激光选区烧结复合材料成型工艺及性能研究
发布时间：2021-11-21 14:51
复合材料因具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀以及热化学性能稳定等优点,被广泛用于核电辐射防护、航空航天、生物医疗等领域。针对核电辐射防护领域与结构陶瓷领域复合材料传统加工方法制造周期长、生产成本高,难以制造复杂结构零件等问题,本文以钨/尼龙12辐射防护复合材料和氧化铝/环氧树脂陶瓷复合材料为主线,采用激光选区烧结技术对其进行成型,并通过正交实验和极差分析方法研究SLS成型工艺参数对复合材料力学性能的影响规律,最后对辐射防护复合材料进行γ射线屏蔽性能测试以及对氧化铝陶瓷复合材料形坯进行后处理工艺研究。主要内容和成果如下:（1）钨粉/尼龙12辐射防护复合粉末材料制备以及SLS成型工艺研究。基于核电辐射防护材料性能需求,采用粉末包覆工艺制备W/PA2200辐射防护复合材料,并对比分析了不同质量配比的W/PA2200辐射防护复合粉末SLS成型效果。同时,通过单因素实验分析确定复合材料的预热温度为168℃,并采用正交实验方法研究SLS成型工艺参数对钨粉/尼龙12辐射防护复合材料拉伸强度的影响,研究表明,铺粉层厚对烧结件的拉伸强度影响最大,最佳工艺参数为:激光功率为20.4W,扫描速度为3250m...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光选区烧结原理示意图
华南理工大学硕士学位论文12第二章实验设备与研究方法介绍本课题旨在通过SLS成型技术实现对辐射防护复合材料以及氧化铝陶瓷复合材料复杂零件的制备。为了研究这一课题，需要进行相关的复合材料SLS成型工艺研究，并对其进行性能测试分析以及后处理工艺研究。本章节主要针对本课题研究分析过程中使用的SLS成型设备、实验配套软件、实验方法、性能指标与测试方法以及屏蔽性能测试方法进行详细说明，为后续章节SLS成型工艺与性能研究提供科学依据。2.1实验成型设备与软件2.1.1激光选区烧结成型设备本课题实验所用的成型设备为华南理工大学与广州雷佳增材科技有限公司联合开发的新一代激光选区烧结设备SLS-400，图2-1为SLS成型原理与设备。新一代激光选区烧结设备SLS-400改进了设备的加热系统、传感系统以及铺粉系统，在原SLS成型设备基础上深度优化了设备的控制软件系统，同时完善了设备的密封性能。现阶段新一代SLS-400设备系统部件主要有：CO2激光器、高精度扫描振镜、光路系统、加热系统、冷却水循环冷却系统、双缸铺粉系统等，SLS-400成型设备的主要参数如表2-1所示。（a）SLS成型原理（b）SLS成型设备图2-1SLS成型原理与设备Fig.2-1SLSmanufacturingprincipleandapparatus
第二章实验设备与研究方法介绍15微机控制电子万能试验机，设备如图2-2所示，拉伸实验在室温条件下进行，拉伸速度5mm/min，每组测试由3个试样组成，拉伸强度取三个强度平均值。根据所得的实验数据、应力-应变曲线，计算出拉伸强度力学性能数据。图2-2CMT5105微机控制电子万能试验设备Fig.2-2CMT5105microcomputercontrolledelectronicuniversaltestequipment2.3.2弯曲强度测试在设计机械零件时，通常考虑将拉伸强度作为强度的判断标准，但是由于陶瓷复合材料脆性大，在拉伸过程中夹持部位易碎，难于测出真正的拉伸强度，所以用弯曲强度代替[55]，采用电子万能材料试验机测量陶瓷复合材料的弯曲强度，弯曲实验速度为5mm/min。2.3.3粉末粒径测试粉末粒径是检测粉末颗粒尺寸的一项指标，而粉末粒度则是反映不同粒度粉末颗粒在总颗粒中所占的百分比。本课题采用欧美克LS-POP(9)激光粒度仪测定复合材料的粉末粒径大小及分布，激光粒度仪如图2-3所示，其测量原理基于全量程米氏散射理论，测量范围为0.1～750μm，重复性误差小于1%，可输出粒径分布曲线、平均粒径、中位径以及比表面积等重要数据，比较适合测量激光选区烧结用复合材料粒径大小及粒径分布。
【参考文献】：
期刊论文
[1]选择性激光烧结聚苯乙烯蜡模的尺寸精度[J]. 杨来侠,白祥,王鑫宇,高扬,李素丽. 工程塑料应用. 2020(03)
[2]工艺参数对尼龙6选择性激光烧结制件致密度的影响[J]. 韩宇琛,李茂源,周孟源,张云,周华民. 塑料科技. 2020(01)
[3]SLS技术在熔模精密铸造中的应用[J]. 孙旋,罗兆伟,张建巧. 塑料工业. 2019(11)
[4]用于选择性激光烧结的聚合物粉末材料研究进展[J]. 龚小弟,王智,于宁,高霞,黎静. 功能材料. 2019(10)
[5]烧结温度对氧化铝基陶瓷型壳显微组织及力学行为的影响[J]. 魏倩,许自霖,许庆彦,柳百成. 航空材料学报. 2019(02)
[6]3D打印用尼龙66/Cu复合粉体的制备与性能[J]. 于翔,赵珂,王延伟,卢晓龙,张雅琪. 高分子材料科学与工程. 2018(09)
[7]陶瓷3D打印技术及材料研究进展[J]. 纪宏超,张雪静,裴未迟,李耀刚,郑镭,叶晓濛,陆永浩. 材料工程. 2018(07)
[8]选区激光烧结用粉末材料研究进展[J]. 刘景博,刘世锋,刘全明,杨鑫,张朝晖. 兵器材料科学与工程. 2018(04)
[9]UHMWPE/HDPE的选择性激光烧结及结构性能研究[J]. 朱小康,赵英仑,杨其. 塑料工业. 2018(06)
[10]中子和伽马射线综合屏蔽材料研究进展[J]. 何林,蔡永军,李强. 材料导报. 2018(07)
博士论文
[1]聚合物及其复合粉末的制备与选择性激光烧结成形研究[D]. 闫春泽.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]辐射屏蔽复合材料激光选区烧结工艺及性能研究[D]. 付凡.华南理工大学 2019
[2]选区激光烧结W-Cu复合材料工艺及性能研究[D]. 杨恬恬.北京工业大学 2016
本文编号：3509712
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光选区烧结原理示意图
华南理工大学硕士学位论文12第二章实验设备与研究方法介绍本课题旨在通过SLS成型技术实现对辐射防护复合材料以及氧化铝陶瓷复合材料复杂零件的制备。为了研究这一课题，需要进行相关的复合材料SLS成型工艺研究，并对其进行性能测试分析以及后处理工艺研究。本章节主要针对本课题研究分析过程中使用的SLS成型设备、实验配套软件、实验方法、性能指标与测试方法以及屏蔽性能测试方法进行详细说明，为后续章节SLS成型工艺与性能研究提供科学依据。2.1实验成型设备与软件2.1.1激光选区烧结成型设备本课题实验所用的成型设备为华南理工大学与广州雷佳增材科技有限公司联合开发的新一代激光选区烧结设备SLS-400，图2-1为SLS成型原理与设备。新一代激光选区烧结设备SLS-400改进了设备的加热系统、传感系统以及铺粉系统，在原SLS成型设备基础上深度优化了设备的控制软件系统，同时完善了设备的密封性能。现阶段新一代SLS-400设备系统部件主要有：CO2激光器、高精度扫描振镜、光路系统、加热系统、冷却水循环冷却系统、双缸铺粉系统等，SLS-400成型设备的主要参数如表2-1所示。（a）SLS成型原理（b）SLS成型设备图2-1SLS成型原理与设备Fig.2-1SLSmanufacturingprincipleandapparatus
第二章实验设备与研究方法介绍15微机控制电子万能试验机，设备如图2-2所示，拉伸实验在室温条件下进行，拉伸速度5mm/min，每组测试由3个试样组成，拉伸强度取三个强度平均值。根据所得的实验数据、应力-应变曲线，计算出拉伸强度力学性能数据。图2-2CMT5105微机控制电子万能试验设备Fig.2-2CMT5105microcomputercontrolledelectronicuniversaltestequipment2.3.2弯曲强度测试在设计机械零件时，通常考虑将拉伸强度作为强度的判断标准，但是由于陶瓷复合材料脆性大，在拉伸过程中夹持部位易碎，难于测出真正的拉伸强度，所以用弯曲强度代替[55]，采用电子万能材料试验机测量陶瓷复合材料的弯曲强度，弯曲实验速度为5mm/min。2.3.3粉末粒径测试粉末粒径是检测粉末颗粒尺寸的一项指标，而粉末粒度则是反映不同粒度粉末颗粒在总颗粒中所占的百分比。本课题采用欧美克LS-POP(9)激光粒度仪测定复合材料的粉末粒径大小及分布，激光粒度仪如图2-3所示，其测量原理基于全量程米氏散射理论，测量范围为0.1～750μm，重复性误差小于1%，可输出粒径分布曲线、平均粒径、中位径以及比表面积等重要数据，比较适合测量激光选区烧结用复合材料粒径大小及粒径分布。
【参考文献】：
期刊论文
[1]选择性激光烧结聚苯乙烯蜡模的尺寸精度[J]. 杨来侠,白祥,王鑫宇,高扬,李素丽. 工程塑料应用. 2020(03)
[2]工艺参数对尼龙6选择性激光烧结制件致密度的影响[J]. 韩宇琛,李茂源,周孟源,张云,周华民. 塑料科技. 2020(01)
[3]SLS技术在熔模精密铸造中的应用[J]. 孙旋,罗兆伟,张建巧. 塑料工业. 2019(11)
[4]用于选择性激光烧结的聚合物粉末材料研究进展[J]. 龚小弟,王智,于宁,高霞,黎静. 功能材料. 2019(10)
[5]烧结温度对氧化铝基陶瓷型壳显微组织及力学行为的影响[J]. 魏倩,许自霖,许庆彦,柳百成. 航空材料学报. 2019(02)
[6]3D打印用尼龙66/Cu复合粉体的制备与性能[J]. 于翔,赵珂,王延伟,卢晓龙,张雅琪. 高分子材料科学与工程. 2018(09)
[7]陶瓷3D打印技术及材料研究进展[J]. 纪宏超,张雪静,裴未迟,李耀刚,郑镭,叶晓濛,陆永浩. 材料工程. 2018(07)
[8]选区激光烧结用粉末材料研究进展[J]. 刘景博,刘世锋,刘全明,杨鑫,张朝晖. 兵器材料科学与工程. 2018(04)
[9]UHMWPE/HDPE的选择性激光烧结及结构性能研究[J]. 朱小康,赵英仑,杨其. 塑料工业. 2018(06)
[10]中子和伽马射线综合屏蔽材料研究进展[J]. 何林,蔡永军,李强. 材料导报. 2018(07)
博士论文
[1]聚合物及其复合粉末的制备与选择性激光烧结成形研究[D]. 闫春泽.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]辐射屏蔽复合材料激光选区烧结工艺及性能研究[D]. 付凡.华南理工大学 2019
[2]选区激光烧结W-Cu复合材料工艺及性能研究[D]. 杨恬恬.北京工业大学 2016
本文编号：3509712
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