激光选区熔化氧化铝成形缺陷及其抑制方法研究

论文摘要

激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)陶瓷技术发展迅速,其不受零件形状限制的特性使得复杂形状陶瓷零件的成形加工成为可能,但是陶瓷材料,尤其是氧化铝材料具有熔点高、激光能量吸收率低、脆性大和韧性差的固有特性,很容易在高能激光带来的高温度梯度和大激光冲击下产生各类成形缺陷,对SLM氧化铝零件的工艺性和力学性能造成严重损害。面对SLM氧化铝零件性能易损、加工困难的难题,迫切需要从原理上对SLM氧化铝成形缺陷理论体系进行研究,并针对其缺陷产生和扩展的本质提出针对性的缺陷抑制方法。本文以建立SLM氧化铝缺陷体系、设计缺陷抑制方法为目的,在结合国内外研究的基础上,通过不同激光工艺参数和扫描策略的角度设计了氧化铝SLM实验,为成形缺陷研究提供分析基础;针对SLM氧化铝成形缺陷的基本类型、成形机理、扩展机制和性能破坏方式进行了系统性分析;从优化工艺参数、调整材料体系和高温热处理的角度设计了多种缺陷抑制方法,并基于不同缺陷类型对其缺陷抑制原理、激光工艺参数影响和缺陷抑制效果进行了详细阐述;针对裂纹缺陷设计了一种纤维增韧SLM氧化铝基体方法,包括纤维选取、表面处理方式、铺设方法和适合的激光工艺参数,并探究了该方法增韧基体、抑制裂纹的具体效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 选题背景和意义
•   1.2 SLM氧化铝技术
•     1.2.1 SLM氧化铝原理
•     1.2.2 SLM氧化铝研究现状
•   1.3 氧化铝成形缺陷研究现状
•     1.3.1 传统氧化铝成形缺陷研究现状
•     1.3.2 SLM氧化铝成形缺陷研究现状
•   1.4 氧化铝成形缺陷抑制方法研究现状
•     1.4.1 传统氧化铝陶瓷成形缺陷抑制方法研究现状
•     1.4.2 SLM氧化铝成形缺陷抑制方法研究现状
•   1.5 课题来源及主要研究内容
•     1.5.1 课题来源
•     1.5.2 主要研究内容
• 2 SLM氧化铝实验材料及方法
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 材料选取原则
•     2.1.2 实验材料选型
•   2.2 实验设备
•     2.2.1 实验平台
•     2.2.2 其它实验设备
•   2.3 实验方法
•     2.3.1 SLM激光扫描策略
•     2.3.2 SLM激光工艺参数
•     2.3.3 实验方案设计
•   2.4 本章小结
• 3 SLM氧化铝成形缺陷研究
•   3.1 不完全熔化
•     3.1.1 分布状态
•     3.1.2 形成机理
•     3.1.3 缺陷影响
•   3.2 过量熔道偏移
•     3.2.1 分布状态
•     3.2.2 形成机理
•     3.2.3 缺陷影响
•   3.3 孔隙
•     3.3.1 分布状态
•     3.3.2 形成机理
•     3.3.3 缺陷影响
•   3.4 翘曲变形
•     3.4.1 分布状态
•     3.4.2 形成机理
•     3.4.3 缺陷影响
•   3.5 裂纹
•     3.5.1 分布状态
•     3.5.2 形成及扩展机理
•     3.5.3 晶体结构对裂纹影响
•   3.6 缺陷相互促进关系
•   3.7 本章小结
• 4 氧化铝SLM缺陷抑制方法研究
•   4.1 优化工艺参数对缺陷抑制的影响研究
•     4.1.1 扫描策略对成形缺陷抑制的影响
•     4.1.2 激光功率对成形缺陷抑制的影响
•     4.1.3 激光扫描速度对成形缺陷抑制的影响
•   4.2 优化原材料对缺陷抑制的影响研究
•     4.2.1 氧化铝/氧化锆
•     4.2.2 氧化铝/氧化镁
•     4.2.3 高粘稠浆料
•   4.3 高温热处理
•     4.3.1 高温热处理工艺及实验设计
•     4.3.2 热处理对成形缺陷影响
•   4.4 本章小结
• 5 连续纤维增韧SLM氧化铝抑制裂纹研究
•   5.1 连续纤维增韧抑制SLM裂纹机理
•     5.1.1 连续纤维增韧原理
•     5.1.2 连续纤维选取
•     5.1.3 连续纤维铺放方法
•   5.2 连续碳纤维增韧
•     5.2.1 碳纤维表面处理方式
•     5.2.2 碳纤维增韧效果
•   5.3 连续氧化铝纤维增韧
•   5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郑毅

导师: 刘婷婷,邢飞

关键词: 激光选区熔化,氧化铝,成形缺陷,缺陷抑制方法,纤维增韧

来源: 南京理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,无机化工,无线电电子学

单位: 南京理工大学

基金: 国家重点研发计划项目“智能化增材制造系统平台”(项目编号:2017YFB1103000),国家自然基金项目“生物陶瓷选区激光熔融成形机理研究”(项目编号:51375242)

分类号: TN249;TQ174.758.11

DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.000956

总页数: 84

文件大小: 7723K

下载量: 42