發(fā)布時(shí)間：2021-04-01 20:21

　　SiC_f/Ti基復(fù)合材料由于具有高比強(qiáng)度、高比剛度、耐高溫以及耐疲勞等優(yōu)異性能,是熱門的空天材料。將SiC_f/Ti基復(fù)合材料用于飛行器蒙皮能夠提高飛行器表面耐高溫性能,提升飛行器飛行速度上限以及在不降低強(qiáng)度的情況下減輕飛機(jī)重量。傳統(tǒng)制造該材料的方法存在制造成本高、周期長、需要專用工裝和模具等缺點(diǎn)。本文采用制造周期短、制造成本低、無需專用工模具、制造零件形狀復(fù)雜等特點(diǎn)的激光熔覆疊層復(fù)合增材制造技術(shù)（LCLD）制備SiC纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料,主要在專用成形裝置設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)開發(fā)及三維成形工藝三個(gè)方面開展研究工作。首先,針對(duì)SiC_f/Ti基復(fù)合材料激光熔覆疊層復(fù)合增材制造工藝要求,設(shè)計(jì)了SiC_f/Ti復(fù)合材料激光熔覆疊層復(fù)合增材制造裝置。設(shè)計(jì)的鋪拉絲裝置,實(shí)現(xiàn)了將SiC纖維精準(zhǔn)鋪放到成形平面的功能;設(shè)計(jì)的四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái),成形尺寸為300 mm×300 mm×20 mm,成形精度達(dá)±0.2 mm;設(shè)計(jì)的成形室實(shí)現(xiàn)了鈦合金粉末、保護(hù)氣、激光、冷卻水等輸入功能,并能夠?yàn)镾iC_f/Ti基復(fù)合材... 

【文章來源】：石家莊鐵道大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

LCLD制備SiCf/TC4復(fù)合材料

4進(jìn)行了Al2O3/TiAl3復(fù)合材料的同步打印成形。南京航空航天大學(xué)顧冬冬等[29]在鋁合金粉末中加入了稀土和納米陶瓷顆粒，采用SLM技術(shù)同步打印成形；同濟(jì)大學(xué)嚴(yán)彪等[26]將316L不銹鋼粉末與硅酸鈣相混合，采用SLM技術(shù)同步打印成形，并對(duì)其進(jìn)行研究，探討了生物相容性好的材料制備新工藝；Belter等[30]在ABS試件內(nèi)部設(shè)計(jì)空腔，并在打印結(jié)束后填充高強(qiáng)度樹脂來提高打印件強(qiáng)度。顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的方法簡單，但基體內(nèi)部增強(qiáng)體同向性差，復(fù)合材料力學(xué)性能提升有限，故很多學(xué)者進(jìn)行了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料研究。根據(jù)打印過程及原理，連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料增材制造方法可分為纖維鋪放方法、纖維-基體預(yù)先混合方法和纖維-基體在機(jī)實(shí)時(shí)混合方法。纖維鋪放方法將纖維絲預(yù)先單獨(dú)鋪放在成形平面上，然后在纖維表面打印基體，層層鋪放層層打��；纖維-基體預(yù)先混合法預(yù)先將基體涂覆到纖維表面制成先驅(qū)絲，將先驅(qū)絲放入打印機(jī)打印成形；纖維-基體在機(jī)實(shí)時(shí)混合方法將纖維和基體同時(shí)放入打印機(jī)，在打印頭中實(shí)現(xiàn)纖維與基體混合。MarkForged公司[31]于2014年開發(fā)了全球首臺(tái)連續(xù)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印機(jī)MarkOne，其外觀如圖1-8所示，該打印機(jī)基于纖維-基體預(yù)先混合方法和熔融沉積成型技術(shù)（FDM），具有兩個(gè)噴頭一個(gè)打印傳統(tǒng)熱塑性材料，一個(gè)打印碳纖維涂覆熱塑性材料基體的熱熔絲，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量傳統(tǒng)熱塑性材料打印和不同纖維占比的復(fù)合材料打櫻兩年后該公司推出了基于纖維鋪放方法和熔融沉積成型技術(shù)（FDM）的MarkTwo3D打印機(jī)，該打印機(jī)同樣具有兩個(gè)噴頭，一個(gè)打印碳纖維，一個(gè)打印熱塑性材料，能夠?qū)崿F(xiàn)纖維分布可控的復(fù)合材料打印，但這兩臺(tái)打印機(jī)不能打印脆性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。圖1-8MarkOne打印機(jī)

5Klift等[32]借助MarkOne打印了不同纖維占比的復(fù)合材料，并進(jìn)行了相關(guān)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，復(fù)合材料中纖維含量越高，其力學(xué)性能越優(yōu)異，但材料內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)很多孔洞。美國ThaoGibson,G.P.Tandon,AdamasHicks等[33]基于纖維鋪放方法，采用SLM技術(shù)進(jìn)行了碳纖維增強(qiáng)Ti-6Al-4V的成形，如圖1-9所示，安裝碳纖維布后再鋪鈦合金粉末，然后進(jìn)行成形，由于其只進(jìn)行了兩層成形研究，如何實(shí)現(xiàn)邊鋪碳纖維邊鋪粉末尚待探討。另外，成形時(shí)碳纖維在激光作用下燒損現(xiàn)象非常嚴(yán)重。圖1-9SLM技術(shù)進(jìn)行碳纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料成形南昌航空大學(xué)肖建華[34]基于纖維-基體預(yù)先混合方法，提出一種通過單螺桿擠出機(jī)制制造連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性材料的制造方法，如圖1-10所示，該方法先利用單螺桿擠出機(jī)制備Cf/LDPE、Cf/PP、Cf/ABS預(yù)浸絲料，然后通過3D打印機(jī)打印成型，該制造方法同樣不適用于脆性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料3D打櫻圖1-10單螺桿擠出原理西安交通大學(xué)田小永等[35]基于纖維-基體在機(jī)實(shí)時(shí)混合法，采用熔融擠壓沉積（FDM）技術(shù)，將纖維和熱塑性樹脂絲材作為原材料輸送進(jìn)同一打印頭中，加熱后的熔融樹脂浸漬包覆在纖維上形成復(fù)合絲材，然后從打印頭噴嘴擠出，

【參考文獻(xiàn)】：
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