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激光增材制造超高温氧化物共晶陶瓷研究进展
刘海方, 苏海军, 申仲琳, 姜浩, 赵迪, 刘园, 张军, 刘林, 傅恒志
无机材料学报    2022, 37 (3): 255-266.   DOI:10.15541/jim20210608
摘要   (725 HTML44 PDF(pc) (6880KB)(1169)  

超高温氧化物共晶陶瓷具有优异的高温强度、高温蠕变性能、高温结构稳定性以及良好的高温抗氧化和抗腐蚀性能, 成为1400 ℃以上高温氧化环境下长期服役的新型候选超高温结构材料之一, 在新一代航空航天高端装备热结构部件中具有重要的应用前景。基于熔体生长技术, 以选择性激光熔化和激光定性能量沉积为代表的激光增材制造技术具有一步快速近净成形大尺寸、复杂形状构件的独特优势, 近年来已发展成为制备高性能氧化物共晶陶瓷最具潜力的前沿技术。本文从工作原理、成形特点、技术分类等方面概述了基于熔体生长的两种典型激光增材制造技术, 综述了激光增材制造技术在超高温氧化物共晶陶瓷制备领域的研究现状和特点优势, 重点介绍了选择性激光熔化和激光定向能量沉积超高温氧化物共晶陶瓷在激光成形工艺、凝固缺陷控制、凝固组织演化、力学性能等方面的研究进展。最后, 指出了实现氧化物共晶陶瓷激光增材制造工程化应用亟需突破的关键瓶颈, 并对该领域未来的重点发展方向进行了展望。



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图2 独立控制各陶瓷组元输送的LDED成形工艺[39]
正文中引用本图/表的段落
研究者在激光增材制造氧化物共晶陶瓷研究过程中, 采取了多种手段来优化成形工艺。共晶陶瓷成形至少需要两种陶瓷组元参与, 各组元陶瓷粉末按相图共晶点成分比例混合均匀。部分研究者利用高能球磨工艺将各组元球形陶瓷粉末按共晶比例充分混匀[44,47], 但在机械混匀的过程中易破坏粉末形貌, 影响流动性。大连理工大学吴东江团队[39]将各组元球形陶瓷粉末分别放置于不同的送粉桶内, 如图2所示, 通过独立控制各桶内组元的送粉速率, 使它们按共晶比例分别由各送粉桶送出。该工艺未对球形粉末产生机械破坏, 保证了粉末的流动性, 但各组元粉末密度等特性的差异导致混合比例及均匀性存在不确定性。
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