激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting,SLM）陶瓷技術(shù)發(fā)展迅速,其不受零件形狀限制的特性使得復雜形狀陶瓷零件的成形加工成為可能,但是陶瓷材料,尤其是氧化鋁材料具有熔點高、激光能量吸收率低、脆性大和韌性差的固有特性,很容易在高能激光帶來的高溫度梯度和大激光沖擊下產(chǎn)生各類成形缺陷,對SLM氧化鋁零件的工藝性和力學性能造成嚴重損害。面對SLM氧化鋁零件性能易損、加工困難的難題,迫切需要從原理上對SLM氧化鋁成形缺陷理論體系進行研究,并針對其缺陷產(chǎn)生和擴展的本質(zhì)提出針對性的缺陷抑制方法。本文以建立SLM氧化鋁缺陷體系、設計缺陷抑制方法為目的,在結(jié)合國內(nèi)外研究的基礎上,通過不同激光工藝參數(shù)和掃描策略的角度設計了氧化鋁SLM實驗,為成形缺陷研究提供分析基礎;針對SLM氧化鋁成形缺陷的基本類型、成形機理、擴展機制和性能破壞方式進行了系統(tǒng)性分析;從優(yōu)化工藝參數(shù)、調(diào)整材料體系和高溫熱處理的角度設計了多種缺陷抑制方法,并基于不同缺陷類型對其缺陷抑制原理、激光工藝參數(shù)影響和缺陷抑制效果進行了詳細闡述;針對裂紋缺陷設計了一種纖維增韌SLM氧化鋁基體方法,包括纖維選取、表面處理方式、鋪設... 

【文章來源】：南京理工大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

SLM成形原理圖

1緒論碩士學位論文4成形。德國Fraunhofer激光技術(shù)研究所的Hagedorn[11]對包括氧化鋁陶瓷在內(nèi)的氧化物陶瓷SLM成形技術(shù)進行了研究，通過CO2激光器SLM氧化鋁粉末，探索了氧化鋁SLM的基本工藝路線和激光參數(shù)，無任何后處理地成形了致密度接近100%的網(wǎng)狀樣品。最后結(jié)合氧化鋁和氧化鋯SLM成形技術(shù)制造了完整的Al2O3/ZrO2復合陶瓷牙科修復體，如圖1.2所示，驗證了通過SLM技術(shù)制造單個復雜形狀的高強度陶瓷零件的可行性。圖1.2SLM氧化鋁/氧化鋯復合陶瓷牙科修復體昆士蘭大學的ZhiqiFan等[12]對氧化鋁進行了單條熔道掃描實驗，通過三維瞬態(tài)熱仿真分析熔道的熱行為，并結(jié)合熔道幾何形狀，微觀結(jié)構(gòu)和微觀力學性能驗證其仿真準確性。研究發(fā)現(xiàn)激光能量密度較低時，凝固熔道主要由柱狀枝晶組成，而當激光能量密度較高時，試樣中出現(xiàn)沿著熔道中心線分布的等軸枝晶，由于凝固界面處的冷卻速率增加，枝晶晶粒的尺寸隨著功率下降而減小，固化軌道的顯微硬度發(fā)現(xiàn)與晶界強化效應有關(guān)的晶粒尺寸成反比。QiangChen等[13]通過有限元熱仿真氧化鋁SLM熔道，評估兩種現(xiàn)象對SLM熔道形狀的影響：一是激光與粉末的相互作用，二是馬蘭戈尼(Marangoni)對流效應。研究得到了激光與粉末相互作用關(guān)系對激光能量橫向散射和材料能量吸收的影響，以及Marangoni效應對表面張力梯度以熔池中的流體動力學狀態(tài)的影響規(guī)律，最終得到了熔道形貌隨材料和工藝條件的變化規(guī)律。在后續(xù)研究中[14]，基于比爾-朗伯定律，結(jié)合熱力學耦合計算了Al2O3/ZrO2共晶陶瓷的熔化-凝固路徑，得出適用于Al2O3/ZrO2材料的體熱源模型，并在此模型基礎上進行了變激光工藝參數(shù)實驗，研究了工藝參數(shù)對溫度分布，熔池尺寸和晶體成形的影響。圖1.3SLM氧化鋁-鋰輝石試樣

1緒論碩士學位論文4成形。德國Fraunhofer激光技術(shù)研究所的Hagedorn[11]對包括氧化鋁陶瓷在內(nèi)的氧化物陶瓷SLM成形技術(shù)進行了研究，通過CO2激光器SLM氧化鋁粉末，探索了氧化鋁SLM的基本工藝路線和激光參數(shù)，無任何后處理地成形了致密度接近100%的網(wǎng)狀樣品。最后結(jié)合氧化鋁和氧化鋯SLM成形技術(shù)制造了完整的Al2O3/ZrO2復合陶瓷牙科修復體，如圖1.2所示，驗證了通過SLM技術(shù)制造單個復雜形狀的高強度陶瓷零件的可行性。圖1.2SLM氧化鋁/氧化鋯復合陶瓷牙科修復體昆士蘭大學的ZhiqiFan等[12]對氧化鋁進行了單條熔道掃描實驗，通過三維瞬態(tài)熱仿真分析熔道的熱行為，并結(jié)合熔道幾何形狀，微觀結(jié)構(gòu)和微觀力學性能驗證其仿真準確性。研究發(fā)現(xiàn)激光能量密度較低時，凝固熔道主要由柱狀枝晶組成，而當激光能量密度較高時，試樣中出現(xiàn)沿著熔道中心線分布的等軸枝晶，由于凝固界面處的冷卻速率增加，枝晶晶粒的尺寸隨著功率下降而減小，固化軌道的顯微硬度發(fā)現(xiàn)與晶界強化效應有關(guān)的晶粒尺寸成反比。QiangChen等[13]通過有限元熱仿真氧化鋁SLM熔道，評估兩種現(xiàn)象對SLM熔道形狀的影響：一是激光與粉末的相互作用，二是馬蘭戈尼(Marangoni)對流效應。研究得到了激光與粉末相互作用關(guān)系對激光能量橫向散射和材料能量吸收的影響，以及Marangoni效應對表面張力梯度以熔池中的流體動力學狀態(tài)的影響規(guī)律，最終得到了熔道形貌隨材料和工藝條件的變化規(guī)律。在后續(xù)研究中[14]，基于比爾-朗伯定律，結(jié)合熱力學耦合計算了Al2O3/ZrO2共晶陶瓷的熔化-凝固路徑，得出適用于Al2O3/ZrO2材料的體熱源模型，并在此模型基礎上進行了變激光工藝參數(shù)實驗，研究了工藝參數(shù)對溫度分布，熔池尺寸和晶體成形的影響。圖1.3SLM氧化鋁-鋰輝石試樣


本文編號：3352918