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）

HTML （44）

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。

Wu等[38]研究发现, 加入SiC颗粒能有效降低试样的气孔率, 当添加质量分数25%的SiC颗粒后, 试样的气孔率由之前的11.71%降低到0.20%。他们认为, 加入SiC颗粒增强了粉体对YAG激光的吸收率, 提高了熔池温度, 降低了熔体粘度, 进而促进了气泡上浮。此外, SiC颗粒在加工过程中并没有被熔化, 硬质颗粒能促进熔池的扰动和对流, 有利于气泡逸出。另外, 作者在研究中发现, 外部成形环境对气孔的形成有很大影响。使用相同的工艺参数, 分别在大气氛围、氧含量>200 μg/L的氩气氛围以及氧含量<50 μg/L的氩气氛围下制备Al₂O₃/GAP/ZrO₂共晶陶瓷试样, 如图6所示。研究发现, 在大气氛围下制备的试样表面凹凸不平, 含有大量的大气泡导致的鼓包。在氩气保护下, 试样的成形质量得到明显改善, 氧含量>200 μg/L时, 在试样内部依然能观察到气孔, 将氧含量控制在50 μg/L以下, 气孔得到有效抑制。相关研究表明, 降低外部环境的氧分压能够促进熔体中气泡逸出, 进而抑制气孔[71,72]。