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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11 LDED制备的Al2O3/YAG共晶陶瓷各相在熔池凝固过程中的生长方向演变[46]
正文中引用本图/表的段落
激光增材制造氧化物共晶陶瓷属于多晶材料, 共晶各相沿多个晶面形核生长[33,44,47,68]。在熔池凝固过程中, 沿各方向生长的晶粒会相互竞争淘汰, 最终趋于择优生长。图11表征了LDED制备的Al2O3/YAG共晶陶瓷在熔池凝固过程中各相的生长方向演变过程[46]。在熔池底部区域, Al2O3相的生长方向为$[10\bar{1}0] $, 而YAG相杂乱生长。随着熔池由底部到顶部逐渐凝固, Al2O3相的生长方向保持不变, 而YAG相表现出竞争生长特征, 在距离熔池底部300 μm处趋于沿[111]方向择优生长。
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