【摘要】：本文使用電子束選區(qū)熔化(EBSM)技術(shù)成形Al_2O_3,并使用分子動力學(xué)方法(MD)模擬純Al_2O_3納米顆粒、含表面缺陷和含雜質(zhì)的Al_2O_3顆粒的熔化過程,研究不同升溫速率對Al_2O_3顆粒熔點(diǎn)的影響,得出如下結(jié)論:(1)使用EBSM技術(shù)成形的Al_2O_3樣品表面粗糙,強(qiáng)度較低,但具有一定致密性與強(qiáng)度,說明使用該技術(shù)成形Al_2O_3具有一定的可行性,需要繼續(xù)深入研究,采用模擬分析的方法研究Al_2O_3粉末的熔化過程,有利于優(yōu)化成形參數(shù),提高樣品性能。(2)半徑為1-2.2 nm的Al_2O_3顆粒,其熔點(diǎn)隨半徑的增加而升高,且均低于體相熔點(diǎn)。通過對熔點(diǎn)曲線進(jìn)行合理擬合及外推,可得熔點(diǎn)與納米Al_2O_3顆粒半徑的關(guān)系如下:y=2269.53301-783.2726/(1+(x.141347).~(851432)),x≤2.4 y=2310.33636-871.86612(1+(x.140728).~(690193)),x≥2.4(3)1.4 nm Al_2O_3顆粒的熔點(diǎn)隨著升溫速率的增大而提高,且均高于其平衡熔點(diǎn),存在過熱現(xiàn)象;表面缺陷比例越大,1.4 nm Al_2O_3顆粒的熔點(diǎn)就越低,均小于完美晶體的熔點(diǎn);1.4 nm Al_2O_3顆粒的熔點(diǎn)隨摻雜量的增加而逐漸降低。(4)1.4 nm純Al_2O_3顆粒及分別含5%表面缺陷、含5%Zr、含5%Si或含5%Zr+5%Si的1.4 nm Al_2O_3顆粒,熔融過程均可分為4個階段:熱膨脹階段、表面活化階段、預(yù)熔化階段與熔化階段。上述顆粒的預(yù)熔溫度:含Si+Zr時最小(1420 K),含表面缺陷時居中(1430 K),含Zr時(1450 K)次之,最后是含Si時(1470 K),均低于純Al_2O_3顆粒(1500 K)。含缺陷或摻雜的Al_2O_3顆粒預(yù)熔溫度均低于純Al_2O_3顆粒的預(yù)熔溫度,主要原因是表面缺陷使Al_2O_3顆粒比表面積增加,表面活性原子增多,表面不穩(wěn)定;摻雜使顆粒發(fā)生不等價置換,產(chǎn)生空位與晶格畸變,穩(wěn)定性降低。在進(jìn)行3D打印時溫度必須超過預(yù)熔化溫度,這對獲得強(qiáng)度及致密度至關(guān)重要。(5)通過對比分析常規(guī)計(jì)算方法與5 K/ps升溫速率下Al_2O_3顆粒升溫至1500 K時O原子的RDF曲線,可知過快的升溫速率會使得晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,原子混亂度增大,晶體的無序度增加。(6)通過分析純Al_2O_3納米顆粒、只含Zr、只含Si以及含Si+Zr摻雜的Al_2O_3顆粒在300 K時的Al、O原子的MSD,可知雜質(zhì)元素的加入,能夠有效促進(jìn)Al_2O_3納米顆粒的原子遷移與擴(kuò)散,從而促進(jìn)熔化,雜質(zhì)元素對O原子的影響較對Al原子更顯著。(7)通過分析300 K及熔點(diǎn)溫度下的O原子RDF可知,純1.4 nm Al_2O_3顆粒、含5%Zr的顆粒、含5%Si的顆粒、含5%Si+5%Zr的顆粒熔化過程中分別在距離任意選定的中心原子2.55?等處、4.65?等處、4.55?等處、4.65?等處易發(fā)生斷鍵。與純1.4 nm顆粒相比,含有雜質(zhì)的納米Al_2O_3顆粒易斷鍵位置距中心原子較遠(yuǎn)。這些位置可以為3D打印設(shè)備選擇合適的激光波長或電子束種類提供一些指導(dǎo)。
【圖文】：

1實(shí)驗(yàn)用氧化鋁粉末

2清華自主研發(fā)EBSM實(shí)物圖與技術(shù)示意圖
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ133.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2703362