氧化鋁陶瓷直接激光選區(qū)燒結(jié)成形工藝及機(jī)理研究
發(fā)布時(shí)間:2021-11-25 23:05
直接激光選區(qū)燒結(jié)(direct Selective Laser Sintering,dSLS)是增材制造技術(shù)的一支,它利用激光的熱效應(yīng)熔融陶瓷粉體,基于分層-疊加原理使陶瓷粉末燒結(jié)在一起從而成形出陶瓷零件,具備不含有機(jī)粘結(jié)劑、無(wú)需脫膠等后處理工藝、成形流程短、陶瓷材料利用率高等優(yōu)點(diǎn),是更為理想的陶瓷增材制造技術(shù)。然而,陶瓷材料本身的高硬度、高熔點(diǎn)等性質(zhì)導(dǎo)致了當(dāng)前dSLS技術(shù)具有成形難度大、對(duì)設(shè)備要求高、成品質(zhì)量較低等特點(diǎn)。本研究通過(guò)加入硬質(zhì)陶瓷B4C以及粉體壓力處理技術(shù)這兩種簡(jiǎn)便方法,分別成形出多孔和致密氧化鋁陶瓷,研究了兩種工藝成形氧化鋁陶瓷的影響因素和成形機(jī)理,并得到如下結(jié)論:(1)碳化硼的加入使氧化鋁的dSLS成形區(qū)域大大擴(kuò)展,可以將氧化鋁的顆粒尺寸從約3?m(3 wt%B4C)增加至約5?m(5 wt%B4C)。氧化鋁多孔陶瓷的孔徑尺寸隨碳化硼的添加量增大而減小,1 wt%B4C含量樣品的平均孔徑為7.05?m,而當(dāng)B4C的量達(dá)到9 wt%時(shí),平均孔徑降低至3.39?m...
【文章來(lái)源】:華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】:73 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
-Al2O3的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)
圖 1-2 增材制造過(guò)程圖Fig. 1-2 Workflow chart of additive manufacturing成形(Stereo-Lithography,SL)以含有光敏樹(shù)脂的陶瓷漿料型的截面信息,成形光源(一般為紫外光)對(duì)漿料進(jìn)行選擇性工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)層厚的高度,逐層掃描后得到三維實(shí)體零件成熟的增材制造成形陶瓷技術(shù),具有精度高、成品表面質(zhì)量于樹(shù)脂有毒性且利用率低、成本高[15]。體制造(LaminatedObjectedManufacturing,LOM)的思想是并于 1987 年申請(qǐng)了相關(guān)專(zhuān)利[22]。LOM 基本原理為:薄層材,通過(guò)熱壓裝置使材料表面達(dá)到一定溫度,薄層之間粘合在面信息在片材上掃描燒蝕出輪廓線,并將非成形區(qū)切割成塊下降,鋪上新一層片層,熱壓輥的加熱并碾壓,已成形材料與,逐層掃描切割粘結(jié)后得到實(shí)物。1994 年,LonePeak 公司的
華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文1)基于漿料涂層的陶瓷 dSLS 技術(shù)2006 年,Gahler 等人[32]以 Al2O3–SiO2牙科陶瓷粉體為原料,制備出 63 wt%l2O3–SiO2水性漿料。圖 1-3(a)為基于漿料涂層的 dSLS 成形流程圖,可以看出該方式為首先通過(guò)鋪覆機(jī)構(gòu)將漿料鋪覆在基板上形成陶瓷漿料涂層,在外界預(yù)熱下,漿料溶劑蒸發(fā)后形成一層較為致密的陶瓷層,此時(shí)激光進(jìn)行選擇性掃描成形成一層打印后成形面下降一層厚度,重復(fù)此流程即可成形出陶瓷零件。圖 1-3(b于最優(yōu)參數(shù)成形出的牙齒模型,可以看出表面仍較為粗糙,圖 1-3(c)為該樣品的圖,可以看出樣品仍有明顯的分層現(xiàn)象,層間并沒(méi)有完全燒結(jié)在一起,存在一定隙。
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]激光選區(qū)燒結(jié)用陶瓷材料的制備及其成型技術(shù)[J]. 吳甲民,陳安南,劉夢(mèng)月,劉凱,程立金,史玉升,李晨輝,朱小剛,王聯(lián)鳳. 中國(guó)材料進(jìn)展. 2017(Z1)
[2]陶瓷零件增材制造技術(shù)及在航空航天領(lǐng)域的潛在應(yīng)用[J]. 吳甲民,陳敬炎,陳安南,程立金,肖歡,劉榮臻,史玉升,李晨輝,朱小剛,王聯(lián)鳳. 航空制造技術(shù). 2017(10)
[3]3D打印材料應(yīng)用和研究現(xiàn)狀[J]. 王延慶,沈競(jìng)興,吳海全. 航空材料學(xué)報(bào). 2016(04)
[4]Additive Manufacturing of Ceramic Structures by Laser Engineered Net Shaping[J]. NIU Fangyong,WU Dongjiang,MA Guangyi,ZHANG Bi. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(06)
[5]激光功率對(duì)Al2O3-ZrO2共晶陶瓷成形質(zhì)量的影響[J]. 吳東江,張垚磊,牛方勇,馬廣義,孫貝,康仁科. 稀有金屬材料與工程. 2014(11)
[6]多孔氧化鋁陶瓷的研究進(jìn)展[J]. 王蒙,王俊勃,賀辛亥,劉江南,蘇曉磊,江燕,李冰. 應(yīng)用化工. 2013(08)
[7]ZrO2-13%Al2O3陶瓷薄壁件激光近凈成形實(shí)驗(yàn)[J]. 吳東江,盧衛(wèi)鋒,陳云嘯,馬廣義,郭玉泉,郭東明. 中國(guó)激光. 2012(07)
[8]激光燒結(jié)Sr1.86Ca0.14NaNb5O15無(wú)Pb壓電陶瓷[J]. 杜新宇,季凌飛,蔣毅堅(jiān). 光電子.激光. 2009(08)
[9]氧化鋁陶瓷的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 朱志斌,郭志軍,劉英,王慧,陳秀峰. 陶瓷. 2003(01)
博士論文
[1]陶瓷粉末激光燒結(jié)/冷等靜壓復(fù)合成形技術(shù)研究[D]. 劉凱.華中科技大學(xué) 2014
碩士論文
[1]激光近凈成形Al2O3/SiC復(fù)相陶瓷材料的研究[D]. 楊策.大連理工大學(xué) 2013
[2]氧化鋁的制備及相轉(zhuǎn)變研究[D]. 王艷琴.蘭州大學(xué) 2008
本文編號(hào):3518958
【文章來(lái)源】:華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】:73 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
-Al2O3的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)
圖 1-2 增材制造過(guò)程圖Fig. 1-2 Workflow chart of additive manufacturing成形(Stereo-Lithography,SL)以含有光敏樹(shù)脂的陶瓷漿料型的截面信息,成形光源(一般為紫外光)對(duì)漿料進(jìn)行選擇性工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)層厚的高度,逐層掃描后得到三維實(shí)體零件成熟的增材制造成形陶瓷技術(shù),具有精度高、成品表面質(zhì)量于樹(shù)脂有毒性且利用率低、成本高[15]。體制造(LaminatedObjectedManufacturing,LOM)的思想是并于 1987 年申請(qǐng)了相關(guān)專(zhuān)利[22]。LOM 基本原理為:薄層材,通過(guò)熱壓裝置使材料表面達(dá)到一定溫度,薄層之間粘合在面信息在片材上掃描燒蝕出輪廓線,并將非成形區(qū)切割成塊下降,鋪上新一層片層,熱壓輥的加熱并碾壓,已成形材料與,逐層掃描切割粘結(jié)后得到實(shí)物。1994 年,LonePeak 公司的
華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文1)基于漿料涂層的陶瓷 dSLS 技術(shù)2006 年,Gahler 等人[32]以 Al2O3–SiO2牙科陶瓷粉體為原料,制備出 63 wt%l2O3–SiO2水性漿料。圖 1-3(a)為基于漿料涂層的 dSLS 成形流程圖,可以看出該方式為首先通過(guò)鋪覆機(jī)構(gòu)將漿料鋪覆在基板上形成陶瓷漿料涂層,在外界預(yù)熱下,漿料溶劑蒸發(fā)后形成一層較為致密的陶瓷層,此時(shí)激光進(jìn)行選擇性掃描成形成一層打印后成形面下降一層厚度,重復(fù)此流程即可成形出陶瓷零件。圖 1-3(b于最優(yōu)參數(shù)成形出的牙齒模型,可以看出表面仍較為粗糙,圖 1-3(c)為該樣品的圖,可以看出樣品仍有明顯的分層現(xiàn)象,層間并沒(méi)有完全燒結(jié)在一起,存在一定隙。
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]激光選區(qū)燒結(jié)用陶瓷材料的制備及其成型技術(shù)[J]. 吳甲民,陳安南,劉夢(mèng)月,劉凱,程立金,史玉升,李晨輝,朱小剛,王聯(lián)鳳. 中國(guó)材料進(jìn)展. 2017(Z1)
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[3]3D打印材料應(yīng)用和研究現(xiàn)狀[J]. 王延慶,沈競(jìng)興,吳海全. 航空材料學(xué)報(bào). 2016(04)
[4]Additive Manufacturing of Ceramic Structures by Laser Engineered Net Shaping[J]. NIU Fangyong,WU Dongjiang,MA Guangyi,ZHANG Bi. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(06)
[5]激光功率對(duì)Al2O3-ZrO2共晶陶瓷成形質(zhì)量的影響[J]. 吳東江,張垚磊,牛方勇,馬廣義,孫貝,康仁科. 稀有金屬材料與工程. 2014(11)
[6]多孔氧化鋁陶瓷的研究進(jìn)展[J]. 王蒙,王俊勃,賀辛亥,劉江南,蘇曉磊,江燕,李冰. 應(yīng)用化工. 2013(08)
[7]ZrO2-13%Al2O3陶瓷薄壁件激光近凈成形實(shí)驗(yàn)[J]. 吳東江,盧衛(wèi)鋒,陳云嘯,馬廣義,郭玉泉,郭東明. 中國(guó)激光. 2012(07)
[8]激光燒結(jié)Sr1.86Ca0.14NaNb5O15無(wú)Pb壓電陶瓷[J]. 杜新宇,季凌飛,蔣毅堅(jiān). 光電子.激光. 2009(08)
[9]氧化鋁陶瓷的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 朱志斌,郭志軍,劉英,王慧,陳秀峰. 陶瓷. 2003(01)
博士論文
[1]陶瓷粉末激光燒結(jié)/冷等靜壓復(fù)合成形技術(shù)研究[D]. 劉凱.華中科技大學(xué) 2014
碩士論文
[1]激光近凈成形Al2O3/SiC復(fù)相陶瓷材料的研究[D]. 楊策.大連理工大學(xué) 2013
[2]氧化鋁的制備及相轉(zhuǎn)變研究[D]. 王艷琴.蘭州大學(xué) 2008
本文編號(hào):3518958
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