【详解】陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术研究与应用

随着制造技术的不断发展和应用需求的提升，陶瓷材料因其具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等独特优势，开始被应用于火箭收-扩式可调尾喷管、热电偶套管、热交换器等热端部件的制造。2010年11月，通用电气公司在F414改进型发动机上进行了陶瓷基复合材料（CMC）涡轮转子叶片的试验性应用；2013年GE9X发动机研究项目高压压气机（HPC）采用了CMC制造燃烧室和涡轮。这些热端陶瓷零部件结构复杂，特别是一些具有薄壁、内流管道、深孔等特征的零件，采用传统加工工艺困难，如切削加工、干压成型、注浆成 型、流延成型、凝胶注模成型等方法，难以满足生产需求 。独家专访：荷兰DLP 陶瓷&DLP金属3D打印黑科技ADMATEC一篇文章带你读懂陶瓷3D打印

为满足新一代复杂零部件的先进制造需求，产品的轻量化以及节能高效的先进制造工艺越来越受到青睐，新型制造技术不断涌现，这些新加工方法在弥补和克服传统加工工艺不足的同时为陶瓷零件的制造提供了新的思路。增材制造技术是20世纪80年代出现的一种新型“增量”快速制造技术，将三维模型降为系列二维平面，利用离散材料逐层堆积，自下而上“生长”成具有任意复杂结构的三维产品。

该技术可在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计数据，快速制造出新产品，从而极大缩短新产品研发周期、降低开发成本，对企业快速响应市场、提升市场竞争力具有重要价值。选择性激光烧结（SLS）和选择性激光熔融（SLM）技术是增材制造技术的重要分支，一经提出就引起研究人员广泛关注，塑料、尼龙、树脂及金属材料SLS/SLM技术已经取得了较好的研究成果并在航空航天、医疗、模具、汽车等领域得到广泛应用。

然而，对于Al2O3、ZrO2、SiO2、Si3N4、TiC、SiC、莫来石、磷灰石等陶瓷材料，由于熔点高、脆性大，塑性和韧性差，在热冲击下易产生裂纹，同时由于SLS/SLM急热急冷的加工特点，使得陶瓷材料在成形过程中容易产生裂纹，成形困难。目前，国内外已经有一些科研院所开展陶瓷材料的SLS/SLM技术研究，在陶瓷材料SLS/SLM成形理论和技术方面取得了一定的进展。本文作者查阅了国内外开展陶瓷材料SLS/SLM技术研究主要科研院所，详细分析了目前陶瓷材料SLS/SLM研究状态和水平，激光成形工艺参数、温度场及后处理等因素对SLS/SLM成形件质量和性能的影响作用。

2 陶瓷材料的SLS/SLM成形发展现状

2．1 陶瓷材料的SLS成形发展现状
SLS由美国Texas大学Austin分校的CarlCkard于1989年提出，采用先预置粉末，激光有选择地分层烧 结固体粉末，并使烧结成形的固化层层层叠加生成所需形状的零件。根据烧结过程不同的粘结机理， SLS分为固态烧结、化学诱导连接、部分熔化的液相烧结和完全熔化四种类型；根据在成形过程中是否使用粘 结剂，SLS又分为添加粘结剂和不添加粘结剂两类。

添加粘结剂的SLS，首先将粉末材料与粘结剂混合，激 光有选择地分层烧结混合粉末获得成形件，然后将所得成形件置于加热炉中，通过脱脂处理去除其中的粘结剂，再进行浸渗处理，在孔隙中渗入填充物；对于不添加粘结剂的SLS，烧结材料由高熔点和低熔点两种粉末材料构成，在激光扫描过程中，低熔点的粉末颗粒熔化，而高熔点的粉末颗粒温度升高但并未熔化，低熔点的粉末颗粒作为粘结剂将高熔点的粉末材料粘结在一起形成成形件。 从SLS成形技术提出到现在，以比利时鲁汶大学、美国德克萨斯大学奥斯汀分校、美国宾夕法尼亚大学等高校为代表的研究机构已经针对陶瓷材料开展了一系列研究。目前，应用于SLS的陶瓷材料主要包括氧化锆、氧化铝、硼化锆等。

2．1．1氧化锆SLS成形
氧化锆密度大，熔点高达2700℃，耐热性、耐蚀性优良，导热率低，被认为是发动机上最有前途的陶瓷材料。同时，氧化锆透光性好、具有较好生物相容性，是牙科领域新兴修复材料。稳定剂氧化钇含量是影响氧化锆相变临界尺寸的主要因素，通过控制氧化钇含量可以影响其相变增韧效应从而影响成形件的断裂韧性。Harlan等采用TZ-8Y氧化钇氧化锆粉末开展激光烧结实验，观察成形件（图1）微观结构，未发现裂纹且每个方向上的线性收缩为13%， 样件平均粗糙度为14μm。

经浸渗处理后，各表面粗糙度降低为9μm，中间小孔表面粗糙度5μm。俄罗斯科学院Lebedev物理研究所Shishkovsky和法国DIPI实验室的Yadroitsev等采用ZrO2（ZrO290wt%，Y2O310wt%）粉末，在PhenixPM100上进行激光烧结成形实验，成形图2所示的氧 化锆陶瓷试样，成形件表面微观组织（图3）相对均匀致密，但是含有气孔和裂纹。

美国宾夕法尼亚大学Peelamedu等 对钇含量3%的稳定四方多晶氧化锆（3Y-TZP）粉末进行SLS成形，采用Nd∶YAG激光器（1．06μm波长）和2．45-GHz微波辐射相结合的方式成形了直径12mm，厚度5mm 的氧化锆小球，所得试样微观结构纹理细密（图4），纳米级晶粒平均尺寸大小为20nm， 内部结构均匀，没有发现裂纹或者孔洞，致密度达到90%

。

上述研究表明， 氧化锆中氧化钇含量在一定程度上对成形件的质量产生影响。当氧化锆中氧化钇含量较高时，成形件表面质量较差，出现裂纹和孔洞，致密度较低；氧化钇含量较低时，成形微观结构细密且致密度较高。然而，从查阅文献来看，样本数据较少，氧化钇作为稳定剂通过影响可相变氧化锆含量及其相变增韧作用对激光烧结成形氧化锆致密形和微观结构的影响还有待进一步研究。

2．1．2 氧化铝SLS成形

另一种常见的适用于SLS成形的陶瓷材料为氧化铝陶瓷，其常温力学性能较好，具有高强度，高硬度、高耐磨性，且抗腐蚀、高温稳定性好，热膨胀系数高，可作为高温耐火材料、耐火砖、人造宝石等，在工业领域应用广泛。此外， 氧化铝还可应用于骨科领域。氧化铝作为SLS原材料，粘结剂的选用及后处理工艺是保证成形件质量和性能的重要因素。


比利时鲁汶大学Shahzad等 采用聚酰胺PA作为有机粘结剂，间接SLS成形Al2O3，针对不同粘结剂含量的原料进行对比实验，实验结果如表1所示。当粘结剂含量为40%时，得到SLS成形件相对密度50．4%； 粘结剂含量为50%时，其相对密度43．1%。研究显示氧化铝SLS成形时粉末中粘结剂含量越高，烧结件致密度越低。表明烧结件中粘结剂的去除也是影响成形件致密度，导致内部出现微小孔隙的原因之一。

2．2 陶瓷材料的SLM成形发展现状
SLM是在SLS基础上，1995年由德国Fraunhofer激光研究所提出，采用激光有选择地分层融化固体 粉末，并使熔融层固化叠加形成零件。与SLS不同， SLM在成形过程中不需要添加粘结剂而是通过粉末的熔融固化来实现成形，可较方便地控制孔隙率与孔隙形状，成形出具有复杂内部结构的多孔件  。同时，由于粉末经激光扫描快速融化、瞬时凝固，微观组织细密，SLM成形件力学性能优于铸件，使得其在复杂难加工 件的成形具有突出优势，适合于加工小结构、高质量的复杂不规则组件及进行零件的修复和表面工程，在航空航天、汽车及生物医疗等领域显现了良好的应用前景 。

区别于陶瓷材料SLS技术，陶瓷材料SLM技术是将粉末完全融化后再凝固成形，成形件致密度高，力学性能较SLS成形件高，但其表面质量较差。 氧化锆和氧化铝作为常用的工业及医用陶瓷材料，其混合粉末具有单一粉末所不具备的特性。Al2O3和ZrO2在高温下能共熔，一方面，Al2O3颗粒和ZrO2颗粒相互抑制其生长，成形件晶粒细小且均匀；另一方 面，具有高弹性模量的Al2O3颗粒有助于ZrO2四方相的保留， 使ZrO2相变增韧陶瓷的相变应力明显提高，断裂韧性提高，对裂纹产生一定的抑制作用。

德国Fraunhofer激光研究所Hagedorn等采用CO2激光器预 热粉床至1715℃，Nd∶YAG激光器扫描，熔融Al2O3和ZrO2混合粉末（ZrO241．5wt%， Al2O358．5wt%）获得了致密度为100%的试件（图5），该试件在未经后期烧结工艺和处理情况下具有细粒度的两相组织结构：四 方晶氧化锆和α-氧化铝，抗弯强度高于500MPa。然而，试样表面粗糙度高，当试件的高度大于3mm时，试件将不能达到100%的致密度且会产生裂纹

。   

由于SLM成形过程骤冷骤热的加工特点，成形过程中热梯度的控制直接关系到成形件中热应力分布， 影响裂纹的产生。Wilkes博士 开展预热温度对裂纹影响的实验研究，在无预热条件下SLM成形Al2O3和ZrO2混合粉末，未能获得无裂纹试件，所制试件力学性能差，弯曲强度只有9．7MPa，而传统加工试件可以达到1000MPa；在900℃预热条件下，试件有严重的裂纹；在采用CO2激光器预热粉床至1715℃条件下，获得了致密度100%、抗弯强度高于500MPa的试件（图5）。

这也是目前能够查阅的SLM成形生物陶瓷的最好性能试件。 从上述研究分析显示，陶瓷材料采用SLM成形技术可以获得完全致密的成形件，但是目前能够成形的试件表面粗糙度较高，当成形高度大于3mm时会出现裂纹。而采用SLS技术可以得到相对较好的表面形貌及均匀组织， 但由于其粉末粘结机理及脱脂去除粘结剂等工艺导致成形件致密度较低，进而降低其强度。

目前，激光快速成形陶瓷材料的唯一商品化设备PhenixPXM系列（图6），采用比常规SLS/SLM粉末更细的粉末，粉末颗粒仅有几微米，可直接生产金属陶瓷零件。一些高校、科研院所开展了陶瓷SLS/SLM研究，但陶瓷材料SLS/SLM成形机理及方法有待进一步研究。

3影响陶瓷材料SLS/SLM成形的工艺参数分析
在SLS/SLM成形过程中，激光功率、粉末特性、扫描速度、粉层厚度等工艺参数直接影响成形件性能和质量，国内外学者对此开展了大量研究。

3．1粉末粒度和形貌的影响

从SLS/SLM技术提出开始，国内外科研机构进行 了成形粉末材料的研究，对纳米级和微米级陶瓷粉末进行烧结实验，发现陶瓷粉末尺寸直接影响烧结性能。2003年赵剑锋教授等采用纳米SiC和Al2O3粉开展激光烧结实验，获得纳米结构的烧结制件，并对烧结制件 的物相、微观组织进行分析，发现利用合理的SLS 工艺参数，可以抑制烧结过程中的剧烈汽化、飞溅形成 气泡等不良现象，保证烧结过程的平稳持续。

2004年 李景新等 通过理论和试验分析激光烧结纳米Al2O3陶瓷，证明利用激光烧结的方法，可使烧结陶瓷的晶粒保持在纳米尺度，但由于超细粉料容易在成形过程中 形成团聚，并非粉末越细，烧结性能越好，团聚体之间 相互作用形成多孔的显微结构将导致成形密度下降。2007年法国DIPI实验室Ph．Bertrand等对粒径分布在1μm到40μm的ZYP30粉末进行对比试验，发现经雾化后粒径分布在1μm以下的粉末最适用于SLS铺粉，但成形过程中由于颗粒过小发生团聚现象导致实验获得SLS成形件致密度仅56%，如图7所示。

研究表明，纳米级陶瓷粉末SLS成形效果不佳。此外，法国Phenix公司在其陶瓷激光快速成形设备上采用6～10μm的陶瓷粉末进行激光烧结，得到表面质量较好的陶瓷成形件。因此，微米级陶瓷粉末比纳米粉末进行激光成形更具可行性。 SLS/SLM成形常用的陶瓷粉末为球形粉末，球形颗粒流动性好，有利于铺粉。文献研究了温度、粉末形态对生物陶瓷SLM成形件性能的影响。通过在不同预热温度下开展实验，该研究在预热粉床至1715 ℃时，采用Nd∶YAG激光器扫描，熔融平均尺寸50μm的Al2O3和ZrO2混合粉末（ZrO241．5wt%，Al2O358．5wt%），获得了致密度100%、 抗弯强度高于500MPa的试件；通过改变颗粒形状，该研究发现球形颗粒粉末比不规则粉末经SLM成形后微观组织更加致密。

虽然球形粉末颗粒有利于铺粉和烧结，但相同粒径的球形颗粒之间两两相切堆积密度小，空隙大，烧结 件的相对密度降低，影响成形质量。英国利兹大学Goodridge等将丙烯酸作为粘结剂，以相同比例混合粒径45～90μm和45μm以下的磷灰石-莫来石粉末并进行SLS烧结，再经脱脂和浸渗处理，得到致密度40%的多孔成形件。由于粉末颗粒间的填充作用，采用不同粒径的粉末成形强度高于采用单一粉末的成形件，研究还表明，当粒径分布在45～90μm的陶瓷粉末和粒径分布在45μm以下的陶瓷粉末含量比例为1∶1时，达到的强度最高。由此，在SLS/SLM成形过程需要混合不同粒径大小的粉末，以期实现不同颗粒间的填充和优化组合，提高成形质量。

3．2激光能量密度的影响
激光能量密度是影响SLS/SLM成形的关键工艺参数，直接关系到SLS/SLM能否成形，并影响SLS/SLM 成形件的致密度和机械强度。文献［7，26］分别采用平均粒径50μm的Al2O3和粒径28～70μm的SiC陶瓷粉末开展SLS成形研究， 分析激光能量密度对成形强度和相对密度的影响，获得研究数据综合如图8所示。随着激光能量密度的增加，烧结件强度和相对密度均呈先增大后减小的趋势，且对于不同陶瓷材料，强度和相对密度达到最大值时激光能量密度不同。因此，需根据不同成形材料确定最佳激光能量密度值。

美国密苏里科技大学Leu等对平均粒径3μm的硼化锆陶瓷进行SLS成形，实验获得表2所示的数 据，在较小的激光能量密度下成形件X、Y方向收缩率总是小于Z方向收缩率，归因于较小的激光能量无法使熔池向下扩散而很好的粘结两层粉末；当采用较高能量密度时，不仅减小各个方向收缩率，同时还提高成形件的致密度（图9）。

国内学者对于纳米级陶瓷粉末与激光能量密度之 间的作用机理也进行了探索，张坚等采用SLS法成形聚合物/Al2O3纳米复合材料，在一定的激光烧结工艺参数条件下，可烧结成纳米粒子均匀分散在聚合物基体中的块体材料；在扫描速度、扫描间距、扫描路径和铺粉厚度一定的条件下，激光功率对纳米复合材料的洛氏硬度和缺口抗冲击性能等力学性能具有显著的 影响，如图10所示。郑州大学冀勇等 对100nm的 α-Al2O3粉末进行激光烧结实验，显示样品的结构特征与激光烧结工艺参数密切相关：激光功率较小、扫描速率较大时，颗粒表面部分微熔，颗粒之间连接不紧密，出现大量的孔洞，并且样品内部组织松散；当提高激光功率，减小扫描速率到一定程度时，颗粒之间的孔洞面积逐渐缩小，层与层之间连接较好，大量的颗粒紧密连接形成一个整体结构，样品达到很好的致密度。

通过上述研究表明，不论对于微米级陶瓷粉末还是纳米级陶瓷粉末，随着激光能量密度增大，陶瓷成形件强度、硬度均逐渐增大，孔隙率减小。然而，当能量密度过高时成形件性能降低。其原因在于较小的激光能量密度无法达到粉末的融化温度，不足以完全烧结粉末，从而不能形成致密的烧结层。相同扫描速度和层厚下，激光功率的增加有助于烧结质量的提升，当激光功率逐渐增大时，烧结层从不充分烧结到充分烧结形成致密层。但激光功率过大，会使烧结温度升高，导致应力分布变化致裂纹效应，同时，晶粒尺寸过度生长及熔融状态熔池内部的涡流效应等，使得气体无法排出，降低烧结致密度。因此，针对不同的陶瓷材料，需要探索适合的激光能量密度。

3．3 扫描速度的影响
东北大学王蔚等采用Nd∶YAG激光器对Al2O3、ZrO2、SiO2复合陶瓷粉末进行激光烧结试验，通过分析工艺参数对成形过程的影响， 得出扫描速度对成形质量影响作用最大，其次是扫描重叠量，最后是激光功率。中北大学白培康教授 分析覆膜陶瓷粉末变长线扫描激光烧结工艺参数与成形件密度的关系，在铺 粉参数一定的条件下，影响烧结密度的工艺参数重要性次序为激光束扫描速度、激光功率、激光线束长度、预热温度。 通过对比不同烧结参数下得到的成形件，分析烧结深度和宽度随激光功率和扫描速度的变化规律，邓琦林等 发现当扫描速度一定时，烧结深度和宽度随激光功率的增加而增加，在激光功率一定时，烧结深度和宽度随扫描速度的增加而减小（如图11）。

扫描速度的大小直接关系到烧结层的成形状态。在相同的激光功率和层厚下，相对较小的扫描速度有 利于形成均匀、平整的烧结层。若扫描速度过大，粉末受热时间短，吸收热量少，烧结不完全，不能形成良好的烧结层。若扫描速度过小，激光在粉体表面停留的时间相对延长，融化的粉体增多，凝固时收缩较大，容易开裂，同样不利于形成良好的烧结层。适当增大激光功率密度，降低扫描速度，有利于材料的烧结，能量密度过高或扫描速度过低都会使得烧结层严重收缩，甚至翘曲变形；相反，能量密度过低或扫描速度过快，则会使粉末加热温度不够，难以烧结完全，导致成形件的强度下降甚至出现分层。

3．4 温度的影响
陶瓷材料SLS/SLM成形过程中粉末颗粒之间的热传导机制、三维模型在激光辐照温度场中的热梯度分 布以及烧结过程中表层和内部温度的变化，是影响SLS/SLM成形件质量的重要因素。针对SLS/SLM过程 中温度场的分布， Connecticut大学Dai等建立三维有限元模型，分析显示多元混合材料烧结件的温度分布、瞬时应力、残余应力、变形取决于激光成形工艺参数及材料本身特性，尤其是材料的导热性和热膨胀系数。

有限元模拟SLS/SLM成形过程还是优化工艺参数的重要手段，可用数值模拟方法进行工艺参数选择。 粉末颗粒之间的粘结机制是陶瓷SLS/SLM成形机理研究的基础， 俄罗斯学者Gusarov等研究SLS过程中温度场的变化，建立热接触模型分析两个颗粒烧结颈处的热传导，进而分析立方对称结构的热传导过 程，认为这一过程可以由相对密度、平均配位数和接触面积进行描述。接触导热性的分析为SLS成形过程中 温度场和应力场分析奠定了理论基础。文献研究了覆膜陶瓷粉末烧结过程中温度的测定方法，给出了一种测温程序及测温系统。

SLS/SLM成形过程中，温度的变化将改变粉末颗粒之间的粘结机制、熔池形态、粉末融化层厚度、成形表面温度梯度及瞬时应力、残余应力， 导致成形件变形，影响成形件质量和性能。而成形过程中温度分布直接影响成形件热梯度，冷热交替变化导致应力发生变化从而影响裂纹的形成。因此，温度的控制是陶瓷SLS/SLM成形的关键。

3．5 后处理工艺的影响
陶瓷材料SLS直接烧结成形件致密度较低，力学性能较差，需要进行必要的后处理改善其质量性能。陶 瓷材料SLS后处理主要是通过对SLS烧结件进行一定压力和温度下的热处理来改善其性能，常用后处理方法包括浸渗、等静压、高温煅烧。浸渗是一种微孔渗透密封工艺，将浸渗剂通过自然渗透、抽真空和加压等方法渗入微孔中，填补成形件 微小孔隙及内部缺陷，提高其物理性能。常用的浸渗剂有有机浸渗剂和无机浸渗剂等 。

等静压处理， 通过增压系统对置于密闭容器中的被加工物体各个表面施以相等的压力，以增大密度，改善其物理性质。根据温度的不同，等静压工艺可分为热等静压和冷等静压。热等静压是在高温高压条件下使得制品烧结和致密化，冷等静压则只需在常温下给制品施加一定的压力以达到致密的目的。 高温煅烧就是将SLS烧结坯件置于较高的温度下进行加热，保温一段时间后以一定的速率冷却到室温的过程。在煅烧过程中，材料内部发生热分解、微结晶及微晶的适当烧结，使试件的机械强度得以提高。

文献采用间接SLS成形Al2O3陶瓷，聚酰胺作为有机粘结剂，得到的烧结件致密度仅32%～50%，经浸渗、热等静压和高温煅烧处理后，得到无裂纹、致密度89%的成形件，表面粗糙度14μm，强度达148± 20MPa。 为获得高密度复杂形状氧化铝陶瓷件，华中科技大学史玉升团队采用覆膜和混合相结合的方式制备出含有机粘接剂PVA和EＲ06的Al2O3复合粉体，在HＲPS-Ⅲ型快速成形机上进行选择性激光烧结/冷等静压成形，经脱脂、高温烧结获得陶瓷零部件。

经冷等静压后，试样相对密度提高了22%；相对于冷等静压，脱脂后试样密度提高了10%，高温炉烧结后又增加27%左右，最终所得Al2O3陶瓷件相对密度大于92．26%。比利时鲁汶大学Deckers等 将激光烧结和等静压结合成形Al2O3陶瓷材料，获得致密度94．1%的试件，显微结构观察显示氧化铝基体中晶粒大小为5μm，并出现两种不同的孔洞形态，一种是在SLS成形过程中形成的晶粒间条状孔洞，一种是较大的聚酰胺在粉末球磨过程中团聚形成的中间孔洞，可以通过优化成形工艺提高试件的致密度、表面质量和内部结构。

实验研究还表明，较高温度下的准等静压比常温下的冷等静压更能提高烧结成形件的致密度。 针对提升陶瓷SLS成形零件质量性能的后处理工艺研究，鲁汶大学的Shahzad在其博士论文中阐述，SLS成形Al2O3或ZrO2得到的样件致密度仅32%～50%，但经浸渗和热等静压处理后，相对致密度达到88%，实验数据如表3所示。

由上表可以得出，高温煅烧仅能使SLS烧结件相对密度提高5%。浸渗后试样相对密度提高了31%，经热等静压后试样相对密度提高了35%，再经高温煅烧后提高了6%，最终成形件相对密度达到88%。因此，浸渗和热等静压处理可以较为显著的提高SLS成形件的相对密度，而高温煅烧对相对密度的影响在不同工序下作用程度不同，还需进一步探讨。 由于粉末特性、成形设备、工艺参数等因素的限制，SLS/SLM成形件致密度及强度等性能较差，必要的工艺如脱脂、 浸渗、高温煅烧等后处理能进一步改善成形质量。上述研究表明，采用浸渗处理和热/冷等静压可以提高成形件强度和致密度，后处理工艺的优化是改善SLS/SLM陶瓷成形件质量和性能的重要措施。

结语
经过近几年的发展， 陶瓷材料SLS/SLM成形工艺及制件性能得到了一定优化，但所制坯件的精度、强度和耐久性等还远远不能满足功能件的要求，成形机理、温度控制、工艺参数的优化设计、成形件后处理等仍有待进一步的研究和突破。从趋势来看，未来的研究将集中在提高产品表面质量和内部微观结构性能，材料研发、裂纹控制及后处理也将是重点研究内容，具体如下：

（1）开发适用于SLS/SLM的陶瓷材料 陶瓷粉末作为SLS/SLM成形原材料，不同的粉末颗粒形态及其质量很大程度上决定着成形质量，而目前真正商品化的适用于SLS/SLM的陶瓷材料仅有少数几个材料开发商，如荷兰innalox公司、法国BAIKOWSKI公司、美国Zircarceramics公司、德国Almatis公司、法国ENSMSE研究院、日本大明化工、日本TOSOH公司等，但价格都较为昂贵。这种状况不利于SLS/SLM技术的进一步发展。因此，开发适用于SLS/SLM的陶瓷材料是成形的关键步骤。

（2）陶瓷成形裂纹产生机理及其抑制方法 陶瓷材料因其熔点高、对热冲击敏感，在SLM成形中极易产生裂纹，使得成形困难。国内外对于激光熔融成形陶瓷过程中裂纹产生机理的研究还处于探索阶段，因此要加强研究陶瓷材料在成形过程中的行为和组织结构演化，深入分析陶瓷材料在热冲击下的裂纹产生机理。通过优化扫描策略和成形工艺等方法，改变成形过程中的温度梯度及材料内部热应力的分布来影响成形微观组织结构，探索裂纹抑制方法。

（3）陶瓷成形工艺优化 在SLS/SLM过程中，工艺参数的变化使成形过程中应力场和温度场发生变化，影响粉末间粘结熔融、熔池形态并直接关系到最终零件的质量和性能。通过控制激光功率、光斑大小、扫描速度、扫描间距、粉层厚度等参数，改善成形中的球化现象、裂纹、体积收缩、翘曲变形等问题，探索工艺参数与成形零件性能之间的内在关联关系，优化工艺参数以实现较好的成形质量。

（4）后处理工艺的优化 目前，对于SLS成形技术，陶瓷材料成形件表面质量、致密性及力学性能较差，需要通过必要的后处理进行改善，如热/冷等静压、浸渗、脱脂、高温煅烧等。然而，后处理工序较多，延长了零件生产时间，增加了成本且无法改善其表面粗糙度等SLS仍存在的问题，因此有必要对后处理过程进行优化，同时探索更高效可行的后处理工艺。

编辑：南极熊
作者：刘 威，刘婷婷，廖文和，张凯 （南京理工大学高端装备数字化设计制造研究中心）