2023年5月25日，西北工业大学凝固技术国家重点实验室联合多家单位在《Additive Manufacturing》上发表题为Large-size complex-structure ternary eutectic ceramic fabricated using laser powder bed fusion assisted with finite element analysis的研究论文，报道了采用3D打印工艺制备Al2O3/GdAlO3/ZrO2三元共晶陶瓷，分析并优化其制备工艺以客服裂纹问题。
//doi.org/10.1016/j.addma.2023.103627
研究简介
基于模拟结果，研究人员通过3D打印制备了尺寸为30 mm× 30 mm× 1 mm的圆柱形、圆角立方形、三角形棱柱形、四边形等多种形状的Al2O3/GdAlO3/ZrO2共晶陶瓷，共晶间距约为88 nm，具有超细共晶组织，这为克服在单步工艺中直接制造大尺寸和复杂结构陶瓷的裂纹问题提供了解决方案。本研究为直接制备组织超细、结构复杂的超高温固化氧化物共晶陶瓷提供了理论基础和技术支持，在航空航天、机械、化工等领域具有很大的应用潜力。
研究内容解读
图1 (a)3D打印工艺示意图，(b)原粉形貌，(c)粉末粒度分布。
图2 有限元仿真及实验结果验证。
图3 不同工艺参数下单轨三元陶瓷的形貌。
图9 试件顶面各层及截面裂纹分布。
图11 单轨(a)、多轨(b)、第三层(c)、第十层(d)的裂纹形成机理。
图12 在不同激光功率和扫描速率下制备三元共晶陶瓷:(b1) 300 w, 300 mm/s;(b2) 300w, 350mm /s， (b3) 300w, 400mm /s， (b4) 300w, 450mm /s。对于不同形状的Al2O/GdAlO/ZrO三元共晶陶瓷，在相同的加工参数下：激光功率为300 W，退火前扫描速率为300 mm/s (c)，退火后扫描速率为300 mm/s (d)，加工层数为10层，制备出(d1)三角棱柱，(d2)圆角立方，(d3)六角形，(d4)圆柱形的典型结构陶瓷。
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