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3D打印用氮化硅颗粒增强聚合物材料( Polymer Materials Reinforced with Silicon Nitride Particles for 3D Printing )
O Matviichuk O Zgalat-Lozynskyy OI Tolochyn OV Ievdokymova VI Zakiev
对以高密度聚乙烯、聚丙烯和β-Si3N4粉末为原料制备陶瓷增强聚合物材料进行了综合研究。研究了以5和10体积%的氮化硅陶瓷颗粒为掺入材料制备聚合物陶瓷长丝的方法。在挤出温度为150°C、挤出速度为20cm/min、挤出温度为160°C、挤出速度为30cm/min的条件下，可获得高质量的聚丙烯-陶瓷长丝。采用二维有限元模型，利用Si3N4颗粒的形状和尺寸分布数据，模拟了纤维的基本体积，确定了复合材料的力学性能。10vol.%Si3N4颗粒对聚丙烯/聚乙烯基体材料的增强是不够的，因为复合材料的弹性模量增加不明显，临界应变显著降低，加入更大体积的硬质颗粒以提高弹性模量。为了评价聚合物陶瓷长丝的质量，设计并印制了增强和未增强长丝不同形状的部件（垫圈和螺旋钻）。印刷的聚合物-陶瓷零件表面光滑，没有凸起或不连续的区域。测试了材料的力学（维氏硬度和布氏硬度）和摩擦学（体积磨损）性能。对聚乙烯-Si3N4复合材料的磨损试验表明，随着陶瓷含量的增加，其耐磨性有提高的趋势。Si3N4增强聚丙烯/聚乙烯材料的低磨粒磨损和陶瓷颗粒与压头接触的行为表明该复合材料在3D打印中具有较高的抗断裂性能。
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