陶瓷材料因其性能優(yōu)異具有廣闊的應(yīng)用前景,然而傳統(tǒng)的陶瓷加工方式難以快速制造個性化、輕量化和復(fù)雜化的產(chǎn)品,限制了其在航空、航天、兵器等領(lǐng)域的應(yīng)用。激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting,SLM）技術(shù)作為一種重要的增材制造技術(shù),基于完全熔化機制,直接成形,加工效率高,可以彌補和克服傳統(tǒng)陶瓷加工方式的不足,有望推動其在航空、航天、兵器等領(lǐng)域的應(yīng)用。本論文以建立熔池特性與微觀組織結(jié)構(gòu)、缺陷的關(guān)聯(lián)關(guān)系和獲得缺陷、凝固組織結(jié)構(gòu)的形成機理為目標,從熔池的角度出發(fā),開展了陶瓷SLM設(shè)備及熔池監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計、成形工藝研究、缺陷及形成機理和凝固組織及形成機理四個方面的研究,主要工作如下:（1）研究了無粘結(jié)劑陶瓷漿料SLM成形工藝路線,分析了工藝參數(shù)對成形件表面形貌的影響規(guī)律,解釋了粉末飛濺機理,基于貝納德-馬蘭戈尼對流理論,闡明了 A1203成形件表面條狀和指狀凝固形成機理,建立了貝納德模型與工藝參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系圖。分析認為高溫水蒸氣與環(huán)境間的壓力差會抑制粉末飛濺;掃描速度為60mm/s～120mm/s,激光功率為140W～200W工藝區(qū)間內(nèi)會發(fā)生條狀對流。工藝優(yōu)化結(jié)果表明,當激光功率2... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)工藝流程??

陶瓷是一種無機非金屬材料，按原料特征分為普通陶瓷和特種陶瓷ｍ。特種陶瓷是??陶瓷的重要分支，又分為功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷兩大類，其中結(jié)構(gòu)陶瓷一般由單一或復(fù)合??的氧化物或非氧化物組成，如單一的Ａ１２０３、Ｚｒ０２、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４等材料，或相互復(fù)合，或??與碳纖維結(jié)合而成｜２１，具有耐高溫、耐腐蝕、高硬度和高強度等優(yōu)異的性能，可以用于??制造耐磨、耐高溫的特殊構(gòu)件１３］，例如陶瓷發(fā)動機和熱端部件［４’５］等。??ｎａ瞧雋??原料的和貯＊?粉狀潘合抖的？制?成型?饒結(jié)?加工??圖１．１傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)工藝流程??現(xiàn)有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)陶瓷的生產(chǎn)工藝一般分為五個階段，即原料的購置和貯藏，粉狀混合??料的預(yù)制，成型，燒結(jié)和加工，如圖１．１所示。成型和燒結(jié)是整個生產(chǎn)過程的兩個關(guān)鍵工??序，但成型中的磨耗和燒結(jié)中的收縮易導(dǎo)致陶瓷件具有尺寸誤差。另外，由于陶瓷材料??硬度大，一般機械加工的陶瓷件表面質(zhì)量較差；超聲技術(shù)也可以加工陶瓷件，但是刀具??易磨損，加工效率低、成本高，并且機械加工和超聲加工都很難加工形狀復(fù)雜的產(chǎn)品｜６１，??特別是個性化、輕量化的產(chǎn)品，如圖１．２所示的渦輪葉片，限制了其在航空、航天和軍事??等行業(yè)的應(yīng)用。為滿足復(fù)雜、個性化陶瓷零部件的快速研制需求，傳統(tǒng)陶瓷材料制造技??術(shù)亟待發(fā)展。??Ｉ纖??（ａ）陶瓷渦輪葉片?（ｂ）陶瓷渦輪葉片組??圖１．２陶瓷渦輪葉片??增材制造技術(shù)是？種先進的新興制造技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)陶瓷部件的快速制造，可以彌??補和克服傳統(tǒng)陶瓷加工工藝難以制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的不足。換言之，増材制造技術(shù)可以作??１??

公司預(yù)測，到２０２７年陶瓷增材制造的市場有望達到１０億美元［７］。??陶瓷材料的增材制造己經(jīng)引起國內(nèi)外研究者、企業(yè)和政府的密切關(guān)注。２０１４年，據(jù)??報道通用公司在應(yīng)用第四代碳纖維制成的陶瓷基復(fù)合材料（Ｃｅｒａｍｉｃ?Ｍａｔｒｉｘ?Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，??ＣＭＣ）?３Ｄ打印超聲速噴氣發(fā)動機的葉片［８］。２０１５年，法國３ＤＣＥＲＡＭ公司歷經(jīng)十多年研??發(fā)，發(fā)布了工業(yè)級陶瓷３Ｄ打印機一Ｃｅｒａｍａｋｅｒ［９］。２０１６年１月美國加州ＨＲＬ實驗室３Ｄ打印??高溫陶瓷技術(shù)公布于《科學(xué)》雜志，圖１．３是該實驗室打印的耐高溫陶瓷部件ｎ（）］。２０１７??年，ＮＡＳＡ進一步資助了ＨＲＬ的科研人員推進３Ｄ打印陶瓷增強火箭部件的發(fā)展。同年，??哈佛科學(xué)家研發(fā)出超輕質(zhì)的３Ｄ打印陶瓷泡沫油墨，將應(yīng)用于醫(yī)療、建筑等行業(yè)［１１］。２０１７??年，我國印發(fā)《增材制造（３Ｄ打印）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（２０１７－２０２０年）》，明確提出提升陶??瓷增材制造專用材料質(zhì)量研究［１２］。??圖１．３美國ＨＲＬ實驗室３Ｄ打印的陶瓷部件??１．２陶瓷增材制造研宄現(xiàn)狀??近三十年來，增材制造（Ａｄｄｉｔｉｖｅ?Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，?ＡＭ）技術(shù)迅速發(fā)展［１３＇?１４１，陶瓷??增材制造技術(shù)正逐漸引起重視。從國內(nèi)外總體研究現(xiàn)狀來看［￣１８］，本文認為陶瓷增材制??造技術(shù)可分為陶瓷直寫（Ｃｅｒａｍｉｃ?Ｄｉｒｅｃｔ?Ｐｒｉｎｔｉｎｇ，?ＣＤＰ）技術(shù)、光聚合（Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｓａｔｉｏｎ）??打印技術(shù)、陶瓷３Ｄ打印粉床技術(shù)以及其它陶瓷增材制造技術(shù)四大類，如圖１．４所示。??今陶瓷直寫技術(shù)屬于“液體噴射技術(shù)”，是一種采用噴頭沉積陶瓷材料的增材制造??技術(shù)，主要

【參考文獻】：
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