激光直接成形氧化铝基陶瓷气孔形成机理及控制研究

发布时间：2023-02-14 14:51

　　陶瓷材料作为世界主要应用材料之一,因其优异的物理和化学性能被广泛地应用在航空航天、生物医疗和工业领域。陶瓷零件传统制备工艺由于制备复杂、模具化生产、产品收缩比大及添加粘结剂等问题,造成了陶瓷复杂定制化零件成品率较低,成本高。激光直接成形技术属于增材制造的一种,通过层层累积的工艺进行直接熔融成形。相对陶瓷传统制备工艺减少了制造模具、添加粘结剂等环节,提高了制备效率,减少了制备成本。本文利用激光直接成形技术进行氧化铝基陶瓷单道多层陶瓷成形件的基础研究,探究陶瓷成形件内气孔缺陷的形成机理,构建气孔形成模型,并在此基础上进行不同策略的控制分析。基于气孔缺陷研究基础,成功制备出应用在血液分析仪中的陶瓷柱塞零件。本文具体研究内容如下:(1)根据激光直接成形工艺特点,对陶瓷成形件的层间孔隙、层内孔隙、晶间孔隙和缩孔四类气孔缺陷进行了研究。基于陶瓷结构件形状特征,发现陶瓷结构件气孔的形貌和分布特征与陶瓷结构件形状及成形方式有关。基于陶瓷材料不同配比特征,从氧化铝/氧化锆二元相图出发,对陶瓷成形件的气孔特征及组织形貌进行了研究。对成形件不同区域处的气孔特征进行了系统的分析,研究了从亚共晶、共晶到过共晶陶...

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
符号表
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 陶瓷增材制造技术
        1.2.1 陶瓷增材制造间接成形
        1.2.2 陶瓷增材制造直接成形
    1.3 气孔缺陷国内外研究现状
        1.3.1 气孔形成机理
        1.3.2 气孔形成模型
        1.3.3 气孔控制策略
    1.4 论文研究思路及主要内容
        1.4.1 研究思路
        1.4.2 主要研究内容
第2章 激光直接成形陶瓷成形件气孔缺陷特征
    2.1 引言
    2.2 激光直接成形氧化铝陶瓷成形方法及实验设备
        2.2.1 激光直接成形过程
        2.2.2 成形件结构特征
        2.2.3 成形方法及实验设备
    2.3 不同形状结构陶瓷件气孔特征及形成机理
        2.3.1 线型陶瓷结构件
        2.3.2 面型陶瓷结构件
        2.3.3 体型陶瓷结构件
    2.4 不同材料配比下陶瓷成形件微观特征
        2.4.1 不同材料配比陶瓷成形件微观组织
        2.4.2 不同材料配比陶瓷成形件气孔特征
    2.5 本章小结
第3章 激光直接成形氧化铝基陶瓷气孔形成机制
    3.1 引言
    3.2 激光直接成形氧化铝基陶瓷熔池流动特征
    3.3 激光直接成形氧化铝基陶瓷气孔形成模型
        3.3.1 气孔形成机理
        3.3.2 模型假设
        3.3.3 熔池外流模式
        3.3.4 熔池内流模式
    3.4 熔池不同流动模式气孔形成机制
        3.4.1 熔池外流气孔形成机制
        3.4.2 熔池内流气孔形成机制
    3.5 本章小结
第4章 基于工艺参量下气孔分布特征与工艺优化
    4.1 引言
    4.2 陶瓷成形件截面特征
        4.2.1 成形件截面图像处理
        4.2.2 成形件截面尺寸特征
    4.3 成形件气孔率
    4.4 气孔面积特征
    4.5 基于田口法的工艺参量优化
    4.6 本章小结
第5章 基于过程参量的气孔缺陷控制策略
    5.1 引言
    5.2 熔池温度对成形件气孔缺陷的控制分析
        5.2.1 熔池温度监测方法
        5.2.2 熔池温度动态特征
        5.2.3 熔池温度对成形气孔的影响
    5.3 陶瓷等离子体羽辉对气孔缺陷的控制分析
        5.3.1 陶瓷等离子体羽辉监测平台
        5.3.2 等离子体羽辉质心提取算法
        5.3.3 等离子体羽辉质心高度对成形气孔的影响
    5.4 本章小结
第6章 激光直接成形陶瓷件力学性能验证
    6.1 引言
    6.2 陶瓷成形件力学性能分析
        6.2.1 硬度和断裂韧性
        6.2.2 抗压强度
    6.3 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读博士学位期间发表或录用的论文
附录 B 攻读博士学位期间申请的专利
附录 C 攻读博士学位期间承担或参与的科研项目



本文编号：3742569