本文關(guān)鍵詞：碳纖維增強(qiáng)覆膜砂選擇性激光燒結(jié)成型性能研究

  更多相關(guān)文章： 選擇性激光燒結(jié)(SLS) 覆膜砂 碳纖維 表面改性 成型性能

【摘要】：選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(Selective Laser Sintering,SLS)是快速成型技術(shù)(Rapid prototyping technology,RP)中的一個(gè)重要分支,因其成型材料的多樣性、無需專用工具且不受零件形狀復(fù)雜程度的限制等優(yōu)勢(shì),在航空航天、汽車、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將選擇性激光燒結(jié)技術(shù)與精密鑄造技術(shù)相結(jié)合,可以減少木模、模樣等的設(shè)計(jì)與制造,實(shí)現(xiàn)砂型/芯的一體化,制造出技術(shù)要求更高的復(fù)雜鑄件。目前SLS快速成型燒結(jié)件存在初強(qiáng)度低,潰散性較差等問題,限制了其在精密復(fù)雜鑄件上的應(yīng)用。本文以碳纖維為增強(qiáng)材料,覆膜砂為基體材料,對(duì)碳纖維增強(qiáng)覆膜砂選擇性激光燒結(jié)成型性能進(jìn)行研究,主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:采用氣相氧化、濃硝酸氧化及濃硝酸與硅烷偶聯(lián)劑共同處理三種不同的表面改性方法對(duì)碳纖維表面進(jìn)行改性處理,研究了不同改性處理的碳纖維對(duì)覆膜砂SLS燒結(jié)件初強(qiáng)度及后固化強(qiáng)度的影響,通過微觀形貌發(fā)現(xiàn),濃硝酸與偶聯(lián)劑共同改性處理后的碳纖維溝槽刻蝕和粗糙程度較其他改性方法更為顯著,有利于提高碳纖維與覆膜砂基體之間的結(jié)合,并且在覆膜砂中能夠?qū)崿F(xiàn)均勻分布,通過力學(xué)性能測(cè)試,抗拉初強(qiáng)度和抗彎初強(qiáng)度分別為:0.372MPa和0.56MPa,后固化抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度分別為6.385MPa和8.011MPa。通過添加不同比例的碳纖維,研究了碳纖維含量對(duì)燒結(jié)件初強(qiáng)度、后固化強(qiáng)度、潰散性、發(fā)氣量及透氣性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,在覆膜砂中添加3wt%的碳纖維有利于提高燒結(jié)件的初強(qiáng)度,燒結(jié)件的抗拉初強(qiáng)度和抗彎初強(qiáng)度比未添加碳纖維的覆膜砂分別提高了23.18%和31.46%。在一定范圍內(nèi),隨著碳纖維含量的增加,后固化強(qiáng)度先增加后迅速降低,并在碳纖維含量為3wt%時(shí)達(dá)到最高,其后固化抗拉強(qiáng)度和后固化抗彎強(qiáng)度比未添加碳纖維的覆膜砂分別提高了24.71%和23.13%;焙燒溫度在280℃時(shí),覆膜砂的殘余強(qiáng)度隨碳纖維含量的增加先增大后降低,當(dāng)焙燒溫度達(dá)到380℃以上時(shí),覆膜砂的殘余強(qiáng)度隨著碳纖維含量的增加而降低;碳纖維的加入對(duì)覆膜砂的發(fā)氣量影響較小,而對(duì)透氣性的影響相對(duì)較大,隨著碳纖維添加量的增加,覆膜砂的透氣性逐漸降低。通過對(duì)SLS成型過程中影響燒結(jié)件質(zhì)量的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析,采用正交試驗(yàn)法對(duì)SLS工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得到最佳燒結(jié)工藝為:預(yù)熱溫度為60℃,激光功率為42W,掃描速度為2.5m/s,鋪粉層厚為0.15mm。
【關(guān)鍵詞】：選擇性激光燒結(jié)(SLS) 覆膜砂 碳纖維 表面改性 成型性能
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG665;TG249.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 課題研究背景及意義9
• 1.2 快速成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀9-11
• 1.3 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)概述11-14
• 1.3.1 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的成型原理11-12
• 1.3.2 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的成型特點(diǎn)12-13
• 1.3.3 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的成型設(shè)備13
• 1.3.4 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的成型材料13-14
• 1.4 選擇性激光燒結(jié)覆膜砂型（芯）的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.5 碳纖維及其復(fù)合材料概述17-18
• 1.5.1 碳纖維簡介17
• 1.5.2 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.6 研究目的及研究內(nèi)容18-20
• 1.6.1 研究目的18
• 1.6.2 本課題主要的研究內(nèi)容18-20
• 第2章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法20-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料20-21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備21-24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法24-27
• 2.3.1 碳纖維的改性處理24
• 2.3.2 碳纖維增強(qiáng)覆膜砂材料的制備24-25
• 2.3.3 碳纖維增強(qiáng)覆膜砂SLS工藝參數(shù)的優(yōu)化25
• 2.3.4 選擇性激光燒結(jié)件的后處理25-26
• 2.3.5 實(shí)驗(yàn)工藝路線26-27
• 2.4 測(cè)試與表征27-30
• 第3章 碳纖維對(duì)覆膜砂SLS成型性能的影響30-45
• 3.1 表面改性對(duì)碳纖維增強(qiáng)覆膜砂材料SLS成型強(qiáng)度的影響30-37
• 3.1.1 不同表面改性對(duì)碳纖維表面形貌的影響30-32
• 3.1.2 改性碳纖維對(duì)覆膜砂SLS燒結(jié)件強(qiáng)度的影響32-35
• 3.1.3 改性碳纖維增強(qiáng)覆膜砂SLS燒結(jié)件斷面分析35-37
• 3.2 碳纖維的添加對(duì)覆膜砂SLS燒結(jié)件成型性能的影響37-44
• 3.2.1 碳纖維的添加對(duì)覆膜砂SLS燒結(jié)件強(qiáng)度的影響38-41
• 3.2.2 碳纖維的添加對(duì)覆膜砂SLS燒結(jié)件潰散性的影響41-42
• 3.2.3 碳纖維的添加對(duì)覆膜砂SLS燒結(jié)件發(fā)氣量的影響42
• 3.2.4 碳纖維的添加對(duì)覆膜砂SLS燒結(jié)件透氣性的影響42-44
• 3.3 本章小結(jié)44-45
• 第4章 碳纖維增強(qiáng)覆膜砂SLS工藝參數(shù)的優(yōu)化45-60
• 4.1 碳纖維增強(qiáng)覆膜砂材料的激光燒結(jié)機(jī)理45-46
• 4.1.1 激光與覆膜砂之間的相互作用45-46
• 4.1.2 熱量的傳遞46
• 4.2 SLS工藝參數(shù)對(duì)燒結(jié)件性能的影響分析46-51
• 4.2.1 預(yù)熱溫度46-47
• 4.2.2 激光參數(shù)47-49
• 4.2.3 單層層厚49-50
• 4.2.4 掃描方式50-51
• 4.3 SLS工藝參數(shù)的優(yōu)化51-59
• 4.3.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)51-53
• 4.3.1.1 正交表的選擇51
• 4.3.1.2 正交試驗(yàn)方案的確定51-53
• 4.3.2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析53-58
• 4.3.2.1 試驗(yàn)結(jié)果53-54
• 4.3.2.2 極差分析54-58
• 4.3.3 優(yōu)化驗(yàn)證58-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第5章 結(jié)論與展望60-62
• 5.1 結(jié)論60-61
• 5.2 研究展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文66-67
• 致謝67-68

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