本质。致密的氧化锆也可以用作坚硬的外釉质。

实验结果表明，与烧结陶瓷相比，均匀和渐变复合材料的强度分别增加了84%和213%，而杨氏模量仅略有增加。此外，发现均匀复合材料和分级复合材料的硬度和韧性分别显着提高了30倍和116倍。

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