激光熔覆实现高温陶瓷“零突破”
作者:亚盈体育app下载 发布时间:2021-12-07 01:50
本文摘要:耐高温陶瓷可用作生产发动机热端部件、火箭燃烧室和头锥等组件,这些组件要对付高温或极端环境。困难在于这些热平稳工程陶瓷不更容易铸或加工成适当的简单外形。 最近几年,3D打印机工艺的研发大大增加了生产陶瓷的几何灵活性。但是无论是沉积包括陶瓷微粒的光敏树脂的工艺,在陶瓷微粒上喷气粘结剂的工艺,还是利用激光熔融陶瓷粉末床,当前的增材生产手段都不受生产速度的容许。 而且,常常预示费时的粘结剂清理过程。

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耐高温陶瓷可用作生产发动机热端部件、火箭燃烧室和头锥等组件,这些组件要对付高温或极端环境。困难在于这些热平稳工程陶瓷不更容易铸或加工成适当的简单外形。

  最近几年,3D打印机工艺的研发大大增加了生产陶瓷的几何灵活性。但是无论是沉积包括陶瓷微粒的光敏树脂的工艺,在陶瓷微粒上喷气粘结剂的工艺,还是利用激光熔融陶瓷粉末床,当前的增材生产手段都不受生产速度的容许。

而且,常常预示费时的粘结剂清理过程。无论如何,最后组件的物理性质都不是拟合的,不会产生不可信、较低强度的零件,而经常出现瓦解孔隙、裂纹和/或不均匀分布。  一项新的增材生产技术由波音和通用汽车牵头享有的HRL实验室研发出来,并检验了其更慢、更加不易生产简单外形高强陶瓷组件的能力。

HRL的高级化学工程师Eckel和化学家发明者了一种聚合物树脂配方,需要3D打印机成具备简单外形的生零件,然后在炉中烧成,树脂浸渍,零件均匀分布膨胀成高密度陶瓷。  HRL项目经理回应:有了我们的新型3D打印机工艺,我们可以充分利用碳氧化硅陶瓷的许多优良性质,还包括高硬度、强度和温度能力,以及耐用和耐腐蚀性。这样的蜂窝陶瓷材料需要作为高温应用于中的轻质、支撑三明治板的芯体,比如高超飞行器和喷气发动机。

  打印机陶瓷前驱体单体  Eckel回应:我们必要从陶瓷前驱体聚合物打印机仅有颗粒零件。首个方法是立体平板印刷,我们用激光凝结、单体一种类似的紫外烧结陶瓷前驱体树脂和一个紫外光引起剂,以成形简单外形,但这仍须要数小时甚至数天。

  这是为什么HRL团队还注目自产的技术,需要更慢地大批生产生零件。作为一项持续10年的目的研发轻质、高强材料的DARPA合约的一部分,研究人员研发了一种方法,使紫外光在前驱体树脂槽全程都集中于直到底部,加快生产。  技巧在于用于紫外灯穿越平版印刷蒙版中的孔的同时凝结材料,与此同时,在受照轴内校准光线以全程硬化直到底部。在这个自蔓延到光聚物波导方法中,光通过一个波导效应,基于对树脂柱的内部表面倒数向上光线,而击穿它。

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这个工艺建构了尤其轻质但高强的桁架结构。  我们生产了一个超轻镍微栅格,继续是世界上最重的材料;现在是世界最重的金属材料。

  多陶瓷配方  今天他们正在将这种增材生产技术应用于高温陶瓷组件。两种紫外硬化工艺可以最后生产许多有所不同的陶瓷材料,但是最开始团队检验了一种碳氧化硅陶瓷,成形为一种简单多孔的轻质结构,需要抵抗多达1700C(3092F)的超高温,展现10倍于类似于蜂窝陶瓷材料的强度。  Eckel回应:从技术上谈,非晶态挤压微结构是一种玻璃和碳的混合物;在纳米尺度它隔开为识的二氧化硅区域,被石墨层环绕着。我们利用了某种类似的化学。

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陶瓷前驱体聚合物和聚合物派生陶瓷十分广泛。这类材料最初在20世纪60年代研制出来。

  当在一个惰性气氛如氩气中热处理到1000C(1832F)使,它们浸渍,成形为许多陶瓷化合物,还包括碳化硅、氮化硅、氮化铝和多种碳氮化物。同时,溶解化学物如甲烷、氢、二氧化碳、水和烃等走掉,留给近乎颗粒的、增大的陶瓷外形。

  通过把多种有机分子群与无机硅基或碳基主成分如硅氧烷、硅氮烷或碳硅烷黏合,研究团队需要设计这种紫外活跃的陶瓷前驱体单体,它在有助于太阳光时反感交联。


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