供稿人:陳義，魯中良 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2020-07-14
孔隙是直接激光沉積（DLD）過(guò)程中的常見(jiàn)缺陷，孔隙降低了陶瓷材料的斷裂韌性，而且還導(dǎo)致零件的失效。大連理工大學(xué)[1]分析了DLD工藝成形過(guò)程中陶瓷零件孔隙的形成機(jī)理，研究了激光功率，進(jìn)給速度，掃描速度和超聲功率對(duì)孔隙的影響。孔隙主要分為氣孔和收縮孔，激光加工過(guò)程中低熔點(diǎn)雜質(zhì)和氧化鋁/氧化鋯氣化形成氣體，氣體均勻分布在薄壁試樣的橫截面上形成圓形氣孔。當(dāng)溫度急劇變化時(shí)，互相粘接的陶瓷顆粒融化后再發(fā)生固化形成收縮腔，收縮腔是不規(guī)則的，孔壁相對(duì)粗糙，主要集中在薄壁樣品的頂部。
圖1 DLD設(shè)備Al2O3-ZrO2共晶陶瓷圓柱體
通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，分別討論了激光功率，掃描速度和送粉速度對(duì)試樣孔隙率的影響，上述三種因素對(duì)孔隙率的影響程度如下：激光功率>掃描速度>進(jìn)料速度，最終得到優(yōu)化的工藝參數(shù)：激光功率420 W，掃描速度400 mm/min和粉末進(jìn)料速度1.8g /分。
圖2 輔助超聲對(duì)孔隙率的影響：（a）孔隙率和超聲功率曲線，（b）和（c）添加超聲前后的組織均勻性變化，（d）和（e）超聲添加前后前共晶間距的變化，（f）和（g）超聲添加前后的孔隙變化
圖3納米共晶間距高密度Al2O3-ZrO2共晶陶瓷樣品：（a）結(jié)構(gòu)試樣，（b）SEM顯微組織元素分布和XRD相圖，（c）TEM微觀結(jié)構(gòu)和相界
通過(guò)超聲輔助DLD制備了具有極高密度和低孔隙率的弧形圓柱形Al2O3-ZrO2低共熔陶瓷。當(dāng)超聲功率為180 W時(shí)，孔隙率至少達(dá)到0.1±0.05％，并且相對(duì)密度為99.9±0.1%。Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的相界面牢固結(jié)合，共晶間距超過(guò)了100 nm的極限，達(dá)到了50±10 nm的微尺度，這為Al2O3-ZrO2共晶陶瓷轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ芴沾商峁┝丝赡堋?/p>