Duerchbroch am Aluminiumoxidpulver a Materialien fir 3D-Dréckerei
Beim Spazéiere an de Laboratoire vun der Northwestern Polytechnical University, engem Liichthärtungs-3D-Drécker brummt liicht, an de Laserstrahl beweegt sech präzis am Keramikschlamm. Just e puer Stonne méi spéit ass e Keramikkär mat enger komplexer Struktur wéi e Labyrinth komplett presentéiert - e gëtt benotzt fir d'Turbinneblieder vu Fligermotoren ze gossen. D'Professerin Su Haijun, déi fir de Projet zoustänneg ass, huet op déi delikat Komponent gewisen a gesot: "Virun dräi Joer hu mir eis net emol getraut un sou eng Präzisioun ze denken. Den Duerchbroch läit an dësem onopfällegen Aluminiumoxidpulver verstoppt."
Fréier war Aluminiumoxidkeramik wéi e "Problemstudent" am Beräich vun3D-Dréck– héich Festigkeit, héich Temperaturbeständegkeet, gutt Isolatioun, awer nodeems et gedréckt war, hat et vill Problemer. Ënner traditionelle Prozesser huet Aluminiumoxidpulver eng schlecht Flëssegkeet a blockéiert dacks den Dréckkapp; d'Schrumpfquote beim Sinteren kann bis zu 15%-20% héich sinn, an d'Deeler, déi mat grousser Ustrengung gedréckt goufen, deforméieren a briechen, soubal se verbrannt sinn; komplex Strukturen? Et ass nach méi e Luxus. Ingenieure si besuergt: "Dëst Ding ass wéi e sturen Kënschtler, mat wëllen Iddien, awer net genuch Hänn."
1. Russesch Formel: Eng "Keramikpanzerung" op d'AluminiumMatrix
Den Wendepunkt koum fir d'éischt vun der Revolutioun am Materialdesign. Am Joer 2020 hunn Materialwëssenschaftler vun der Nationaler Universitéit fir Wëssenschaft an Technologie (NUST MISIS) a Russland eng disruptiv Technologie ugekënnegt. Amplaz einfach Aluminiumoxidpulver ze vermëschen, hunn si héichreine Aluminiumpulver an en Autoklav gesat an hydrothermal Oxidatioun benotzt fir eng Schicht Aluminiumoxidfilm mat enger präzis kontrolléierbarer Déckt op der Uewerfläch vun all Aluminiumpartikel ze "wuessen", genee wéi wann eng Schicht Nano-Panzerung op d'Aluminiumkugel geluecht géif ginn. Dëst "Kär-Schuel-Struktur"-Pulver weist eng erstaunlech Leeschtung beim Laser-3D-Drock (SLM-Technologie): d'Häert ass 40% méi héich wéi déi vu puren Aluminiummaterialien, an d'Héichtemperaturstabilitéit ass däitlech verbessert, wat direkt d'Ufuerderunge vun der Loftfaart entsprécht.
De Professer Alexander Gromov, de Projetleiter, huet eng lieweg Analogie gemaach: „Fréier waren Kompositmaterialien ewéi Zaloten – jidderee war fir säin eegent Geschäft zoustänneg; eis Pudder ass ewéi Sandwichen – Aluminium an Aluminiumoxid bäissen sech Schicht fir Schicht, a kee vun deenen zwee kann ouni deen aneren auskommen.“ Dës staark Kopplung erlaabt dem Material, seng Fäegkeeten a Fligermotordeeler an ultraleichte Karosserierahmen ze weisen, a fänkt souguer un, den Territoire vun den Titanlegierungen erauszefuerderen.
2. Chinesesch Wäisheet: d'Magie vum "setzen" vu Keramik
De gréisste Schwachpunkt beim Aluminiumoxid-Keramikdrock ass d'Sinterschrumpfung – stellt Iech vir, Dir knéet eng Lehmfigur virsiichteg, an si schrumpft op d'Gréisst vun enger Gromper, soubal se an den Uewen kënnt. Wéi vill géif se zesummebriechen? Ufanks 2024 hunn d'Resultater, déi vum Team vum Professer Su Haijun vun der Northwestern Polytechnical University am Journal of Materials Science & Technology publizéiert goufen, d'Industrie a Schwong bruecht: si kruten en Aluminiumoxid-Keramikkär ouni bal null Schrumpfung mat enger Schrumpfquote vun nëmmen 0,3%.
D'Geheimnis ass et ze addéierenAluminiumpulverzu Aluminiumoxid a spillen dann eng präzis "Atmosphärmagie".
Aluminiumpulver derbäisetzen: 15% fein Aluminiumpulver an de Keramikschlamm vermëschen
Kontroll vun der Atmosphär: Benotzt Argongasschutz um Ufank vum Sinteren, fir ze verhënneren, datt Aluminiumpulver oxidéiert.
Smart Schalten: Wann d'Temperatur op 1400°C klëmmt, schalt d'Atmosphär op eemol op Loft ëm
In-situ-Oxidatioun: Aluminiumpulver schmëlzt direkt an Drëpsen an oxidéiert zu Aluminiumoxid, an d'Volumenausdehnung kompenséiert d'Kontraktioun.
3. Bindemittelrevolutioun: Aluminiumpulver gëtt zu engem "onsichtbare Klebstoff"
Wärend déi russesch an chinesesch Équipen haart un der Modifikatioun vum Pulver schaffen, huet sech eng aner technesch Method roueg entwéckelt - d'Benotzung vun Aluminiumpulver als Bindemittel.3D-DréckBindemittel si meeschtens organesch Harzer, déi Lächer hannerloossen, wa se beim Entfetten verbrennen. E Patent vun engem nationale Team aus dem Joer 2023 verfollegt eng aner Approche: Aluminiumpulver gëtt zu engem Bindemittel op Waasserbasis verwandelt47.
Beim Drécken sprëtzt d'Düs präzis "Klebstoff" mat 50-70% Aluminiumpulver op d'Aluminiumoxidpulverschicht. An der Entfettungsphase gëtt e Vakuum gezunn a Sauerstoff duerchgeleet, an den Aluminiumpulver gëtt bei 200-800°C zu Aluminiumoxid oxidéiert. D'Charakteristik vun enger Volumenausdehnung vu méi wéi 20% erlaabt et, d'Poren aktiv ze fëllen an d'Schrumpfquote op manner wéi 5% ze reduzéieren. "Et ass gläichwäerteg mam Ofbau vum Gerüst an der gläichzäiteger Bau vun enger neier Mauer, wou een seng eege Lächer fëllt!", huet en Ingenieur et esou beschriwwen.
4. D'Konscht vun de Partikelen: de Sieg vum kugelfërmege Pulver
D'„Ausgesinn“ vum Aluminiumoxidpulver ass onerwaart zum Schlëssel zu Duerchbréch ginn – dëst Ausgesinn bezitt sech op d'Partikelform. Eng Studie an der Zäitschrëft „Open Ceramics“ am Joer 2024 huet d'Leeschtung vu sphäreschen an onregelméissegen Aluminiumoxidpulver beim Schmelzdepositiounsdrock (CF³) verglach5:
Kugelfërmegt Pulver: fléisst wéi feine Sand, d'Fëllungsquote iwwerschreit 60%, an den Drock ass glat a seidig
Onreegelméissegt Pulver: hänke bliwwen wéi groben Zocker, d'Viskositéit ass 40 Mol méi héich, an d'Düs ass blockéiert fir d'Liewen ze zweifelen
Nach besser ass, datt d'Dicht vun den Deeler, déi mat sphäreschem Pulver gedréckt ginn, no der Sinterung liicht méi wéi 89% ass, an d'Uewerflächenfinish entsprécht dem Standard direkt. „Wien benotzt nach ëmmer „ellen“ Pulver? Flëssegkeet ass Kampfeffektivitéit!“ En Techniker huet gelächelt a schlussendlech ofgeschloss.
Zukunft: Stären a Mierer koexistéieren mat Klengem a Schéinem
D'3D-Dréckrevolutioun vum Aluminiumoxidpulver ass nach laang net eriwwer. D'Militärindustrie huet d'Féierung iwwerholl andeems se Kären mat bal null Schrumpfung fir d'Produktioun vu Turbofan-Blieder uwenden; de biomedizinesche Beräich huet sech mat senger Biokompatibilitéit beschäftegt an ugefaang personaliséiert Knachimplantater ze drécken; d'Elektronikindustrie huet sech op Substrate fir Wärmeofléisung konzentréiert - schliisslech sinn d'Wärmeleitfäegkeet an d'net-elektresch Leitfäegkeet vun Aluminiumoxid onersetzbar.