1 北方民族大学材料科学与工程学院, 银川 750021
2 碳基先进陶瓷制备技术国家地方联合工程研究中心, 银川 750021
3 南昌航空大学航空制造工程学院, 南昌 330000
为解决LiNbO3粉体烧结活性低、高温下Li元素烧失导致的烧结体致密度低的问题, 采用固相反应法合成化学计量比的LiNbO3粉体, 通过还原处理增加其氧空位浓度, 然后采用放电等离子烧结(SPS)技术对其进行烧结, 制备出高致密LiNbO3陶瓷。利用XRD、EPR、XPS、Raman光谱仪、SEM对LiNbO3粉体及其陶瓷进行表征和分析, 结果表明, LiNbO3粉体经700 ℃还原处理后氧空位浓度显著增大, 且氧空位出现在Nb—O八面体中O原子的晶格位置。随着SPS温度的升高, LiNbO3陶瓷的相对密度呈先增大后减小的趋势, 900 ℃时烧结体的相对密度达到最大, 为98.19%。经800 ℃退火增氧处理后, LiNbO3陶瓷由黑色转变为白色, 氧空位缺陷被消除, LiNbO3陶瓷相对密度为98.32%。本研究为高致密碱金属铌酸盐陶瓷的制备提供了新思路。
氧空位 Nb—O八面体 放电等离子烧结 相对密度 晶粒尺寸 LiNbO3 LiNbO3 oxygen vacancy Nb—O octahedron spark plasma sintering relative density grain size
以α-Si3N4粉末为原料, Y2O3和MgAl2O4体系为烧结助剂, 采用无压烧结方式, 研究了烧结温度、保温时间、烧结助剂含量以及各组分配比对氮化硅致密化及力学性能的影响。结果表明: 以Y2O3和MgAl2O4为烧结助剂体系, 氮化硅陶瓷在烧结温度为1 600 ℃, 保温时间为4 h, 烧结助剂含量为12.5%(质量分数), Y2O3和MgAl2O4质量比为1∶1时, 综合性能最好; 氮化硅陶瓷显气孔率为0.21%, 相对密度为98.10%, 抗弯强度为598 MPa, 维氏硬度为15.55 GPa。
氮化硅 无压烧结 显气孔率 相对密度 抗弯强度 维氏硬度 silicon nitride pressureless sintering apparent porosity relative density bending strength Vickers hardness
1 1.华中科技大学 材料科学与工程学院, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉430074
2 2.增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心, 武汉430074
3 3.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海200050
随着科技的不断发展, Si3N4陶瓷在航空、机械、生物医疗等高新领域发挥着越来越重要的作用。本工作采用包覆助烧剂Al2O3-Y2O3后的Si3N4粉体为原材料, 利用数字光处理(Digital light processing, DLP)技术成功制备出Si3N4陶瓷, 并系统研究了浆料固相含量对Si3N4陶瓷浆料、DLP成形Si3N4陶瓷素坯和陶瓷性能的影响。研究表明, 浆料固相含量低于40.0% (体积分数)时, 浆料在30 s-1剪切速率下的粘度均小于2 Pa·s, 可用于DLP成形。在这种情况下, 浆料的单层固化深度随浆料固相含量的增加而减小。随着浆料固相含量的增大, DLP成形Si3N4陶瓷的相对密度和抗弯强度先升高后降低。固相含量为37.5% (体积分数)的样品获得最大的相对密度和抗弯强度, 分别为89.8%和162.5 MPa, 较固相含量为32.5% (体积分数)的样品分别提升了10%和16%。本研究通过对陶瓷浆料性能的优化, 提升了DLP成形Si3N4陶瓷的性能, 为Si3N4等非氧化物陶瓷光固化成形奠定了实验基础。
氮化硅 数字光处理 固相含量 相对密度 抗弯强度 Si3N4 digital light processing solid loading relative density flexural strength
1 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
2 全球能源互联网研究院有限公司, 北京 102200
3 北京工业大学材料科学与工程学院, 北京 100124
为降低3D打印铜合金的生产成本, 采用水雾化法制备的Cu-10Sn合金粉末作为原材料,进行激光选区熔化(SLM)试验。通过优化打印工艺参数获得几乎全致密的Cu-10Sn合金块体, 其相对密度达99.7%。制备的Cu-10Sn合金主要由金属间化合物Cu41Sn11及α-Cu固溶体两相组成, 其晶粒形态主要为沿凝固方向形成的柱状树枝晶和枝晶间相, 并且在晶内分布有高密度位错。在准静态拉伸条件下, 其屈服强度为(392±6) MPa, 抗拉强度为(749±5) MPa, 塑性变形量为29%±2.3%, 综合力学性能远高于铸态 Cu-10Sn合金。
激光技术 激光选区熔化 Cu-10Sn合金 相对密度 力学性能 中国激光
2018, 45(10): 1002009
南京理工大学高端装备数字化设计制造研究中心, 江苏 南京 210094
针对牙科钴铬合金(remanium star CL)进行选择性激光熔融(SLM)成形实验，测试分析钴铬合金成形件微观组织及表面质量，研究激光功率、扫描速度、扫描间距及其综合作用下的激光能量密度对钴铬合金件表面粗糙度、相对密度及维氏硬度的影响。研究结果表明，相同激光能量密度下，不同的激光功率、扫描速度、扫描间距也会导致不同的表面粗糙度。SLM 成形钴铬合金件相对密度随激光功率的增加而增大且变化速率逐渐缓慢；扫描速度在80~100 mm/s时，钴铬合金SLM 成形相对密度最大值达94.95%。随着激光扫描间距的增大，钴铬合金件的相对密度下降。试件维氏硬度随激光功率和扫描速度的增大均呈现先增大后减小的变化规律。此外，激光功率从50 W 变为100 W 时，网状晶粒平均尺寸由0.8 μm 增大到2 μm 左右，然而过大的激光功率将导致晶粒尺寸过大使硬度降低。SLM 成形钴铬合金件维氏硬度平均硬度为392 HV，在合理范围内略高于标准值。
激光技术 选择性激光熔融 钴铬合金 表面粗糙度 相对密度 维氏硬度
1 武汉理工大学 物流工程学院 港口装卸技术交通运输行业重点实验室，武汉 430063
2 华中科技大学 材料成形与模具技术国家重点实验室，武汉 430074
为了提高选择性激光烧结制件的相对密度，使用冷等静压进行致密化。在Drucker-Prager-cap模型的基础上对选择性激光烧结制件的冷等静压过程进行数值模拟，并对模拟结果进行了理论分析和实验验证。结果表明，通过冷等静压工艺可使选择性激光烧结制件的相对密度明显提高，制件收缩比较均匀，典型尺寸的实验结果与目标尺寸的误差在0.41mm以内，模拟结果与实验比较符合。对选择性激光烧结制件进行冷等静压处理，拓展了粉末激光快速成形技术的应用领域，为其应用于工程实际奠定了技术和实验基础。
材料 相对密度 模拟 选择性激光烧结 materials relative density simulation selective laser sintering
华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室,湖北 武汉 430074
为了获得高密度复杂形状氧化铝陶瓷件, 提出采用覆膜和混合相结合的方式制备出含有机粘接剂w(PVA)＝1.5％和w(ER06)＝8.0％的Al2O3复合粉体, 对复合粉体进行选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)/ 冷等静压(cold isostatic pressing, CIP)成形、再经脱脂、高温烧结获得最终陶瓷零部件的制造方法。研究了激光烧结的4 个工艺参数, 得出在激光功率为21 W、扫描速度为1 600 mm/s、扫描间距为100 μm、单层层厚为150 μm时, 获得的SLS陶瓷坯体密度和强度较好, 较高强度的SLS坯体有利于后续其它工艺的进行。研究了具有随形包套的SLS陶瓷件的CIP工艺, 得出随着压力的增大, 陶瓷坯体的孔隙得到更大程度的消除, 粉体颗粒重排压实, 密度和强度显著提高, 而当CIP压力大于200 MPa时, 致密化速率减小。基于环氧树脂粘接剂的热重(TG)曲线分析, 对SLS/CIP试样进行合理的脱脂、高温烧结处理, 所得Al2O3陶瓷件相对密度大于92.26％。为制造高性能复杂形状的陶瓷件提供了一种新的方法, 并拓展了SLS技术的应用范围。
选择性激光烧结 等静压 相对密度 selective laser sintering isostatic pressing Al2O3 alumina ceramic relative density
