中科院上海高研院在復雜結構氧化釓陶瓷3D打印方面取得進展

隨著核工業的發展，特別是近年來各國在核工業中的屏蔽材料使用量逐漸增加，且對材料的安全及使用壽命等的要求也越來越高，稀土作為優良的防福射材料在反應堆中的用量也不斷增加。釓（Gd）元素通常以氧化釓的形式存在于自然界中，其中有兩種同位素含量超過了30%，同時由于其具有較大的熱中子吸收截面（分別為60900和254000 Barn），被廣泛應用于核物理和核醫學領域進行中子屏蔽和中子捕獲，如制作核反應堆中的控制棒、調節棒、事故棒、安全棒、屏蔽棒等中子吸收材料。

但是采用傳統的陶瓷生產方法時，由于氧化釓具有較高的熔點(2350℃)和強度，限制了使用銑、削以及注塑等傳統手段對其進行加工。利用粘結犧牲劑的方法也要面臨缺少靈活性以及模型成本高等問題。

近日，中國科學院上海高等研究院唐志永研究員和張潔副研究員帶領的工程科學研究組在復雜結構氧化釓陶瓷方面取得進展，*實現了復雜結構氧化釓（Gd2O3）陶瓷材料的增材制造。研究人員利用DLP面曝光技術，通過對陶瓷漿料系統的折射率匹配以及流變學研究，探究出了一種同時具備高流變性能和固相負載量的漿料體系應用于3D打印。對打印過程的曝光時間、強度以及層厚等影響因素綜合研究得出了較優的匹配條件，并成功連續制備了超長（10 cm）超薄（0.3 mm）的復雜晶格結構中子吸收器。

DLP-3D打印技術可以實現較少原材料的復雜結構快速成型，能夠滿足核中子相關應用場景對氧化釓結構成形的個性化需求。

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