Trochbraak yn aluminiumoxidepoeier yn 3D-printmaterialen
Rinnend yn it laboratoarium fan 'e Northwestern Polytechnical University, in ljochtúthardingsapparaat3D-printer bromt licht, en de laserstraal beweecht presys yn 'e keramyske slurry. Mar in pear oeren letter wurdt in keramyske kearn mei in komplekse struktuer lykas in doalhôf folslein presintearre - it sil brûkt wurde om de turbineblêden fan fleantúchmotoren te jitten. Professor Su Haijun, dy't ferantwurdlik is foar it projekt, wiisde nei it delikate ûnderdiel en sei: "Trije jier lyn doarsten wy net iens oan sokke presyzje te tinken. De kaai trochbraak is ferburgen yn dit ûnopfallende aluminiumoxidepoeier."
Eartiids wie aluminiumoxide-keramyk as in "probleemstudint" op it mêd fan3D-printsjen– hege sterkte, hege temperatuerresistinsje, goede isolaasje, mar doe't it ienris printe wie, hie it in protte problemen. Under tradisjonele prosessen hat aluminiumoxidepoeier minne floeiberens en blokkearret it faak de printkop; de krimp by it sinterjen kin wol 15%-20% wêze, en de ûnderdielen dy't mei grutte muoite printe binne, sille misfoarmje en barste sa gau as se ferbaarnd binne; komplekse struktueren? It is noch mear in lúkse. Yngenieurs binne benaud: "Dit ding is as in koppige keunstner, mei wylde ideeën mar net genôch hannen."
1. Russyske formule: It pleatsen fan "keramyske wapenrusting" op 'ealuminiummatriks
It kearpunt kaam earst fan 'e revolúsje yn materiaalûntwerp. Yn 2020 kundige materiaalwittenskippers fan 'e Nasjonale Universiteit fan Wittenskip en Technology (NUST MISIS) fan Ruslân in disruptive technology oan. Ynstee fan gewoan aluminiumoksidepoeier te mingen, diene se aluminiumpoeier mei hege suverens yn in autoklaaf en brûkten hydrothermale oksidaasje om in laach aluminiumoksidefilm mei in presys kontrolearbere dikte op it oerflak fan elk aluminiumdieltsje te "groeien", krekt as it pleatsen fan in laach nano-nivo-pantser op 'e aluminiumbal. Dit "kearn-skelstruktuer"-poeier toant geweldige prestaasjes tidens laser 3D-printsjen (SLM-technology): de hurdens is 40% heger as dy fan suvere aluminiummaterialen, en de stabiliteit by hege temperatuer is sterk ferbettere, wêrtroch't direkt foldocht oan 'e easken fan loftfeartkwaliteit.
Professor Alexander Gromov, de projektlieder, makke in libbene analogy: "Yn it ferline wiene kompositmaterialen as salades - elk hie syn eigen saken foar syn eigen rekken; ús poeders binne as sandwiches - aluminium en alumina bite laach foar laach yn elkoar, en gjinien kin sûnder de oare." Dizze sterke koppeling lit it materiaal syn feardigens sjen litte yn fleantúchmotorûnderdielen en ultralichte rompframes, en begjint sels it territoarium fan titaniumlegeringen út te daagjen.
2. Sineeske wiisheid: de magy fan it "setten" fan keramyk
It grutste pinepunt fan aluminiumoxide-keramykprintsjen is sinterkrimp - stel jo foar dat jo in klaaifiguer foarsichtich knede, en it krimpt ta de grutte fan in ierappel sa gau as it de oven yngie. Hoefolle soe it ynstoarte? Begjin 2024 sette de resultaten publisearre troch it team fan professor Su Haijun oan 'e Northwestern Polytechnical University yn it Journal of Materials Science & Technology de yndustry op gong: se krigen in hast nul-krimpende aluminiumoxide-keramykkearn mei in krimppersintaazje fan mar 0,3%.
It geheim is om ta te foegjenaluminiumpoeiernei aluminiumoxide en dan in presys "sfearmagy" spielje.
Aluminiumpoeier tafoegje: Ming 15% fyn aluminiumpoeier yn 'e keramyske slurry
Kontrolearje de sfear: Brûk argongasbeskerming oan it begjin fan it sinterjen om te foarkommen dat aluminiumpoeier oksidearret
Smart switching: As de temperatuer omheech giet nei 1400 °C, wikselje de atmosfear ynienen nei loft
In-situ oksidaasje: Aluminiumpoeier smelt direkt yn drippen en oksidearret ta aluminiumokside, en folume-útwreiding kompensearret krimp
3. Binderrevolúsje: aluminiumpoeier feroaret yn "ûnsichtbere lym"
Wylst de Russyske en Sineeske teams hurd wurkje oan poeiermodifikaasje, is in oare technyske rûte stilwei folwoeksen wurden - it brûken fan aluminiumpoeier as bindmiddel.3D-printsjenBindmiddels binne meast organyske harsen, dy't holtes efterlitte as se ferbaarnd wurde tidens it ûntfetten. It patint fan in húshâldlik team út 2023 brûkt in oare oanpak: it meitsjen fan aluminiumpoeier ta in wetterbasearre bindmiddel47.
Tidens it printsjen spuit de nozzle sekuer "lijm" mei 50-70% aluminiumpoeier op 'e laach aluminiumoksidepoeier. As it giet om de ûntfettingsfaze, wurdt fakuüm lutsen en soerstof trochlitten, en wurdt it aluminiumpoeier oksidearre ta aluminiumokside by 200-800 °C. De eigenskip fan folume-útwreiding fan mear as 20% makket it mooglik om de poaren aktyf te foljen en de krimpsnelheid te ferminderjen nei minder as 5%. "It is lykweardich oan it ôfbrekken fan 'e steiger en tagelyk in nije muorre te bouwen, wêrby't jo jo eigen gatten folje!", beskreau in yngenieur it sa.
4. De keunst fan dieltsjes: de oerwinning fan sferysk poeier
It "uterlik" fan aluminiumoxidepoeier is ûnferwachts de kaai wurden ta trochbraken - dit uterlik ferwiist nei de dieltsjefoarm. In stúdzje yn it tydskrift "Open Ceramics" yn 2024 fergelike de prestaasjes fan sferyske en unregelmjittige aluminiumoxidepoeiers yn fused deposition (CF³) printsjen5:
Sferysk poeier: streamt as fyn sân, de folpersintaazje is mear as 60%, en de print is glêd en seidich
Unregelmjittich poeier: fêst as grove sûker, de viskositeit is 40 kear heger, en de nozzle is blokkearre om it libben te betwifeljen
Noch better, de tichtheid fan 'e ûnderdielen dy't printe binne mei sferysk poeier giet nei it sinterjen maklik boppe de 89% út, en de oerflaktefinish foldocht direkt oan 'e standert. "Wa brûkt no noch "lelijke" poeier? Floeiberens is gefjochtseffektiviteit!" In technikus glimke en konkludearre.
Takomst: Stjerren en seeën besteane tegearre mei lyts en moai
De 3D-printrevolúsje fan aluminiumoxidepoeier is noch lang net foarby. De militêre yndustry hat it foartou nommen yn it tapassen fan hast nul-krimpkearnen om turbofanblêden te meitsjen; it biomedyske fjild hat omtinken jûn oan syn biokompatibiliteit en is begûn mei it printsjen fan oanpaste bonkeimplantaten; de elektroanika-yndustry hat him rjochte op waarmteôffiersubstraten - de termyske geliedingsfermogen en net-elektryske geliedingsfermogen fan aluminiumoxide binne ommers ûnferfangber.