加压渗透对3D打印氧化铝陶瓷性能的影响

使用氧化年铝浆料对预烧结后的3D达印氧化铝坯体进行加压渗透处理,再进行烧结,研究了渗透压力和渗透浆料固含量对陶瓷相对密度和抗压性能的影响。结果表明:加压渗透显著改善了陶瓷的相对密度,且渗透压力越大,坯体的相对密度越大;随渗透浆料固含量增加,直径1.0,1.5cm陶瓷烧结试样的相对密度逐渐增大,直径2.0 cm陶瓷烧结试样的相对密度则先升高后降低;低固含量的渗透浆料有助于提高大直径陶瓷烧结试样的相对密度,高固含量的浆料则适用于小直径陶瓷试样;渗透后3D打印陶瓷的抗弯强度较未渗透的提高10倍以上;随浆料固含量增加,陶瓷试样的抗弯强度先增加,当浆料固含量(体积分数)达到40%以上时,抗弯强度不再发生明显变化。

基于3D打印模具和凝胶注模成型的多孔氧化铝陶瓷成型工艺

针对传统方法难以成型复杂结构多孔陶瓷,且模具制作周期长、成本高等问题,课题组研究了基于3D打印模具和凝胶注模成型的多孔陶瓷材料的成型工艺。在使用光固化成型技术制作高精度规则树脂模具的基础上,优化凝胶注模工艺所需的低黏度、高固含量氧化铝陶瓷浆料,借助真空加压工艺成型氧化铝陶瓷坯件,以此实现复杂结构多孔陶瓷零件的净成形;针对工艺中陶瓷浆料在复杂结构中的充型问题,研究了浆料pH值、分散剂用量、真空加压工艺对陶瓷成型的影响,测试了坯体气孔率、抗压强度等参数。结果表明:在pH值为9、分散剂质量分数为0.4%、真空加压90 min条件下,能够制备出体积分数为52%的氧化铝陶瓷,气孔率为51.5%,抗压强度为40.1 MPa。使用该工艺制备的陶瓷材料结构完整、表面光洁,可以作为制备复杂结构多孔陶瓷部件的工艺。

基于喷射粘结工艺的陶瓷坯体后处理性能调控

商用设备在进行陶瓷坯体成形时不易对坯体组织进行调控,难以成形高致密坯体,且常压后处理强化效果较差.基于自开发成形系统和自有材料,通过调节成形粉末配方、调控铺粉层厚、切换铺粉方法等调控Al2O3坯体的成形组织,成形了相对密度为43.9%的高致密坯体。采用“陶瓷浆料渗透+分步烧结”综合化后处理流程研究了不同坯体组织的渗透强化机理,并以此为依据对预烧结过程进行调控,显著提升了高致密成形坯体的最终性能,常压烧结后相对密度达89.3%,抗弯和抗压强度分别为91.9 MPa和813.2 MPa。该研究所用材料、工艺和装备仪器门槛低、易操作,为制备高性能结构陶瓷提供了一种灵活、快捷的技术方案。

微型胶囊在模拟肠道中的受力模型及流固耦合仿真

对胶囊在黏性液体环境下的受力进行了理论分析,研究了不同尺寸头部分别为圆形、椭圆形的磁驱胶囊在肠道环境中流固耦合作用下的动力特性。采用COMSOL分析了肠道动力黏度、肠道尺寸、胶囊外形3因素对胶囊运动受力影响,肠道壁模型基于力学性能相近原则,采用超弹性固体材料。进行了多因素、多水平的数值模拟试验。结果显示:在同水平的动力黏度和肠道内壁尺寸参数下,椭圆形较圆形胶囊的头部压力平均降低了12.8%。

粉末冶金Ti-xNb-5Sn骨科合金的摩擦学行为

本工作采用粉末冶金方法制备了Ti-x Nb-5Sn(x=13%、16%、18%、20%,质量分数)合金,研究了Nb含量对其微观组织和摩擦学行为的影响规律。结果表明:粉末冶金法制备的Ti-x Nb-5Sn合金是典型的α+β型钛合金,α相随着Nb含量的增加逐渐减少,Nb含量为20%时β相的衍射峰成为主峰。合金的硬度和弹性模量随着Nb含量的增加而下降,分别在271HV~319HV和68~73 GPa之间变化。合金的摩擦系数随着Nb含量增多而提高,Ti-13Nb-5Sn合金的摩擦系数最小(0.41),Ti-20Nb-5Sn合金的摩擦系数最大(0.48)。合金的磨损率为1.36×10^(-3)~1.58×10^(-3)mm 3/(m·N)。随着Nb含量增多,合金的磨痕深度增加,分层现象逐渐加剧,并且有微裂纹出现。Ti-13Nb-5Sn合金的磨损机制为磨粒磨损,Ti-16Nb-5Sn合金和Ti-18Nb-5Sn合金以磨粒磨损为主、表面疲劳磨损为辅,而Ti-20Nb-5Sn合金以表面疲劳磨损为主。本研究证实Nb是一种β稳定剂,加入适量Nb可以降低合金的弹性模量,同时使其具有良好的耐磨性。粉末冶金制备的Ti-x Nb-5Sn合金是一种具有发展潜力的骨科修复材料。