3D bosib chiqarish materiallarida alyuminiy oksidi kukuni kashfiyoti
Shimoli-g'arbiy politexnika universiteti laboratoriyasiga kirib, yorug'lik bilan quritish moslamasini ko'rish3D printer ozgina g'uvullayapti va lazer nuri keramik shlamda aniq harakatlanmoqda. Bir necha soatdan so'ng, labirintga o'xshash murakkab tuzilishga ega keramik yadro to'liq namoyish etiladi - u samolyot dvigatellarining turbina pichoqlarini quyish uchun ishlatiladi. Loyiha rahbari professor Su Xayjun nozik komponentga ishora qilib: "Uch yil oldin biz bunday aniqlik haqida o'ylashga ham jur'at etmagan edik. Asosiy yutuq bu ko'zga tashlanmaydigan alyuminiy oksidi kukunida yashiringan", dedi.
Bir vaqtlar, alumina keramikasi bu sohada "muammoli talaba" kabi edi3D bosib chiqarish– yuqori mustahkamlik, yuqori haroratga chidamlilik, yaxshi izolyatsiya, lekin u bosilgandan so'ng juda ko'p muammolarga duch keldi. An'anaviy jarayonlarda alyuminiy oksidi kukuni yomon suyuqlikka ega va ko'pincha bosma boshini to'sib qo'yadi; sinterlash paytida qisqarish darajasi 15%-20% gacha bo'lishi mumkin va katta kuch bilan bosilgan qismlar kuyishi bilan deformatsiyalanadi va yorilib ketadi; murakkab tuzilmalarmi? Bu yanada hashamatliroq. Muhandislar xavotirda: "Bu narsa o'jar rassomga o'xshaydi, uning g'oyalari yovvoyi, ammo qo'llari yetarli emas".
1. Rus formulasi: "Keramika zirh"ni kiyishalyuminiymatritsa
Burilish nuqtasi birinchi marta material dizaynidagi inqilobdan kelib chiqdi. 2020-yilda Rossiya Milliy fan va texnologiyalar universiteti (NUST MISIS) materialshunoslari halokatli texnologiyani e'lon qilishdi. Ular shunchaki alyuminiy oksidi kukunini aralashtirish o'rniga, yuqori tozaligidagi alyuminiy kukunini avtoklavga solib, gidrotermal oksidlanishdan foydalanib, har bir alyuminiy zarrachasining yuzasida aniq boshqariladigan qalinlikka ega alyuminiy oksidi plyonka qatlamini "o'stirishdi", xuddi alyuminiy sharga nano darajadagi zirh qatlamini qo'ygandek. Ushbu "yadro-qobiq tuzilishi" kukuni lazerli 3D bosib chiqarish (SLM texnologiyasi) paytida ajoyib ishlashni namoyish etadi: qattiqlik sof alyuminiy materiallarga qaraganda 40% yuqori va yuqori harorat barqarorligi sezilarli darajada yaxshilandi, bu aviatsiya darajasidagi talablarga bevosita javob beradi.
Loyiha rahbari professor Aleksandr Gromov yorqin o'xshatishni keltirdi: “Ilgari kompozit materiallar salatlarga o'xshar edi – har biri o'z ishini bajarardi; bizning kukunlarimiz sendvichlarga o'xshaydi – alyuminiy va alyumin oksidi bir-birini qatlamma-qavat tishlaydi va ikkalasi ham ikkinchisisiz yashay olmaydi.” Bu kuchli birikma materialga samolyot dvigateli qismlari va o'ta yengil kuzov ramkalarida o'zining mahoratini namoyish etish imkonini beradi va hatto titan qotishmalari hududiga ham qarshi chiqa boshlaydi.
2. Xitoy donoligi: keramika "o'rnatish" sehri
Alumina keramikasini bosib chiqarishning eng katta muammosi sinterlash qisqarishidir – tasavvur qiling-a, siz loydan yasalgan shaklni ehtiyotkorlik bilan yoygansiz va u pechga kirishi bilan kartoshka kattaligiga kichrayib qolgan. U qanchaga qulab tushadi? 2024-yil boshida Shimoliy-g'arbiy politexnika universiteti professori Su Xayjun jamoasi tomonidan Materiallar fanlari va texnologiyalari jurnalida e'lon qilingan natijalar sanoatni hayajonga soldi: ular qisqarish darajasi atigi 0,3% bo'lgan deyarli nolga teng qisqaradigan alumina keramik yadrosini oldilar.
Sir qo'shishdaalyuminiy kukunialumina oksidiga o'ting va keyin aniq "atmosfera sehrini" ijro eting.
Alyuminiy kukuni qo'shing: 15% mayda alyuminiy kukunini keramik shlamga aralashtiring
Atmosferani boshqaring: Alyuminiy kukunining oksidlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun sinterlash boshida argon gazidan himoya qiling
Aqlli kommutatsiya: Harorat 1400°C ga ko'tarilganda, atmosferani to'satdan havoga o'tkazing
In-situ oksidlanish: Alyuminiy kukuni darhol tomchilarga aylanadi va alyuminiy oksidiga oksidlanadi va hajmning kengayishi qisqarishni bartaraf etadi.
3. Bogʻlovchi inqilobi: alyuminiy kukuni “koʻrinmas yelim”ga aylanadi
Rossiya va Xitoy jamoalari kukun modifikatsiyasi ustida tinimsiz ishlayotgan bir paytda, yana bir texnik yo'l - alyuminiy kukunini bog'lovchi sifatida ishlatish - asta-sekin rivojlanib bormoqda. An'anaviy keramika3D bosib chiqarishBogʻlovchi moddalar asosan organik qatronlar boʻlib, ular yogʻsizlantirish paytida kuyganda boʻshliqlar qoldiradi. Mahalliy jamoaning 2023-yilgi patenti boshqacha yondashuvni qoʻllaydi: alyuminiy kukunini suvga asoslangan bogʻlovchiga aylantirish47.
Bosib chiqarish jarayonida nasadka alyuminiy oksidi kukun qatlamiga 50-70% alyuminiy kukuni bo'lgan "yelim"ni aniq purkaydi. Yog'sizlantirish bosqichiga kelganda, vakuum tortiladi va kislorod o'tkaziladi va alyuminiy kukuni 200-800°C da alyuminiy oksidga oksidlanadi. Hajmning 20% dan ortiq kengayishi uning teshiklarni faol ravishda to'ldirishiga va qisqarish tezligini 5% dan kamroqqa tushirishiga imkon beradi. "Bu iskala demontaj qilish va bir vaqtning o'zida yangi devor qurish, o'z teshiklaringizni to'ldirishga teng!", deb ta'riflagan bir muhandis buni shunday ta'riflagan.
4. Zarralar san'ati: sharsimon kukunning g'alabasi
Alumina kukunining "tashqi ko'rinishi" kutilmaganda kashfiyotlarning kalitiga aylandi - bu ko'rinish zarracha shakliga ishora qiladi. 2024-yilda "Open Ceramics" jurnalida chop etilgan tadqiqotda sharsimon va tartibsiz alumina kukunlarining eritilgan cho'kma (CF³) bosmadagi ishlashi taqqoslandi5:
Sferik kukun: mayda qum kabi oqadi, to'ldirish darajasi 60% dan oshadi va bosma silliq va ipakdek bo'ladi
Noto'g'ri kukun: qo'pol shakar kabi yopishib qolgan, yopishqoqligi 40 baravar yuqori va ko'krak qafasi hayotga shubha qilish uchun tiqilib qolgan
Bundan ham yaxshisi, sharsimon kukun bilan bosilgan qismlarning zichligi sinterlashdan keyin osongina 89% dan oshadi va sirt qoplamasi to'g'ridan-to'g'ri standartga javob beradi. “Hozir ham kim “xunuk” kukundan foydalanadi? Suyuqlik jangovar samaradorlikdir!” Texnik jilmayib xulosa qildi5.
Kelajak: Yulduzlar va dengizlar kichik va go'zal bilan birga yashaydi
Alumina kukunining 3D bosib chiqarish inqilobi hali tugamadi. Harbiy sanoat turbofan pichoqlarini ishlab chiqarish uchun deyarli nolga teng qisqarish yadrolarini qo'llashda yetakchilikni qo'lga kiritdi; biotibbiyot sohasi uning biomosligiga e'tibor qaratdi va maxsus suyak implantlarini chop etishni boshladi; elektronika sanoati issiqlik tarqalish substratlariga e'tibor qaratdi - axir, aluminaning issiqlik o'tkazuvchanligi va elektrsiz o'tkazuvchanligi almashtirib bo'lmaydigan narsadir.