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陶瓷點陣結構及陶瓷點陣-樹脂復合結構在無人潛水器的應用
陶瓷點陣-樹脂復合結構的制備工藝
耐壓艙是無人潛水器的關鍵部件之一。傳統耐壓艙多以金屬材料構建，但金屬密度大、變形抗力差，為更好達到減重效果，迫切需要設計一種既具備優異力學性能又具有輕質特性的結構材料。
近日，中國科學院沈陽自動化研究所工藝裝備與智能機器人研究室科研團隊通過基于立體光刻的增材制造技術與樹脂滲透工藝，設計并制備了一種氧化鋁陶瓷晶格與酚醛樹脂復合的新型增強晶格結構（以下稱陶瓷點陣-樹脂復合結構），這一新型增強晶格結構兼具陶瓷材料的高強度、高模量和樹脂材料的高韌性，可實現優異力學性能與輕量化的結合。
科研團隊系統表征了不同構型（SC、BCC、Gyroid、Oct、SchwarzP）、相對密度及晶胞尺寸的陶瓷點陣—樹脂復合結構在壓縮載荷下的力學響應特性，同時采用Johnson-Holmquist-II（JH-2）模型開展了數值模擬以預測和研究其力學行為。
研究結果表明，陶瓷點陣-樹脂復合結構的壓縮性能排序為簡單立方（SC）>體心立方（BCC）>Gyroid>八桁架（Oct）>SchwarzP（Sch）；隨著相對密度和晶胞尺寸的增大，陶瓷點陣—樹脂復合結構的力學性能顯著提升。
數值模擬結果與實驗數據高度吻合，揭示了壓縮過程中材料內部損傷與裂紋擴展機理。與傳統氧化鋁陶瓷晶格相比，陶瓷點陣-樹脂復合結構展現出了更優異的抗壓強度（提升約3倍）與能量吸收性能（提升約2.5倍）。該研究為無人潛水器的輕量化設計提供了新型的復合材料解決方案。
該研究成果以Mechanical behavior of reinforced Al2O3 lattice structures: Effects of structural parameters from experiments and simulations為題發表于薄壁結構領域國際期刊Thin-Walled Structures。沈陽自動化所研究生鐘科為第一作者，沈陽自動化所趙吉賓研究員和趙宇輝研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院青年創新促進會等項目的支持。（工藝裝備與智能機器人研究室）
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.112753
來源：中國科學院沈陽自動化研究所
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號