光聚合3D打印铌掺杂3Y-TZP陶瓷：显微结构与力学性能及抗老化性能的关联研究

　　本期研究通过光聚合（VPP）技术成功制备不同Nb2O5掺杂浓度的3Y-TZP陶瓷，系统探讨掺杂对力学性能（弯曲强度、维氏硬度、断裂韧性）及水热老化行为的影响，为高性能口腔修复陶瓷的增材制造提供新思路。

　　

Highlight

本研究采用光聚合（VPP）技术制备了四种不同五氧化二铌（Nb₂O₅）掺杂水平（0、0.3、0.6和1.2 wt.%）的3 mol%氧化钇稳定四方相氧化锆多晶陶瓷（3Y-TZP），并在1500°C下进行烧结。系统研究了Nb₂O₅掺杂对陶瓷的相组成、微观结构、力学性能与水热老化行为的影响。

Materials

实验选用以下商用粉末作为原料：（a）平均粒径D₅₀ = 0.5 μm的3Y-TZP粉末；（b）高纯度五氧化二铌（Nb₂O₅，纯度99.9%）。采用光敏树脂体系（含HDDA与TMPTA）、分散剂（烷基铵盐）等有机添加剂，制备出固含量为58 vol%的Nb₂O₅掺杂3Y-TZP光固化陶瓷浆料。

Analysis of heat treatment process

为确保陶瓷在脱脂和烧结过程中不发生开裂与变形，根据热重分析（TGA）对脱脂参数进行了优化。TGA曲线显示样品经历了三个明显失重阶段：室温至270°C（失重1.84%，归因于水分蒸发与低分子量 oligomer 的分解）；270–500°C（失重8.04%，光敏树脂分解）；500°C以上（失重缓慢，残留物为陶瓷骨架）。据此制定阶梯式升温程序，确保有机物平稳脱除。

Conclusions

本研究成功利用VPP技术制备了不同Nb₂O₅掺杂量的3Y-TZP陶瓷，并系统评价了其力学性能与老化稳定性。与传统的减材或模塑成型技术相比，VPP在复杂结构成型、加工精度、表面质量及材料利用率方面展现出显著优势，为定制化生物陶瓷器件（如牙科修复体）的制造提供了新途径。