3D çap materiallarında alüminium tozu sıçrayışı
Şimal-Qərb Politexnik Universitetinin laboratoriyasına girərkən, işıqla müalicə olunur3D printer azca uğuldayır və lazer şüası keramika məhlulunda dəqiq hərəkət edir. Cəmi bir neçə saatdan sonra labirint kimi mürəkkəb quruluşa malik keramika nüvəsi tam təqdim olunur – o, təyyarə mühərriklərinin turbin qanadlarını tökmək üçün istifadə olunacaq. Layihəyə cavabdeh olan professor Su Haijun zərif komponentə işarə edərək dedi: "Üç il əvvəl biz belə dəqiqlik haqqında düşünməyə belə cəsarət etmirdik. Əsas irəliləyiş bu gözə dəyməyən alüminium tozunda gizlidir."
Bir zamanlar alüminium keramika sahəsində "problemli tələbə" kimi idi3D çap– yüksək möhkəmlik, yüksək temperatura davamlılıq, yaxşı izolyasiya, lakin çap edildikdən sonra çoxlu problemlərlə üzləşdi. Ənənəvi proseslərdə alüminium tozu zəif axıcılığa malikdir və tez-tez çap başlığını bloklayır; sinterləmə zamanı büzülmə dərəcəsi 15%-20%-ə qədər ola bilər və böyük zəhmətlə çap edilmiş hissələr yandırılan kimi deformasiyaya uğrayacaq və çatlayacaq; mürəkkəb strukturlar? Bu, daha çox lüksdür. Mühəndislər narahatdırlar: "Bu şey inadkar bir rəssama bənzəyir, vəhşi ideyaları var, lakin əlləri kifayət deyil."
1. Rus düsturu: Üzərinə “keramik zireh” qoymaqalüminiummatris
Dönüş nöqtəsi ilk olaraq maddi dizaynda inqilabdan gəldi. 2020-ci ildə Rusiyanın Milli Elm və Texnologiya Universitetinin (NUST MISIS) materialşünasları dağıdıcı texnologiyanı elan etdilər. Sadəcə alüminium oksid tozunu qarışdırmaq əvəzinə, onlar yüksək təmizlikli alüminium tozunu avtoklava qoydular və alüminium topun üzərinə nano səviyyəli zireh qatı qoymaq kimi, hər bir alüminium hissəciyinin səthində dəqiq idarə olunan qalınlığa malik alüminium oksid plyonkasını “böyütmək” üçün hidrotermal oksidləşmədən istifadə etdilər. Bu "əsas qabıq quruluşu" tozu lazer 3D çapı (SLM texnologiyası) zamanı heyrətamiz performans göstərir: sərtlik təmiz alüminium materiallarınkından 40% yüksəkdir və yüksək temperaturda dayanıqlıq çox yaxşılaşdırılır və birbaşa aviasiya tələblərinə cavab verir.
Layihənin rəhbəri, professor Aleksandr Qromov canlı bənzətmə etdi: “Əvvəllər kompozit materiallar salat kimi idi – hər biri öz işinə cavabdeh idi; bizim tozlarımız sendviç kimidir – alüminium və alüminium oksidi bir-birini qat-qat dişləyir və heç biri digəri olmadan edə bilməz”. Bu güclü birləşmə materialın təyyarə mühərriki hissələrində və ultra yüngül kuzov çərçivələrində öz şücaətini göstərməyə imkan verir və hətta titan ərintilərinin ərazisinə meydan oxumağa başlayır.
2. Çin hikməti: keramika “quruşunun” sehri
Alumina keramika çapının ən böyük ağrı nöqtəsi sinterləmə büzülməsidir - təsəvvür edin ki, bir gil fiqurunu diqqətlə yoğurmusunuz və o, sobaya daxil olan kimi kartof ölçüsünə qədər kiçildi. Nə qədər yıxılacaqdı? 2024-cü ilin əvvəlində, Şimal-Qərb Politexnik Universitetində professor Su Haijun komandası tərəfindən Materials Science & Technology jurnalında dərc edilən nəticələr sənayeni işə saldı: onlar cəmi 0,3% büzülmə dərəcəsi ilə demək olar ki, sıfır büzüşən alüminium keramika nüvəsi əldə etdilər.
Sirr əlavə etməkdiralüminium tozualüminium oksidinə və sonra dəqiq bir "atmosfer sehri" oynayır.
Alüminium tozunu əlavə edin: 15% incə alüminium tozunu keramika məhluluna qarışdırın
Atmosferə nəzarət edin: Alüminium tozunun oksidləşməsinin qarşısını almaq üçün sinterləmənin əvvəlində arqon qazından qorunma tətbiq edin
Ağıllı keçid: Temperatur 1400°C-ə yüksəldikdə qəfildən atmosferi havaya keçirin
Yerində oksidləşmə: Alüminium tozu dərhal damlacıqlara əriyir və alüminium oksidə oksidləşir və həcmin genişlənməsi daralmanı əvəz edir.
3. Bağlayıcı inqilab: alüminium tozu “görünməz yapışqan”a çevrilir
Rusiya və Çin komandaları toz modifikasiyası üzərində çox işləyərkən, başqa bir texniki marşrut sakitcə yetişdi - bağlayıcı kimi alüminium tozundan istifadə. Ənənəvi keramika3D çapbağlayıcılar əsasən üzvi qatranlardır, yağdan təmizlənərkən yandıqda boşluqlar buraxacaqlar. Yerli komandanın 2023-cü il patenti fərqli bir yanaşma tətbiq edir: alüminium tozunu su əsaslı bağlayıcıya çevirmək47.
Çap zamanı burun 50-70% alüminium tozu olan “yapışqan”ı alüminium oksid tozu təbəqəsinə dəqiqliklə səpir. Yağsızlaşdırma mərhələsinə gəldikdə, vakuum çəkilir və oksigen keçirilir və alüminium tozu 200-800 ° C-də alüminium oksidə oksidləşir. Həcmi 20% -dən çox genişləndirmə xarakteristikası məsamələri aktiv şəkildə doldurmağa və büzülmə dərəcəsini 5% -dən az azaltmağa imkan verir. "Bu, iskeləni sökməyə və eyni zamanda yeni divar tikməyə, öz boşluqlarınızı doldurmağa bərabərdir!" bir mühəndis bunu belə təsvir etdi.
4. Zərrəciklər sənəti: sferik tozun qələbəsi
Alüminium oksidinin "görünüşü" gözlənilmədən irəliləyişlərin açarına çevrildi - bu görünüş hissəcik formasına aiddir. 2024-cü ildə “Open Ceramics” jurnalında aparılan bir araşdırma, əridilmiş çökmə (CF³) çapında sferik və nizamsız alüminium oksidi tozlarının performansını müqayisə etdi5:
Sferik toz: incə qum kimi axır, doldurma dərəcəsi 60% -dən çoxdur və çap hamar və ipəkdir
Qeyri-müntəzəm toz: qaba şəkər kimi yapışıb, özlülük 40 dəfə yüksəkdir və ucluq həyatdan şübhələnmək üçün bağlanır.
Daha da yaxşısı, sferik toz ilə çap olunan hissələrin sıxlığı sinterləmədən sonra asanlıqla 89% -dən çox olur və səth işi birbaşa standarta cavab verir. "İndi hələ də "çirkin" tozdan kim istifadə edir? Akışkanlıq döyüş effektivliyidir!" Texnik gülümsədi və nəticəyə gəldi5.
Gələcək: Ulduzlar və dənizlər kiçik və gözəllərlə birlikdə yaşayır
Alüminium oksidi tozunun 3D çap inqilabı hələ bitməyib. Hərbi sənaye turbofan qanadlarının istehsalı üçün sıfıra yaxın büzülmə nüvələrinin tətbiqində liderlik etmişdir; biotibbi sahə biouyğunluğuna böyük maraq göstərdi və xüsusi sümük implantlarını çap etməyə başladı; elektronika sənayesi istilik yayma substratlarını hədəfləmişdir - axırda alüminium oksidinin istilik keçiriciliyi və qeyri-elektrik keçiriciliyi əvəzolunmazdır.