Sukceso pri alumina pulvoro en 3D-presaj materialoj
Enirante la laboratorion de la Nordokcidenta Politeknika Universitato, lum-polimerigilo3D-printilo zumas iomete, kaj la lasera radio moviĝas precize en la ceramika ŝlimo. Nur kelkajn horojn poste, ceramika kerno kun kompleksa strukturo kiel labirinto estas plene prezentita - ĝi estos uzata por fandi la turbinajn klingojn de aviadilmotoroj. Profesoro Su Haijun, kiu respondecas pri la projekto, montris al la delikata komponento kaj diris: "Antaŭ tri jaroj, ni eĉ ne kuraĝis pensi pri tia precizeco. La ŝlosila sukceso estas kaŝita en ĉi tiu nerimarkinda alumina pulvoro."
Iam, alumino-teraj ceramikaĵoj estis kiel "problemlernanto" en la kampo de3D-presado– alta forto, alta temperaturrezisto, bona izolado, sed post presita, ĝi havis multajn problemojn. Sub tradiciaj procezoj, alumino-terpulvoro havas malbonan fluecon kaj ofte blokas la preskapon; la ŝrumpado dum sinterizado povas esti tiel alta kiel 15%-20%, kaj la partoj, kiuj estis presitaj kun granda peno, deformiĝos kaj fendiĝos tuj kiam ili bruliĝos; kompleksaj strukturoj? Ĝi estas eĉ pli lukso. Inĝenieroj estas maltrankvilaj: “Ĉi tiu aĵo estas kiel obstina artisto, kun sovaĝaj ideoj sed ne sufiĉe da manoj.”
1. Rusa formulo: Metante "ceramikan kirason" sur laaluminiomatrico
La turnopunkto unue venis de la revolucio en materiala dezajno. En 2020, materialsciencistoj de la Nacia Universitato de Scienco kaj Teknologio (NUST MISIS) de Rusio anoncis disruptivan teknologion. Anstataŭ simple miksi aluminioksidan pulvoron, ili metis altpurecan aluminiopulvoron en aŭtoklavon kaj uzis hidrotermikan oksidadon por "kreskigi" tavolon de aluminioksida filmo kun precize kontrolebla dikeco sur la surfaco de ĉiu aluminiopartiklo, same kiel meti tavolon de nanonivela kiraso sur la aluminiopilkon. Ĉi tiu "kerno-ŝela strukturo"-pulvoro montras mirindan rendimenton dum lasera 3D-presado (SLM-teknologio): la malmoleco estas 40% pli alta ol tiu de puraj aluminiomaterialoj, kaj la alttemperatura stabileco estas multe plibonigita, rekte plenumante aviadnivelajn postulojn.
Profesoro Aleksandr Gromov, la projektestro, faris vivecan analogion: “En la pasinteco, kompozitaj materialoj estis kiel salatoj – ĉiu respondecis pri sia propra afero; niaj pulvoroj estas kiel sandviĉoj – aluminio kaj alumino-tero mordas unu la alian tavolon post tavolo, kaj nek unu povas rezigni pri la alia.” Ĉi tiu forta kuplado permesas al la materialo montri sian lertecon en aviadilmotorpartoj kaj ultra-malpezaj karoseriokadroj, kaj eĉ komencas defii la teritorion de titanaj alojoj.
2. Ĉina saĝo: la magio de "fiksado" de ceramikaĵoj
La plej granda problemo de alumino-teramika presado estas sintrada ŝrumpado - imagu, ke vi zorge knedis argilan figuron, kaj ĝi ŝrumpiĝis al la grandeco de terpomo tuj kiam ĝi eniris la fornon. Kiom ĝi kolapsus? Komence de 2024, la rezultoj publikigitaj de la teamo de Profesoro Su Haijun ĉe la Nordokcidenta Politeknika Universitato en la Journal of Materials Science & Technology ekigis la industrion: ili akiris preskaŭ nul-ŝrumpan alumino-teramikan kernon kun ŝrumpa indico de nur 0.3%.
La sekreto estas aldonialuminio-pulvoroal alumino-tero kaj poste ludi precizan "atmosferan magion".
Aldonu aluminiopulvoron: Miksu 15% da fajna aluminiopulvoro en la ceramikan suspensiaĵon
Kontrolu la atmosferon: Uzu argonan gasprotekton komence de sinterizado por malhelpi oksidiĝon de aluminiopulvoro.
Inteligenta ŝaltado: Kiam la temperaturo altiĝas al 1400 °C, subite ŝaltu la atmosferon al aero
Surloka oksidiĝo: Aluminia pulvoro tuj fandiĝas en gutetojn kaj oksidiĝas al aluminioksido, kaj volumena ekspansio kompensas kuntiriĝon
3. Revolucio de ligiloj: aluminiopulvoro fariĝas "nevidebla gluo"
Dum la rusaj kaj ĉinaj teamoj laboras forte pri pulvora modifo, alia teknika vojo kviete maturiĝis - uzi aluminiopulvoron kiel ligilon. Tradicia ceramikaĵo3D-presadoligiloj estas plejparte organikaj rezinoj, kiuj lasos kavaĵojn kiam bruligitaj dum sengrasigado. La patento de hejma teamo el 2023 alprenas malsaman aliron: transformi aluminiopulvoron en akvobazan ligilon47.
Dum presado, la ajuto precize ŝprucas "gluon" enhavantan 50-70% da aluminiopulvoro sur la tavolon de aluminiooksida pulvoro. Kiam temas pri la sengrasiga fazo, vakuo estas tirata kaj oksigeno estas trapasata, kaj la aluminiopulvoro estas oksidigita al aluminiooksido je 200-800°C. La karakterizaĵo de volumena ekspansio de pli ol 20% permesas al ĝi aktive plenigi la porojn kaj redukti la ŝrumpiĝrapidecon al malpli ol 5%. "Ĝi egalas al malmuntado de la skafaldo kaj samtempe konstruado de nova muro, plenigante viajn proprajn truojn!" inĝeniero priskribis ĝin tiel.
4. La arto de partikloj: la venko de sfera pulvoro
La "aspekto" de alumino-terpulvoro neatendite fariĝis la ŝlosilo al sukcesoj - ĉi tiu aspekto rilatas al la partikla formo. Studo en la revuo "Open Ceramics" en 2024 komparis la rendimenton de sferaj kaj neregulaj alumino-terpulvoroj en fandita deponaĵa (CF³) presado5:
Sfera pulvoro: fluas kiel fajna sablo, la pleniga rapideco superas 60%, kaj la presado estas glata kaj silkeca
Neregula pulvoro: algluiĝinta kiel kruda sukero, la viskozeco estas 40-oble pli alta, kaj la ajuto estas blokita por dubi pri la vivo
Eĉ pli bone, la denseco de la partoj presitaj per sfera pulvoro facile superas 89% post sinterizado, kaj la surfaca finpoluro rekte plenumas la normon. “Kiu ankoraŭ uzas “malbelan” pulvoron nun? Flueco estas batalefikeco!” Teknikisto ridetis kaj konkludis5.
Estonteco: Steloj kaj maroj kunekzistas kun malgranda kaj bela
La 3D-presada revolucio de alumino-terpulvoro estas malproksima de finiĝo. La milita industrio ekgvidis aplikante preskaŭ nulan ŝrumpadon de kernoj por fabriki turboventolilojn; la biomedicina kampo interesiĝis pri ĝia biokongrueco kaj komencis presi personecigitajn ostenplantaĵojn; la elektronika industrio celis varmodisradiadajn substratojn - finfine, la varmokondukteco kaj ne-elektra kondukteco de alumino-terpulvoro estas neanstataŭigeblaj.