氧化物共晶陶瓷激光增材制造裂纹缺陷形成及抑制研究进展

氧化物共晶陶瓷以其优异的高比强度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化和抗蠕变等独特性能,被认为是超高温氧化腐蚀等极端环境下长期稳定服役的理想材料之一,在新一代高推重比航空发动机高温热端结构部件中具有巨大的应用前景。激光增材制造技术已成为近年来制备高性能复杂结构部件最具潜力的前沿技术,然而陶瓷在激光快速凝固过程中,裂纹缺陷极易产生,严重影响构件的成形质量和性能,成为制约工程化应用的关键。本文综述了激光近净成形和激光粉末床熔融两种典型陶瓷激光增材制造技术,分析对比了两种技术制备的不同形状陶瓷样件的裂纹形态特征,重点从微观组织形态特征、应力状态等角度探讨了激光增材制造氧化物陶瓷裂纹的形成机理,并进一步从工艺参数优化、成分设计、外场辅助等三个方面改善微观组织与减小热应力以抑制裂纹进行系统总结。最后指出氧化物共晶陶瓷激光增材制造在粉末特性、成形主次因素、成形技术研究等方面的未来发展趋势及突破方向。

激光增材制造超高温氧化物共晶陶瓷研究进展

超高温氧化物共晶陶瓷具有优异的高温强度、高温蠕变性能、高温结构稳定性以及良好的高温抗氧化和抗腐蚀性能,成为1400℃以上高温氧化环境下长期服役的新型候选超高温结构材料之一,在新一代航空航天高端装备热结构部件中具有重要的应用前景。基于熔体生长技术,以选择性激光熔化和激光定性能量沉积为代表的激光增材制造技术具有一步快速近净成形大尺寸、复杂形状构件的独特优势,近年来已发展成为制备高性能氧化物共晶陶瓷最具潜力的前沿技术。本文从工作原理、成形特点、技术分类等方面概述了基于熔体生长的两种典型激光增材制造技术,综述了激光增材制造技术在超高温氧化物共晶陶瓷制备领域的研究现状和特点优势,重点介绍了选择性激光熔化和激光定向能量沉积超高温氧化物共晶陶瓷在激光成形工艺、凝固缺陷控制、凝固组织演化、力学性能等方面的研究进展。最后,指出了实现氧化物共晶陶瓷激光增材制造工程化应用亟需突破的关键瓶颈,并对该领域未来的重点发展方向进行了展望。

定向凝固氧化物共晶陶瓷的制备工艺与性能

定向凝固氧化物共晶陶瓷以优异的高温性能,包括热稳定性、抗氧化烧蚀能力,高温机械性能,特别是高温断裂韧性和变形能力、抗蠕变性等,引起广泛关注,被认为是最有发展前景的新一代超高温结构材料。从共晶材料体系、制备方法、共晶相生长机制、力学性能等回顾了定向凝固共晶陶瓷的研究进展,探讨该研究方向亟待解决的问题。

定向凝固氧化物共晶陶瓷的研究进展

由于在1600℃以上超高温度下优异的抗氧化性和机械性能,定向凝固氧化物共晶陶瓷成为了潜在的新一代超高温结构材料。回顾了该材料的主要制备工艺及其进展,举例描述了共晶陶瓷的微观组织、高温强度和增韧机制。讨论了目前定向凝固氧化物共晶陶瓷仍需解决的问题。

超高温氧化物共晶陶瓷高梯度定向凝固组织与性能调控研究进展

随着航空航天等高新技术领域的迅猛发展,新一代高性能、高效率的超高温结构材料及其制备技术日益成为世界各国航空航天战略发展的重点。超高温氧化铝基共晶陶瓷具有天然杰出的抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变、高强度等优良特性,在1400℃以上高温、水氧腐蚀等极端环境下服役具有突出的优势和巨大的发展前景。概述了超高温氧化物共晶陶瓷高梯度定向凝固技术的发展现状;探讨了氧化铝基超高温陶瓷高梯度定向凝固过程中缺陷的形成机理及其抑制措施;重点总结和评述了定向凝固氧化铝基共晶陶瓷的组织特征及均细化调控方法、共晶陶瓷晶体取向及织构调控方法,以及氧化物共晶陶瓷力学性能和强韧化调控方法;展望了高梯度定向凝固技术制备高性能大尺寸氧化物共晶陶瓷的发展趋势和突破点。

超高温氧化物共晶复合陶瓷研究进展

超高温氧化物共晶复合陶瓷具有优异的力学性能、高温组织稳定性、抗氧化和抗腐蚀性能,被认为是1400℃以上高温富氧环境长时稳定服役的理想高温结构材料,近年来受到世界各国学者的广泛关注。系统介绍了氧化物共晶复合陶瓷的发展现状,对近年来本领域取得的重要进展进行了总结和分析,同时结合作者在本领域的研究,重点阐述了超高温度梯度定向凝固氧化物共晶复合陶瓷的组织特征、凝固特性、以及晶体取向/结构特征和力学性能,最后对氧化物共晶复合陶瓷今后的发展趋势和突破点进行了展望。

氧化物／氧化物共晶复合陶瓷的生长机理与微观结构

本文基于国外定向凝固氧化物j氧化物共晶复合陶瓷的晶体生长动力学行为研究，阐述其动力学机制，分析动力学因素对微观结构形态的影响，探讨晶体生长动力学行为与微观结构形态之间的关系，同时结合以燃烧合成、快速凝固技术所制备的新型高强韧Al2O3／YSZ共晶复合陶瓷，探讨共晶复合陶瓷在快速凝固条件下的晶体生长动力学行为。结合定向凝固与快速凝固两种晶体生长机制，得出过冷度、凝固界面前沿的温度梯度是影响晶体生长方式的重要因素，且受二者决定的凝固速率（即晶体生长速率）决定了材料的最终微观结构与形态。

氧化铝基定向凝固共晶复合陶瓷的研究进展

回顾了氧化铝基定向凝固共晶陶瓷的发展历程和研究现状,介绍了定向凝固制备氧化物共晶复合陶瓷的制备方法,综述了氧化物共晶陶瓷的微观组织,增韧机理等力学性能及其在一些领域的应用。最后,针对定向凝固共晶复合陶瓷尚需解决的问题提出了未来所面临的挑战和发展方向。

激光区熔Al2O3/Er3Al5O12共晶自生复合陶瓷的组织与断裂韧性

采用激光区熔快速定向凝固技术制备出Al2O3/Er3Al5O12(EAG)共晶自生复合陶瓷,研究了不同激光扫描速率下材料的凝固组织特征及其演变规律,并对其力学性能和增韧机制进行了分析.结果表明:激光区熔Al2O3/EAG由连续的Al2O3和EAG两相组成,两相相互交错分布,形成均匀的三维网状结构;共晶间距细小,在0.2～2.1μm之间,并随着扫描速率的增加规律性地减小.在低的扫描速率下,微观组织呈现典型的层片状非规则共晶组织;当扫描速率增至800μm/s时,出现了胞状及EAG树枝晶.共晶陶瓷的硬度和断裂韧性分别为18.7GPa和2.45MPa.m1/2.微观组织高度细化以及裂纹扩展过程中沿两相界面偏转、分叉等机制提高了材料的韧性.