超輕耐高溫海綿陶瓷的3D打印方法及多場(chǎng)景應(yīng)用
陶瓷材料凭借其高强度特性在制造业中占据重要地位，但脆性问题长期制约其应用范围。近日，清华大学科研团队突破技术瓶颈，成功开发出一种新型3D打印"海绵陶瓷"，该材料兼具超轻质、耐高温特性，彻底解决了传统陶瓷的脆性缺陷，且制备工艺高效经济，在隔热、防护装备、水处理等领域展现出广阔应用前景。
材料特性与制备工艺
该创新材料通过将陶瓷纳米纤维交织于多孔基底中形成三维网络结构，密度显著降低的同时保持结构稳定性。其制备过程类似棉花糖纺丝工艺：陶瓷溶液经微米级喷丝孔挤出至纺丝腔，纤维丝在腔体内自组装缠绕，最终形成具有弹性变形能力的多孔结构。
所得材料呈现棉花糖般的柔软质感，在受到外力挤压时可完全压缩并快速恢复原状，且无任何机械损伤。相较于传统3D打印或静电纺丝技术，该工艺生产效率提升30%以上，成本降低40%，具备工业化量产潜力。
耐热性能实验验证
研究团队系统测试了不同陶瓷基体的热防护性能。实验中，将鲜花分别放置于铁片、氧化铝泡沫及新型氧化锆陶瓷海绵表面，通过顶部加热源施加752℃高温持续10分钟。结果显示：铁片与氧化铝泡沫表面的花瓣迅速碳化脆裂，而氧化锆陶瓷海绵上的花瓣仅呈现轻微枯萎。更值得注意的是，陶瓷海绵顶部温度在1小时内仅升至200℃，展现卓越的隔热能力。
多领域应用展望
基于其耐高温与结构柔性的双重优势，该材料在消防防护领域具有革新潜力。传统柔性陶瓷多呈薄片状，限制了其在复杂曲面防护中的应用，而海绵陶瓷的棉花球状结构可更好贴合人体曲线，提升消防服等装备的舒适性与防护效能。
此外，材料的多孔结构赋予其高效过滤特性。实验表明，在光照条件下，该陶瓷可在15分钟内完全分解人工染料污染物，且通过物理挤压即可实现过滤介质再生，较传统粉末状过滤材料更具循环利用价值。
这项研究不仅突破了陶瓷材料的性能边界，更为功能性材料的跨领域应用提供了创新范式，预示着未来在航空航天、环保工程等领域将产生深远影响。
