增材制造钛酸钡压电陶瓷的高温烧结与极化工艺研究

为提高增材制造BaTiO_(3)压电陶瓷的综合性能,本文研究了BaTiO_(3)压电陶瓷的浆料剪切变稀特性及数字光处理(DLP)成型特性,揭示了DLP成型BaTiO_(3)压电陶瓷坯体在不同烧结温度条件下的致密化机制,探索了极化方向对DLP成型BaTiO_(3)陶瓷压电性能的影响规律。结果表明,调节高温烧结与极化工艺,可以在一定程度上改善DLP增材制造BaTiO_(3)压电陶瓷的电学性能。当烧结温度为1420℃、保温时间为2 h时,压电系数d_(33)最大,为163.4 pC/N,样品层间结合紧密,晶粒尺寸均匀。当Z轴与极化方向夹角由0°变为90°时,相对介电常数εr和d_(33)分别提高了29.37%和27.01%。当固含量为80%(质量分数)、烧结温度为1420℃、Z轴与极化方向夹角为90°时,样品d_(33)最大,达到182.4 pC/N。

激光增材制造相变诱导型高熵合金的研究进展

高熵合金是以4种及以上元素为主元的合金,热力学上存在高熵效应,动力学上呈现迟滞扩散效应,晶体学上表现为晶格畸变效应,使用时展现出鸡尾酒效应,具有良好的力学性能和耐腐蚀性。相变诱导塑性高熵合金通过在变形过程中发生马氏体相变,延迟了裂纹的产生,同时提高了金属的加工硬化率,解决了塑性-强度难题,具有极大的研究潜力和应用前景。铸造高熵合金存在偏析严重、晶粒粗大等缺陷,成形样品力学性能差。增材制造具有局部熔池快速凝固的特点,成形的高熵合金成分均匀、晶粒细小,力学性能远高于铸件。本文阐述了增材制造成形相变诱导塑性高熵合金的显微组织、力学性能、组织演变、耐蚀性等方面的研究进展,并展望了未来的研究方向。

内镶式滴灌带绕流流道水力性能研究

该文运用水力学公式、数值模拟和快速原型试验研究了绕流流道滴灌带的水力性能,并建立了设计流量与流道结构参数之间的计算模型。数值模拟得到的流场水力结构显示水流的水头损失主要集中在流道的拐角,分支和交汇处。在数值模拟的基础上,利用快速成形技术制造出16种结构形式的绕流流道,并进行压力与流量特性试验。试验结果表明:绕流流道的流态指数为0.5左右,且受流道的截面积和单元数的影响较小;而流量系数则随截面积的增加而增加,随单元数的增加而减小。144组试验数据的回归结果显示:流量随流道的截面积和工作压力的增加而增大,随单元数的增加而减小;其中,截面积影响最大,单元数次之,最后是工作压力。

选择性激光熔化快速成形技术与装备

介绍了华中科技大学基于粉末材料选择性激光熔化(Selective laser melting,SLM)成形技术的一些最新研究成果,主要包括设备与软件,以及该技术的主要应用领域。由于SLM成形过程是一个复杂的物理化学冶金过程,金属粉末熔化快,熔池存在时间短,凝固成形时存在较大的温度梯度与热应力,液态金属表面张力大,因而容易产生翘曲变形、裂纹与球化现象三个国际性难题,针对这些难题,提出了相应的研究方案。

选择性激光烧结新型扫描方式的研究及实现

选择性激光烧结（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ＳＬＳ）快速成形技术是近１０年来发展起来的一种先进制造技术，采用此项技术可以显著地缩短产品投放市场的周期，降低成本，提高产品质量，增强企业的竞争能力。而扫描方式是ＳＬＳ成形过程中的一项关键技术，在分析了现有扫描方式及其对ＳＬＳ制件精度、强度以及成形速度影响的基础上，指出了现有扫描方式的缺陷。为了克服这种缺陷，特提出并实现了一种新的分区变向扫描方式及其分区算法，它通过将扫描线段进行分组，以避开截面内孔和凹槽。这种新的分区变向扫描方式及其算法已经成功地应用到华中科技大学开发的ＨＲＰＳ系列ＳＬＳ系统中。实际应用表明：这种新型扫描方式能大幅度地提高烧结成形效率和减小烧结体的翘曲变形量。

随形冷却对注塑成型和生产效率的影响

采用有限元模拟方法,利用Moldflow软件对注塑冷却过程进行模拟.以香盒零件为研究对象,对多种不同冷却方案进行了模拟分析.根据模拟结果,比较分析了不同冷却方案的冷却过程,并优化出了香盒零件的最佳随形冷却水道.利用选择性激光烧结快速制模工艺制造出设计好的具有最优随形冷却水道的注塑模具.应用该模具进行实际的注塑生产,其工艺参数和最终注塑产品质量均验证了模拟结果.采用随形冷却的香盒零件注塑模,其生产效率提高了30%,翘曲变形仅为普通模具的20%

注塑模随形冷却水道设计与制造技术概述

在采用注塑模制造注塑件的过程中,注塑的冷却阶段是一个涉及热力学与流体力学的复杂过程,直接影响到注塑件的制造质量与生产效率。随着市场对注塑件质量要求的提高,针对注塑模随形冷却水道的设计及其快速成形制造技术的研究逐渐成为国内外的热门课题。介绍了注塑模随形冷却水道的概念、产生及其意义;对目前国内外随形冷却水道关键技术的研究进行了综述;结合国内外现状,指出了随形冷却水道设计及其快速成形制造技术的发展趋势。

SLS成形件的收缩模型和翘曲模型

快速成形的精度是快速成形技术发展和扩大其应用领域的关键 ,工艺误差是影响成形精度的关键之一 ,而成形件收缩和翘曲对其工艺精度起决定性的作用。通过建立 SL S成形过程的收缩模型研究了 SLS加工中成形件的收缩形式以及收缩规律 ,同时研究了收缩的不均匀性所引起的翘曲 ,建立了成形件的翘曲模型。发现烧结收缩与烧结程度密切相关 ,翘曲量与烧结收缩率成正比 ,与零件线尺寸成正比。这些研究结果为克服 SL S加工收缩引起的误差和收缩补偿提供了依据 ,为减少翘曲变形提供了一种方法。

氧化锆零件激光选区烧结/冷等静压复合成形技术

氧化锆陶瓷材料以其优异的性能在工业生产中具有极大的应用前景,但由于脆性大、硬度高等原因,复杂形状氧化锆零件往往难以成形和加工。为了获得复杂形状氧化锆陶瓷零件,通过溶剂沉淀法将粘接剂尼龙12覆膜至纳米氧化锆粉末的表面,然后对覆膜后的粉体进行激光选区烧结(Selective laser sintering,SLS)成形,并通过传统的冷等静压(Cold isostatic pressing,CIP)技术对SLS零件进行致密化处理,同时满足氧化锆初坯成形时形状复杂度和密度的要求。通过试验得出在激光能量密度为0.415 J/mm2时,获得的SLS陶瓷件密度较大,对不同激光能量密度制备的SLS陶瓷件进行保压压力为200 MPa的冷等静压致密化处理,根据热脱脂机理以及粘接剂的TG曲线,分别制定了SLS/CIP试样的热脱脂工艺,最后对脱脂试样进行高温烧结,在后续处理的各环节,氧化锆零件的密度仍受SLS成形的影响,但该影响逐渐减弱,SLS/CIP/FS成形件最大相对密度和维氏硬度分别达到了97%和1180 HV1,已接近'模压-烧结'的致密氧化锆陶瓷的性能,在试样断口的扫描电子显微镜(SEM)分析基础上,对氧化锆复合成形的微观演变进行了研究。虽然最终烧结件密度和硬度仍有待提高,但是提出了一种极具潜力的氧化锆零件近净成形工艺方法,为制造高性能复杂形状的陶瓷零件奠定了基础。

选择性激光熔化成形关键基础问题的研究进展

SLM技术集成了先进的激光技术、计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术、计算机控制技术、真空技术、粉末冶金技术。SLM技术的出现给复杂金属零件的制造带来了一场革命。当前,SLM技术的研究正成为热点并受到国内外学术界和制造界的广泛重视。

选择性激光熔化成形TC4钛合金开裂行为及其机理研究

裂纹是选择性激光熔化(Selective laser melting,SLM)成形Ti6-Al-4V(TC4)钛合金过程中最常见、破坏性最大的一种缺陷。采用逐行交替的扫描策略制备TC4钛合金试样,利用扫描电子显微镜及X射线能谱分析等检测方法,研究SLM成形TC4钛合金过程中裂纹的开裂行为及其形成机理。结果表明,SLM成形TC4钛合金所产生的裂纹为冷裂纹,具有典型的穿晶开裂特征。采用逐行交替扫描策略成形的TC4钛合金,其组织为网篮状马氏体组织。SLM成形过程中高温度梯度导致制件内部存在较高的残余应力,抗裂强度较差的马氏体组织在残余应力的作用下而产生裂纹,粗大的裂纹最终分解为较小的裂纹而终止扩展。进一步分析认为,通过调整成形工艺参数,可以改变制件组织,同时削弱残余应力,从而达到减弱或消除裂纹的目的。

高分子材料选区激光烧结翘曲的研究

通过大量的高分子材料烧结试验 ,发现了选区激光烧结中的最常见现象之一———翘曲的根本原因 .根据高分子科学的相关理论和选区激光烧结的特点 ,对翘曲的发生原因和发展规律进行了论述 。

滴灌灌水器低成本快速开发理论与方法研究

灌水器尺寸微小,形状复杂,导致其开发周期过长(8～12个月),费用过高(5～8万元人民币)。该文引入计算机辅助设计(ComputerAidedDesign,CAD)、计算流体动力学(ComputerFluidDynamics,CFD)以及快速成形(Rapid Prototyping,RP)等先进技术,提出了一种新型滴灌灌水器的低成本快速开发途径。利用三维参数化CAD技术设计流道的结构模型;基于CFD模型的数值模拟实现了灌水器水力特性的可视化分析功能,大大减少了实物试验的迭代次数;同时,应用RP技术可以在不开钢模的情况下低成本快速地制取试验用灌水器,并直接利用RP原型完成灌水器性能试验,从而进一步降低其开发周期和成本。以自主开发的新型灌水器为例,其开发周期与成本均降低50%以上。

组合式大尺寸三维测量系统中的结构参数标定算法

针对现有的大尺寸物体形貌测量技术测量速度慢的缺点,提出了一种组合式大尺寸三维测量技术,该技术将结构光测量系统(SLS)与室内全球定位系统(GPS)技术相结合,利用室内GPS系统追踪固定在SLS顶部的至少3个传感器,实时跟踪SLS在全局坐标系下的三维位姿,然后利用预先标定的系统结构参数将SLS测得的局部三维数据自动转换到全局坐标系下.为了保证数据的整体拼合精度,提出了一种简单有效的结构参数标定算法,该算法利用双目立体视觉系统等效模拟室内GPS,对粘贴在SLS上的3个圆形标志点进行跟踪定位,借助全局坐标系下的参考物体标定出系统的结构参数,并通过测量实验验证了该算法的可行性.

实现作物需水触动式自适应灌溉的痕量灌溉技术分析

分析了当前国内工程节水灌溉技术应用中存在的若干问题;在此基础上,突破"被动式"灌溉的固有思维方法,提出作物需水触动式自适应灌溉的思想;基于这种方法,发明了以膜及毛细管等新材料与结构为基础的痕量灌溉技术,阐述其技术原理;分析痕量灌溉的技术特点及应用前景。

激光选区烧结用陶瓷材料的制备及其成型技术

相对于传统技术,3D打印技术在直接成型复杂形状金属和高分子零部件方面显示出了巨大的优越性。然而,3D打印技术在陶瓷零部件的成型方面尚存在诸多难题。为此,华中科技大学史玉升教授团队在3D打印陶瓷材料的制备及其成型技术方面做了较多研究。详细介绍了激光选区烧结(SLS)技术中复合粉体的两种主要制备方法:一种是通过机械混合法将陶瓷粉体与高分子聚合物机械混合制得SLS成型用复合粉体;另一种是通过溶解沉淀法或溶剂蒸发法将高分子聚合物包覆在陶瓷颗粒表面制得复合粉体。研究表明,采用上述两种制粉方法均可制备出具有良好流动性的适于3D打印的复合陶瓷粉体。还系统地讨论了SLS素坯的成型机理以及预热温度、激光功率和单层厚度等SLS工艺参数对陶瓷素坯的力学性能和成型精度的影响。在此基础上,采用最佳SLS工艺参数制备出传统成型工艺难以成型的具有三维孔洞结构的多孔堇青石和高岭土陶瓷零部件。此外,结合SLS工艺与冷等静压(CIP)技术提出了SLS/CIP复合成型技术,提高了SLS成型陶瓷的致密度和力学性能,制备出高性能、复杂结构的Al_2O_3、ZrO_2、Si C等致密陶瓷零部件,为采用3D打印技术制备航空航天、国防等领域用高性能陶瓷零部件打下了良好的基础。

高分子材料SLS中次级烧结实验

针对选择性激光烧结(SLS)成形中次级烧结严重影响成形件精度的问题,分析了次级烧结的形成原因,通过聚苯乙烯、尼龙12及玻璃微珠填充尼龙12三种典型的烧结材料,对SLS成形过程中影响次级烧结的因素进行了实验研究.结果表明"次级烧结是由于已烧结部分向其周围的松散粉末传热,使其达到结块温度而引起的,主要表现在烧结件轮廓模糊和尺寸变大.提高预热温度和激光能量密度都会增大次级烧结,而通过添加高熔点的无机填料可以降低次级烧结,半结晶性高分子材料由于存在熔融潜热,次级烧结明显低于非结晶性高分子材料.

用于选择性激光烧结功能件的基体聚合物烧结材料的研究

选取PC、ABS和HIPS三种典型的无定形聚合物粉末材料作为基体聚合物烧结材料 ,对其烧结及后处理性能进行了研究。经比较 ,有较好后处理效果的PC和有较好原始力学性能的HIPS均可作为新材料的基体聚合物烧结材料。并提出了进一步提高烧结功能件力学性能的方法 。

选择性激光熔化AlSi10Mg合金粉末研究

采用自主研发的SLM设备成形AlSi10Mg合金粉末,优化成形工艺参数,并采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)分析了影响SLM成形AlSi10Mg性能的因素,为SLM成形高性能的航空航天零件奠定了基础。

高分子材料在选择性激光烧结中的应用——(Ⅱ)材料特性对成形的影响

结合高分子材料的选择性激光烧结(SLS)机理,研究了材料特性对SLS成形的影响,结果表明,表面张力是决定高分子材料烧结速率的重要因素,但不是造成高分子材料之间烧结速率存在差别的主要因素;粉末粒径越小,烧结速率越大,SLS成形件的表面光洁度、精度越高;粉末粒径分布会影响粉床密度;球形粉末成形件的形状精度、铺粉效果好于不规则粉末;材料黏度越小,烧结速率越大;材料本体强度越大,成形件强度越高;非晶态聚合物成形件的致密度低于晶态聚合物,而尺寸精度高于晶态聚合物。为SLS用高分子材料的选择与制备提供理论依据。