陶瓷零件因强度高、密度低、耐高温、耐腐蚀等优点在航空航天制造领域具有广阔的应用前景。目前，在航空航天领域应用的陶瓷零件可分为机构零件（如涡轮整体叶盘、机头罩、机翼前缘和襟翼、导弹的喷管和鼻锥等）和功能零件（如导弹、卫星的天线罩和天线窗等）。然而，陶瓷零件的传统制造方法存在周期长、成本高、依赖模具且难以制造复杂结构等问题，极大限制了陶瓷零件在航空航天领域的应用。增材制造技术是一种基于“离散-堆积”成型原理、由三维数据驱动直接制造零件的方法。与传统制造方法相比，增材制造技术具有设计自由度高、产品研发周期短、制造成本低等优势，可以无需模具快速制造复杂结构陶瓷零件。本文就陶瓷零件增材制造技术在航空航天领域的潜在应用和亟需解决的问题进行简要概述。

1陶瓷增材制造技术在航空航天领域的潜在应用方向：

与传统制造方法相比，增材制造技术具有设计自由度高、产品研发周期短、制造成本低等特点，可无需模具快速地制造复杂结构陶瓷零件。在飞行器零件趋于轻量化、整体化、精密化、结构-功能一体化的背景下，陶瓷零件增材制造技术因其独特的优点被认为是航空航天制造业技术变革的关键技术之一，可用于制造几类关键零件。

轻量化和整体化陶瓷零件

将传统金属零件的装配结构转变为陶瓷零件的一体化制造，实现融合部位的减重，可提高其工作效率，延长使用寿命。以航空发动机为例，发展新型高推重比发动机的关键在于使用的材料和制造技术。陶瓷材料，如碳化硅和氮化硅，因耐高温、密度小、热膨胀系数低等特点被认为是理想的发动机零部件材料。

研究表面，使用上述类型材料不仅可以提高发动机的工作温度，同时能够显著降低发动机的重量，从而提高工作效率并获得更大推重比。另外，为了简化发动机整体结构从而进一步减重增推，航空发动机普遍采用轻量化、整体化零件，如整体叶盘、叶环等。陶瓷零件增材制造技术科无需模具、快速制造复杂结构陶瓷零件，具有高度的柔性和应变能力，使工业设计人员不再受到传统陶瓷制造工艺和制造资源约束。

结构-功能一体化陶瓷零件

结构-功能一体化零件是指将传统制造模式中的承载结构和功能结构进行有机融合形成的新型零件。以天线罩为例，天线罩作为结构-功能构件，既是制导武器弹头结构的重要组成，又要保护飞行器在高温、腐蚀环境条件下通讯、遥测、制导、引爆等系统正常工作。因此必须精心挑选使用材料及设计优化结构。

目前，陶瓷材料已被广泛应用于制造天线罩，例如氮化硅既是优良的高温结构材料，又可作为新型的功能材料，是现有综合性能最好的陶瓷材料之一，被美国佐治亚理工学院称为最有希望的天线罩材料。天线罩材料多采用夹层结构，外层较薄的致密表层保证抗雨蚀和抗烧蚀性能，具有高孔隙率的较厚芯层提供低介电常数和可靠的力学性能，兼顾力学性能与介电性能的同时，能够在微波或毫米波段实现宽频带的高透波率。然而，夹层机构难以通过传统工艺直接成型。增材制造作为一种由三维数据驱动直接制造零件的技术，具有高度的几何独立性，可为航空航天领域的结构-功能一体化先进陶瓷零件（天线罩等）的制造提供新的技术途径。

异质材料功能梯度陶瓷基零件

异质材料功能梯度零件是指由两种或两种以上的材料复合而成的零件，零件中的材料成分和显微组织通过一定的梯度渐变进行过渡。现代飞行器在发展时常常需要同一构件的不同部位在不同环境下服役，即要求同一构件的不同部位具有不同的性能。比如航空飞行器在大气层中超高速飞行时，其头部表层温度可达2100，因此必须采用耐高温的陶瓷材料，而温度较低的次表层则应使用强度和韧性较好的金属材料。这就要求控制飞行器头部材料组成成分、显微结构沿厚度方向连续变化，使其耐热性能及机械强度也沿着厚度方向逐渐变化，从而增强飞行器工作的可靠性。陶瓷零件增材制造技术可为实现上述零件的结构与性能提供有效的解决途径。

2亟需解决的问题：

尽管陶瓷零件增材制造技术已经取得了较大的发展，然而，若要进一步将该技术应用到航空航天领域，未来仍然存在诸多问题需要解决。

原材料难以满足需求的问题

合适的原材料是陶瓷零件增材制造的基础。然而，当前增材制造技术所用的陶瓷原料存在品种少、品质低且制备成本高等问题，难以满足陶瓷零件增材制造的需求。导致这一问题的原因较多，比如对陶瓷零件增材制造原材料研究不够深入；生产厂家对原材料生产工艺优化不足，生产效率较低等。因此，今后可以从以下方面进行改进：

（1）根据不同陶瓷零件增材制造技术，拓展其原材料的研究范围，研发新型实用的高性能原材料，如可用于光固化成型的陶瓷膏等；

（2）深入研究现有原材料的性质如粉末特性（如颗粒的形貌、粒度及其分布、热传导性等）、熔丝特性（如固相含量、粘结强度及流变性能等）、薄片特性（如柔韧性、强度及叠加性等）及浆料特性（如浆料粘度、光吸收性等）对增材制造陶瓷零件性能的影响；

（3）从生产源头优化陶瓷原料的制备工艺，降低原料成本，提升原料品质。

工艺缺乏系统深入研究的问题

陶瓷零件增材制造工艺直接影响着制品的宏微观结构、性能以及生产周期和成本。目前，陶瓷零件增材制造工艺尚存在以下问题：工艺技术不够稳定，技术成熟度较低，导致产品结构和性能的一致性差、重复度低；繁杂的后处理工序，如浸渗、等静压等延长了产品的制造周期，增加了生产成本等。这些问题的存在制约了陶瓷零件增材制造技术在航空航天领域中的推广应用。因此，今后需要从以下几方面进行改进：

（1）注重解决陶瓷零件增材制造基础科学问题的同时，加强对技术和工艺的研发，掌握陶瓷零件增材技术的一般规律，建立不同材料、构件的工艺数据库，解决产品结构、性能的一致性和重复性问题；

（2）针对现有陶瓷零件增材制造技术的缺点（如需引入大量粘结剂、制作周期长等）、探索新型后处理工艺或研发新的直接增材制造技术，实现高性能陶瓷部件的低成本、快速制造。

陶瓷零件性能尚需优化的问题

陶瓷零件固有的脆性使其存在缺陷敏感性高、韧性低且使用可靠性差等问题，严重制约了增材制造陶瓷零件在航空航天领域的推广应用。因此，今后研究方向将主要集中在以下几个方面：

（1）实现传统增韧方法如晶须、纤维及颗粒补强增韧等在陶瓷零件增材制造技术中的创新应用；

（2）利用增材制造技术的高度柔性和应变能力等优势，基于优化的结构，增材制造仿生叠层结构和梯度复合材料等；

（3）完善陶瓷零件可靠性的评价手段，明晰陶瓷零件性能及寿命预测方法，推动增材制造陶瓷零件的无损检测技术及性能表征方法的发展。

人才储备需重视，行业标准需制定

陶瓷零件增材制造技术作为一种新型的先进制造技术，若要在航空航天领域获得广泛应用，除需解决上述问题外，还需开展在装备、软件、标准化等方面的深入研究以及加强专业人才的培养。比如，研发多材料增材制造装备，提高装备的性能（如成型精度、成型效率和稳定性等），降低增材制造装备的价格等；研发面向材料-结构-性能一体化的增材制造软件，以支持多材料、多结构、多工艺复合制造；加速陶瓷零件增材制造相关领域标准的制定；推动陶瓷零件增材制造专业人才培养等。