3D bosib chiqarish materiallarida alumina kukuni yutug'i
Shimoli-g'arbiy politexnika universiteti laboratoriyasiga kirib, yorug'lik bilan davolash3D printer bir oz g'o'ng'illamoqda va lazer nurlari keramika shlamida aniq harakat qilmoqda. Bir necha soat o'tgach, labirint kabi murakkab tuzilishga ega bo'lgan sopol yadro to'liq taqdim etiladi - u samolyot dvigatellarining turbina pichoqlarini quyish uchun ishlatiladi. Loyihaga mas'ul bo'lgan professor Su Xayjun nozik komponentga ishora qildi va shunday dedi: "Uch yil oldin biz bunday aniqlik haqida o'ylashga ham jur'at eta olmadik. Asosiy yutuq bu ko'zga ko'rinmas alumina kukunida yashiringan".
Bir vaqtlar alumina keramika sohasida "muammo talaba" kabi edi3D bosib chiqarish- yuqori quvvat, yuqori haroratga chidamlilik, yaxshi izolyatsiya, lekin chop etilgandan so'ng, u juda ko'p muammolarga duch keldi. An'anaviy jarayonlarda alumina kukuni zaif suyuqlikka ega va ko'pincha bosma boshni bloklaydi; sinterlash paytida qisqarish tezligi 15% -20% gacha bo'lishi mumkin va katta kuch bilan bosilgan qismlar kuyish bilanoq deformatsiyalanadi va yorilib ketadi; murakkab tuzilmalar? Bu yanada hashamatli. Muhandislar xavotirda: "Bu narsa o'jar rassomga o'xshaydi, yirtqich g'oyalari bor, lekin qo'llari etarli emas."
1. Ruscha formula: "keramika zirh" ni ustiga qo'yishalyuminiymatritsa
Burilish nuqtasi birinchi marta moddiy dizayndagi inqilobdan kelib chiqdi. 2020 yilda Rossiya Milliy Fan va Texnologiya Universiteti (NUST MISIS) materialshunoslari buzuvchi texnologiyani e'lon qilishdi. Alyuminiy oksidi kukunini oddiygina aralashtirish o'rniga ular yuqori toza alyuminiy kukunini avtoklavga solib, gidrotermik oksidlanishdan foydalanib, alyuminiy to'pga nano-darajali zirh qatlamini qo'ygandek, har bir alyuminiy zarrachasi yuzasida aniq boshqariladigan qalinlikdagi alyuminiy oksidi plyonkasi qatlamini "o'stirish" uchun foydalandilar. Ushbu "yadro-qobiq strukturasi" kukuni lazerli 3D bosib chiqarish (SLM texnologiyasi) paytida ajoyib ishlashni ko'rsatadi: qattiqlik sof alyuminiy materiallardan 40% yuqori va yuqori harorat barqarorligi sezilarli darajada yaxshilanadi, bu aviatsiya darajasining talablariga bevosita javob beradi.
Loyiha rahbari, professor Aleksandr Gromov yorqin o‘xshatishni aytdi: “O‘tmishda kompozitsion materiallar salatga o‘xshardi – har biri o‘z ishiga mas’ul edi; bizning kukunlarimiz sendvichga o‘xshaydi – alyuminiy va aluminiy oksidi bir-birini qatlamma-qavat tishlaydi, ikkinchisi ham bir-birisiz ishlay olmaydi”. Bu kuchli birikma materialning samolyot dvigateli qismlarida va ultra yengil korpus ramkalarida o'z mahoratini ko'rsatishga imkon beradi va hatto titanium qotishmalari hududiga qarshi kurasha boshlaydi.
2. Xitoy donoligi: keramika "o'rnatish" sehri
Alumina keramika bosib chiqarishning eng katta og'riqli nuqtasi sinterlashning qisqarishidir - tasavvur qiling-a, siz loydan yasalgan shaklni ehtiyotkorlik bilan yoğurdingiz va u pechga kirishi bilanoq kartoshka hajmiga qisqardi. U qancha qulab tushardi? 2024 yil boshida Shimoli-g‘arbiy politexnika universiteti professori Su Xayjun jamoasi Journal of Materials Science & Technology jurnalida e’lon qilgan natijalar sanoatni yo‘lga qo‘ydi: ular qisqarish tezligi atigi 0,3% bo‘lgan deyarli nolga teng bo‘lgan alumina sopol yadrosiga ega bo‘lishdi.
Buning siri - qo'shishalyuminiy kukunialuminaga va keyin aniq "atmosfera sehrini" o'ynaydi.
Alyuminiy kukuni qo'shing: 15% nozik alyuminiy kukunini keramik bulamaçga aralashtiring
Atmosferani nazorat qiling: alyuminiy kukunining oksidlanishini oldini olish uchun sinterlash boshida argon gazidan himoya qiling
Aqlli almashtirish: Harorat 1400 ° C ga ko'tarilganda, to'satdan atmosferani havoga o'tkazing
In-situ oksidlanish: alyuminiy kukuni darhol tomchilarga eriydi va alyuminiy oksidga oksidlanadi va hajmning kengayishi qisqarishni qoplaydi.
3. Birlashtiruvchi inqilob: alyuminiy kukuni "ko'rinmas elim" ga aylanadi
Rossiya va Xitoy jamoalari kukunni modifikatsiya qilish ustida qattiq ish olib borayotgan bir paytda, boshqa texnik yo'nalish jimgina pishib yetdi - alyuminiy kukunini bog'lovchi sifatida ishlatish. An'anaviy keramika3D bosib chiqarishbog'lovchilar asosan organik qatronlar bo'lib, ular yog'sizlantirish paytida yondirilganda bo'shliqlar qoldiradi. Mahalliy jamoaning 2023 yilgi patenti boshqacha yondashuvni oladi: alyuminiy kukunini suv asosidagi bog'lovchiga aylantirish47.
Chop etish vaqtida nozul alyuminiy oksidi kukuni qatlamiga 50-70% alyuminiy kukuni o'z ichiga olgan "elim" ni aniq püskürtmektedir. Yog'sizlantirish bosqichiga kelganda, vakuum olinadi va kislorod o'tkaziladi va alyuminiy kukuni 200-800 ° S da alyuminiy oksidigacha oksidlanadi. Hajmining 20% dan ortiq kengayish xususiyati uning teshiklarni faol ravishda to'ldirishga va qisqarish tezligini 5% dan kamroq darajaga tushirishga imkon beradi. "Bu iskalalarni demontaj qilish va bir vaqtning o'zida yangi devor qurish, o'z teshiklaringizni to'ldirish bilan teng!" bir muhandis buni shunday tasvirlagan.
4. Zarralar san'ati: sharsimon kukunning g'alabasi
Alumina kukunining "tashqi ko'rinishi" kutilmaganda yutuqlarning kalitiga aylandi - bu ko'rinish zarracha shakliga ishora qiladi. 2024 yilda "Open Ceramics" jurnalida o'tkazilgan tadqiqotda eritilgan cho'kma (CF³) bosib chiqarishda sferik va tartibsiz alumina kukunlarining ishlashi taqqoslandi5:
Sferik kukun: nozik qum kabi oqadi, to'ldirish darajasi 60% dan oshadi va bosib chiqarish silliq va ipakdir.
Noqonuniy kukun: qo'pol shakar kabi yopishgan, yopishqoqligi 40 baravar yuqori va ko'krak hayotga shubha qilish uchun bloklangan.
Bundan ham yaxshiroq, sferik kukun bilan bosilgan qismlarning zichligi sinterlashdan keyin osongina 89% dan oshadi va sirt qoplamasi to'g'ridan-to'g'ri standartga javob beradi. "Hozir kim "xunuk" kukunni ishlatadi? Suyuqlik - bu jangovar samaradorlik!" Texnik jilmayib, xulosa qildi5.
Kelajak: Yulduzlar va dengizlar kichik va chiroyli bilan birga yashaydi
Alumina kukunining 3D bosib chiqarish inqilobi hali tugamagan. Harbiy sanoat turbofan pichoqlarini ishlab chiqarish uchun nolga yaqin qisqarish yadrolarini qo'llashda etakchi o'rinni egalladi; biotibbiyot sohasi o'zining biomoslashuviga qiziqib qoldi va moslashtirilgan suyak implantlarini chop etishni boshladi; elektronika sanoati maqsadli issiqlik tarqaladigan substratlarga ega - axir, aluminaning issiqlik o'tkazuvchanligi va elektr o'tkazuvchanligi o'zgarmasdir.