氧化铝陶瓷直接激光选区烧结成形工艺及机理研究
发布时间：2021-11-25 23:05
直接激光选区烧结（direct Selective Laser Sintering,dSLS）是增材制造技术的一支,它利用激光的热效应熔融陶瓷粉体,基于分层-叠加原理使陶瓷粉末烧结在一起从而成形出陶瓷零件,具备不含有机粘结剂、无需脱胶等后处理工艺、成形流程短、陶瓷材料利用率高等优点,是更为理想的陶瓷增材制造技术。然而,陶瓷材料本身的高硬度、高熔点等性质导致了当前dSLS技术具有成形难度大、对设备要求高、成品质量较低等特点。本研究通过加入硬质陶瓷B4C以及粉体压力处理技术这两种简便方法,分别成形出多孔和致密氧化铝陶瓷,研究了两种工艺成形氧化铝陶瓷的影响因素和成形机理,并得到如下结论:（1）碳化硼的加入使氧化铝的dSLS成形区域大大扩展,可以将氧化铝的颗粒尺寸从约3?m（3 wt%B4C）增加至约5?m（5 wt%B4C）。氧化铝多孔陶瓷的孔径尺寸随碳化硼的添加量增大而减小,1 wt%B4C含量样品的平均孔径为7.05?m,而当B4C的量达到9 wt%时,平均孔径降低至3.39?m...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
-Al2O3的空间点阵结构
图 1-2 增材制造过程图Fig. 1-2 Workflow chart of additive manufacturing成形（Stereo-Lithography，SL）以含有光敏树脂的陶瓷浆料型的截面信息，成形光源（一般为紫外光）对浆料进行选择性工作台移动一个层厚的高度，逐层扫描后得到三维实体零件成熟的增材制造成形陶瓷技术，具有精度高、成品表面质量于树脂有毒性且利用率低、成本高[15]。体制造（LaminatedObjectedManufacturing，LOM）的思想是并于 1987 年申请了相关专利[22]。LOM 基本原理为：薄层材，通过热压装置使材料表面达到一定温度，薄层之间粘合在面信息在片材上扫描烧蚀出轮廓线，并将非成形区切割成块下降，铺上新一层片层，热压辊的加热并碾压，已成形材料与，逐层扫描切割粘结后得到实物。1994 年，LonePeak 公司的
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文1）基于浆料涂层的陶瓷 dSLS 技术2006 年，Gahler 等人[32]以 Al2O3–SiO2牙科陶瓷粉体为原料，制备出 63 wt%l2O3–SiO2水性浆料。图 1-3(a)为基于浆料涂层的 dSLS 成形流程图，可以看出该方式为首先通过铺覆机构将浆料铺覆在基板上形成陶瓷浆料涂层，在外界预热下，浆料溶剂蒸发后形成一层较为致密的陶瓷层，此时激光进行选择性扫描成形成一层打印后成形面下降一层厚度，重复此流程即可成形出陶瓷零件。图 1-3(b于最优参数成形出的牙齿模型，可以看出表面仍较为粗糙，图 1-3(c)为该样品的图，可以看出样品仍有明显的分层现象，层间并没有完全烧结在一起，存在一定隙。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光选区烧结用陶瓷材料的制备及其成型技术[J]. 吴甲民,陈安南,刘梦月,刘凯,程立金,史玉升,李晨辉,朱小刚,王联凤. 中国材料进展. 2017(Z1)
[2]陶瓷零件增材制造技术及在航空航天领域的潜在应用[J]. 吴甲民,陈敬炎,陈安南,程立金,肖欢,刘荣臻,史玉升,李晨辉,朱小刚,王联凤. 航空制造技术. 2017(10)
[3]3D打印材料应用和研究现状[J]. 王延庆,沈竞兴,吴海全. 航空材料学报. 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]激光功率对Al2O3-ZrO2共晶陶瓷成形质量的影响[J]. 吴东江,张垚磊,牛方勇,马广义,孙贝,康仁科. 稀有金属材料与工程. 2014(11)
[6]多孔氧化铝陶瓷的研究进展[J]. 王蒙,王俊勃,贺辛亥,刘江南,苏晓磊,江燕,李冰. 应用化工. 2013(08)
[7]ZrO2-13%Al2O3陶瓷薄壁件激光近净成形实验[J]. 吴东江,卢卫锋,陈云啸,马广义,郭玉泉,郭东明. 中国激光. 2012(07)
[8]激光烧结Sr1.86Ca0.14NaNb5O15无Pb压电陶瓷[J]. 杜新宇,季凌飞,蒋毅坚. 光电子.激光. 2009(08)
[9]氧化铝陶瓷的发展与应用[J]. 朱志斌,郭志军,刘英,王慧,陈秀峰. 陶瓷. 2003(01)
博士论文
[1]陶瓷粉末激光烧结/冷等静压复合成形技术研究[D]. 刘凯.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]激光近净成形Al2O3/SiC复相陶瓷材料的研究[D]. 杨策.大连理工大学 2013
[2]氧化铝的制备及相转变研究[D]. 王艳琴.兰州大学 2008
本文编号：3518958
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
-Al2O3的空间点阵结构
图 1-2 增材制造过程图Fig. 1-2 Workflow chart of additive manufacturing成形（Stereo-Lithography，SL）以含有光敏树脂的陶瓷浆料型的截面信息，成形光源（一般为紫外光）对浆料进行选择性工作台移动一个层厚的高度，逐层扫描后得到三维实体零件成熟的增材制造成形陶瓷技术，具有精度高、成品表面质量于树脂有毒性且利用率低、成本高[15]。体制造（LaminatedObjectedManufacturing，LOM）的思想是并于 1987 年申请了相关专利[22]。LOM 基本原理为：薄层材，通过热压装置使材料表面达到一定温度，薄层之间粘合在面信息在片材上扫描烧蚀出轮廓线，并将非成形区切割成块下降，铺上新一层片层，热压辊的加热并碾压，已成形材料与，逐层扫描切割粘结后得到实物。1994 年，LonePeak 公司的
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文1）基于浆料涂层的陶瓷 dSLS 技术2006 年，Gahler 等人[32]以 Al2O3–SiO2牙科陶瓷粉体为原料，制备出 63 wt%l2O3–SiO2水性浆料。图 1-3(a)为基于浆料涂层的 dSLS 成形流程图，可以看出该方式为首先通过铺覆机构将浆料铺覆在基板上形成陶瓷浆料涂层，在外界预热下，浆料溶剂蒸发后形成一层较为致密的陶瓷层，此时激光进行选择性扫描成形成一层打印后成形面下降一层厚度，重复此流程即可成形出陶瓷零件。图 1-3(b于最优参数成形出的牙齿模型，可以看出表面仍较为粗糙，图 1-3(c)为该样品的图，可以看出样品仍有明显的分层现象，层间并没有完全烧结在一起，存在一定隙。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光选区烧结用陶瓷材料的制备及其成型技术[J]. 吴甲民,陈安南,刘梦月,刘凯,程立金,史玉升,李晨辉,朱小刚,王联凤. 中国材料进展. 2017(Z1)
[2]陶瓷零件增材制造技术及在航空航天领域的潜在应用[J]. 吴甲民,陈敬炎,陈安南,程立金,肖欢,刘荣臻,史玉升,李晨辉,朱小刚,王联凤. 航空制造技术. 2017(10)
[3]3D打印材料应用和研究现状[J]. 王延庆,沈竞兴,吴海全. 航空材料学报. 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]激光功率对Al2O3-ZrO2共晶陶瓷成形质量的影响[J]. 吴东江,张垚磊,牛方勇,马广义,孙贝,康仁科. 稀有金属材料与工程. 2014(11)
[6]多孔氧化铝陶瓷的研究进展[J]. 王蒙,王俊勃,贺辛亥,刘江南,苏晓磊,江燕,李冰. 应用化工. 2013(08)
[7]ZrO2-13%Al2O3陶瓷薄壁件激光近净成形实验[J]. 吴东江,卢卫锋,陈云啸,马广义,郭玉泉,郭东明. 中国激光. 2012(07)
[8]激光烧结Sr1.86Ca0.14NaNb5O15无Pb压电陶瓷[J]. 杜新宇,季凌飞,蒋毅坚. 光电子.激光. 2009(08)
[9]氧化铝陶瓷的发展与应用[J]. 朱志斌,郭志军,刘英,王慧,陈秀峰. 陶瓷. 2003(01)
博士论文
[1]陶瓷粉末激光烧结/冷等静压复合成形技术研究[D]. 刘凯.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]激光近净成形Al2O3/SiC复相陶瓷材料的研究[D]. 杨策.大连理工大学 2013
[2]氧化铝的制备及相转变研究[D]. 王艳琴.兰州大学 2008
本文编号：3518958
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