2026年6月1日，南极熊获悉，伯明翰大学的研究人员开发了一种3D打印方法，能够生产几何形状复杂的陶瓷基复合材料 (CMC)，并用连续碳纤维进行增强。本研究揭示了一种高温、高应力应用领域新的制造方法。
连续碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（Cf-SiC CMCs）能够在强腐蚀性环境中稳定运行，耐高温，总体而言，是严苛环境下的理想材料。然而，此类复合材料的传统制造工艺复杂、成本高昂，且纤维增强材料的布置灵活性有限，同时，制造和加工过程中产生的缺陷也限制了几何设计的自由度。相关研究以题为“Three-dimensional printing ofcontinuous carbon
fibre reinforced silicon carbide ceramic matrix composites”的论文发表在《npj
Advanced Manufacturing》期刊上。论文由伯明翰大学冶金与材料学院的叶道荣和Jon Binner撰写。
本研究重点关注连续碳纤维增强碳化硅（Cf-SiC）陶瓷基复合材料。这类材料能够承受高腐蚀性环境和极端温度，因此非常适合航空航天、核能和汽车应用。然而，传统的制造工艺受到高成本、纤维铺放灵活性有限以及易受制造和加工缺陷影响等因素的限制，这些缺陷限制了几何自由度。
一种新的制造方法
研究人员在打印过程中，将连续碳纤维与碳化硅基基体沉积同时嵌入。打印完成后，生坯在烧结成最终的陶瓷基复合材料（CMC）之前，会经历聚合物烧除。至关重要的是，这种方法还允许在单个部件内实现可变的纤维增强结构——这是传统制造工艺难以实现的。
△连续纤维和基体的直接共打印的示意图
对于增材制造行业而言，3D打印的意义在于它能够实现传统方法无法实现的功能：近净成形生产几何形状复杂的陶瓷基复合材料（CMC）零件，并能够逐层调整纤维取向。这种对定向力学性能的精准控制对于在严苛的热载荷和结构载荷下运行的部件至关重要。
对高性能应用的影响
基于碳化硅的陶瓷基复合材料（CMCs）因其在极端条件下保持机械完整性的能力，已在航空航天和核能领域得到广泛应用。与增材制造中常见的短纤维或颗粒增强方法不同，采用基于打印技术的连续纤维增强复合材料的制备方法，对于从事此类材料研究的工程师而言，是拓展设计和生产选择的重要一步。
来源：南极熊
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