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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8 激光增材制造氧化物共晶陶瓷沿堆积方向的微观组织特征[68]
正文中引用本图/表的段落
激光增材制造技术逐层增维制备的成形特点使所得共晶陶瓷表现出与定向凝固试样不同的凝固组织特征。研究发现, 沿逐层堆积方向易形成周期性的带状组织粗大区[33,47,68], 如图8所示。相邻条带之间的距离近似为单个沉积层的厚度。带状区的组织尺寸是其他区域的5倍以上, 严重影响了试样整体的组织均匀性。作者通过激光区熔具有不同量级组织尺寸的共晶陶瓷试样, 阐明了带状结构的形成机制: 紧邻熔池的超细化组织受热发生异常粗化[68]。通过调控熔池向沉积层的导热量可以减小带状结构的尺寸。已有研究表明, 通过采取提高扫描速率降低熔池温度[68]以及使用超声辅助设备促进熔池散热[37]的方式均可以减小带状结构的尺寸。
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