3D çap materiallarında alüminium tozunun irəliləyişi
Şimal-Qərb Politexnik Universitetinin laboratoriyasına daxil oluram, işıqla bərkimə3D printer yüngülcə zümzümə edir və lazer şüası keramika məhlulunda dəqiq hərəkət edir. Cəmi bir neçə saat sonra labirint kimi mürəkkəb quruluşa malik keramika nüvəsi tam şəkildə təqdim olunur - təyyarə mühərriklərinin turbin pərlərini tökmək üçün istifadə ediləcək. Layihəyə rəhbərlik edən professor Su Haijun incə komponentə işarə edərək dedi: “Üç il əvvəl belə dəqiqlik barədə düşünməyə belə cəsarət etmirdik. Əsas irəliləyiş bu gözə çarpmayan alüminium oksidi tozunda gizlənir.”
Bir vaxtlar alüminium oksidi keramikası bu sahədə "problemli tələbə" kimi idi3D çap– yüksək möhkəmlik, yüksək temperatura davamlılıq, yaxşı izolyasiya, lakin çap edildikdən sonra bir çox problem yarandı. Ənənəvi proseslərdə alüminium oksidi tozu zəif axıcılığa malikdir və tez-tez çap başlığını bloklayır; sinterləmə zamanı büzülmə sürəti 15%-20%-ə qədər ola bilər və böyük səylə çap edilən hissələr yandıqdan sonra deformasiyaya uğrayır və çatlayır; mürəkkəb strukturlar? Bu, daha da lüksdür. Mühəndislər narahatdırlar: “Bu şey vəhşi ideyaları olan, lakin əlləri çatmayan inadkar bir sənətkar kimidir.”
1. Rus düsturu: Üzərinə "keramika zireh" qoymaqalüminiummatris
Dönüş nöqtəsi ilk dəfə material dizaynındakı inqilabdan gəldi. 2020-ci ildə Rusiyanın Milli Elm və Texnologiya Universitetinin (NUST MISIS) materialşünasları dağıdıcı bir texnologiya elan etdilər. Sadəcə alüminium oksid tozunu qarışdırmaq əvəzinə, onlar yüksək təmizlikli alüminium tozunu avtoklava qoydular və hidrotermal oksidləşmədən istifadə edərək hər bir alüminium hissəciyinin səthində dəqiq idarə olunan qalınlığa malik alüminium oksid film təbəqəsi "yetişdirdilər", eynilə alüminium topa nano səviyyəli zireh təbəqəsi qoyduqları kimi. Bu "nüvə-qabıq quruluşu" tozu lazer 3D çapı (SLM texnologiyası) zamanı heyrətamiz performans göstərir: sərtlik təmiz alüminium materialların sərtliyindən 40% yüksəkdir və yüksək temperatur stabilliyi aviasiya dərəcəli tələblərinə birbaşa cavab verərək xeyli yaxşılaşır.
Layihə rəhbəri professor Aleksandr Qromov canlı bir bənzətmə etdi: “Keçmişdə kompozit materiallar salatlar kimi idi - hər biri öz işini görürdü; tozlarımız sendviç kimidir - alüminium və alüminium oksidi bir-birini təbəqə-təbəqə dişləyir və heç biri digəri olmadan keçinə bilməz.” Bu güclü birləşmə materialın təyyarə mühərriki hissələrində və ultra yüngül gövdə çərçivələrində öz gücünü göstərməsinə imkan verir və hətta titan ərintilərinin ərazisinə meydan oxumağa başlayır.
2. Çin müdrikliyi: keramikanın "təmiri"nin sehri
Alüminium oksidi keramika çapının ən böyük problemi sinterləmə büzülməsidir - təsəvvür edin ki, bir gil fiquru diqqətlə yoğurmusunuz və o, sobaya girən kimi kartof ölçüsünə qədər kiçilib. Nə qədər çökərdi? 2024-cü ilin əvvəlində Şimal-Qərb Politexnik Universitetindəki professor Su Haicunun komandası tərəfindən Materiallar Elmi və Texnologiyası Jurnalında dərc edilən nəticələr sənayeni həyəcanlandırdı: onlar cəmi 0,3% büzülmə nisbəti ilə demək olar ki, sıfır büzülmə dərəcəsinə malik alüminium oksidi keramika nüvəsi əldə etdilər.
Sirr əlavə etməkdiralüminium tozualüminium oksidinə keçin və sonra dəqiq bir "atmosfer sehrini" oynayın.
Alüminium tozu əlavə edin: 15% incə alüminium tozunu keramika məhluluna qarışdırın
Atmosferi idarə edin: Alüminium tozunun oksidləşməsinin qarşısını almaq üçün sinterləmənin əvvəlində argon qazından qorunma istifadə edin
Ağıllı keçid: Temperatur 1400°C-yə qalxdıqda, atmosferi qəfildən havaya çevirin
Yerində oksidləşmə: Alüminium tozu dərhal damcılara çevrilir və alüminium oksidə oksidləşir və həcm genişlənməsi daralmanı kompensasiya edir
3. Bağlayıcı inqilabı: alüminium tozu "görünməz yapışqan"a çevrilir
Rusiya və Çin komandaları toz modifikasiyası üzərində çox çalışarkən, başqa bir texniki yol da yetkinləşib - alüminium tozunun bağlayıcı kimi istifadə edilməsi. Ənənəvi keramika3D çapBağlayıcılar əsasən üzvi qətranlardan ibarətdir və yağsızlaşdırma zamanı yandırıldıqda boşluqlar yaradır. Yerli bir komandanın 2023-cü il patenti fərqli bir yanaşma tətbiq edir: alüminium tozunu su əsaslı bağlayıcıya çevirmək47.
Çap zamanı başlıq alüminium oksid toz təbəqəsinə 50-70% alüminium tozu olan "yapışqan"ı dəqiq şəkildə püskürdür. Yağsızlaşdırma mərhələsinə gəldikdə, vakuum çəkilir və oksigen keçir və alüminium tozu 200-800°C-də alüminium oksidə oksidləşir. Həcm genişlənməsinin 20%-dən çox olması onun məsamələri aktiv şəkildə doldurmasına və büzülmə sürətini 5%-dən az azaltmasına imkan verir. Bir mühəndis bunu belə təsvir etmişdir: "Bu, iskənəni söküb eyni zamanda yeni bir divar tikməyə, öz dəliklərinizi doldurmağa bərabərdir!".
4. Zərrəciklər sənəti: sferik tozun qələbəsi
Alüminium oksidi tozunun "görünüşü" gözlənilmədən irəliləyişlərin açarı oldu - bu görünüş hissəcik formasına aiddir. 2024-cü ildə "Open Ceramics" jurnalında dərc olunmuş bir araşdırmada sferik və nizamsız alüminium oksidi tozlarının əridilmiş çöküntü (CF³) çapındakı performansı müqayisə edilmişdir5:
Sferik toz: incə qum kimi axır, doldurma sürəti 60%-dən çoxdur və çap hamar və ipək kimidir
Qeyri-müntəzəm toz: qaba şəkər kimi yapışıb, özlülük 40 dəfə yüksəkdir və burun həyatı şübhə altına almaq üçün tıxanıb
Daha da yaxşısı, sferik tozla çap olunmuş hissələrin sıxlığı sinterləşmədən sonra asanlıqla 89%-i keçir və səth örtüyü birbaşa standarta cavab verir. “İndi kim hələ də “çirkin” tozdan istifadə edir? Axıcılıq döyüş effektivliyidir!” Bir texnik gülümsəyərək nəticəyə gəldi5.
Gələcək: Ulduzlar və dənizlər kiçik və gözəllərlə birlikdə mövcuddur
Alüminium oksidi tozunun 3D çap inqilabı hələ bitməyib. Hərbi sənaye turbofan pərlərinin istehsalı üçün sıfıra yaxın büzülmə nüvələrinin tətbiqində liderliyi ələ alıb; biotibbi sahə onun biouyğunluğuna üstünlük verib və xüsusi hazırlanmış sümük implantlarının çapına başlayıb; elektronika sənayesi istilik yayma substratlarını hədəf alıb - axı alüminium oksidinin istilik keçiriciliyi və qeyri-elektrik keçiriciliyi əvəzolunmazdır.