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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9 LDED制备的Al2O3/GAP/ZrO2共晶陶瓷带状区附近的凝固组织特征[68]
正文中引用本图/表的段落
由带状结构的形成机制可知, 带状结构上沿是相邻沉积层的结合区。通过考察带状区附近的凝固组织特征, 能够探究共晶陶瓷在逐层凝固时组织的演化规律。图9给出了LDED制备的Al2O3/GAP/ZrO2共晶陶瓷带状区附近的凝固组织特征[68]。在逐层叠加制备过程中, 顶部沉积层部分区熔形成熔池。紧邻熔池的沉积层组织在受热作用下通过组织合并等方式发生粗化, 形成带状区, 如图9(c)所示。熔池以带状区作为基底凝固, 带状区上沿为熔池凝固初期的固-液界面, 表现为胞状界面形貌, 如图9(b)所示。由于固-液界面失稳, 在凝固初期形成了初生相与共晶结构共存的过渡区。此外, 在层间结合区观察到组织分叉现象, 表现出外延生长的特征, 如图9(d)所示。
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