第一作家：姜浩；通信作家：苏舟师开云在线
皇冠体育正网通信单元：西北工业大学凝固技艺国度重心履行室；西北工业大学深圳征询院
https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.103984
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1全文速览
西北工业大学苏舟师培植团队通过锤真金不怕火不同花样Al2O3陶瓷试样成形质地和力学性能的相反，对比分析了等离子球化粉末和非章程粉末看成激光定向能量千里积技艺原材料的适用性。规则标明，非章程粉末制备的Al2O3陶瓷的显微硬度和断裂韧性更高，辞别达到17.77±0.97 GPa和4.58±0.50 MPa·m1/2；等离子球化Al2O3粉末制备的棒状试样竟然全清雅，莫得孔隙和微裂纹，周折强度达到276.6±22.9 MPa。另外，通过缩小激光辉能量密度和在特定几何位置针对性补充激光能量输入两项设施有用优化了激光增材制变成形工艺，得胜制备出现存报说念中最大宽度（30mm）的无裂纹薄壁Al2O3陶瓷，相对密度达99%。
2征询布景
超高温氧化物陶瓷具有优异的高温强度、高温结构踏实性、抗氧化和耐腐蚀性能，有望成为极点高温氧化环境下遥远从戎的新式高温结构材料，在航空航天规模具有稠密的应用远景。激光定向能量千里积技艺具有高效快速、柔性制造、近净成形等特色，近些年来逐步应用于超高温氧化物陶瓷的制备并成为该规模的征询热门。
基于同轴送粉的激光定向能量千里积技艺受粉末原料流动性和可成形性的影响显赫。粉末原料径直决定成形历程的踏实性和可重迭性，同期影响陶瓷样品的力学性能。当今喷雾造粒技艺制备的陶瓷粉末原料使用较为普通，然则该技艺无法幸免粉末颗粒里面羼杂气体，难以罢了造粒粉末的高连合强度，导致试样里面气孔残障多，力学性能较低，易出现宏不雅裂纹。
此外，在激光定向能量千里积成形历程中，激光束的反复扫描使已成形样件接受合手续轮回的加热和冷却，高温熔池的快速出动形成了极高的温度梯度和极快的冷却速度，导致样件里面存在复杂的温度场和应力场。层层堆积历程伴跟着热量积聚和应力叠加，形成较大的残余应力，导致具有本征高脆性的氧化物陶瓷极易萌发裂纹，使样件成形质地不高甚而制备历程无法不竭进行。
上述问题致使大尺寸氧化陶瓷样件的制备终点清贫，尤其是宽度较大的样件，已有文件报说念中壁状试样最大宽度仅有15mm。大尺寸样件成形难题严重制约了氧化物陶瓷的工程化应用。因此亟需探索新式实心陶瓷粉末原料过甚对激光3D打印成形的影响，针对性优化大尺寸陶瓷样件的成形工艺，通过对原料和成形工艺两大基础身分的校正以期罢了大尺寸氧化物陶瓷的高质地激光3D打印制备。
3本文亮点
可以博彩的app期骗激光定向能量千里积技艺一步成形制备出当今最大宽度的壁状陶瓷，讲授了继承等离子球化粉末为原料进行激光定向能量千里积制备大尺寸复杂陶瓷构件的可行性和庞杂发展后劲，关于推动氧化物陶瓷构件增材制造的工程化应器具有蹙迫意旨。
4图文贯通
履行所用等离子球化Al2O3粉末和非章程Al2O3粉末两种实心粉末齐具有清雅的流动性，均可知足激光定向能量千里积技艺对粉末原料的基本条件。以实心粉末看成原料时，千里积层厚豪放达到0.3mm，远高于使用喷雾造粒粉末为原料时常用的0.08mm，显赫提高成形效用的同期有用减少了粉末原料的奢侈。
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图1 等离子球化Al2O3粉末的微不雅面目(a)和粒径散播(c)；非章程Al2O3粉末的微不雅面目(b)和粒径散播(d)
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使用上述两种粉末辞别制备棒状Al2O3陶瓷并进行力学性能测试，发现非章程粉末制备的棒状Al2O3陶瓷（IAR）显微硬度和断裂韧性更高，辞别达到了17.77±0.97 GPa和4.58±0.50 MPa·m1/2；而等离子球化粉末制备的棒状Al2O3陶瓷（PSAR）竟然全清雅，莫得孔隙和微裂纹，陶瓷里面Al2O3柱状晶粒孕育主义高度一致，使其周折强度达到276.6±22.9 MPa。
非章程Al2O3粉末粒径范围窄、外形不章程的特色容易在Al2O3陶瓷里面形成大尺寸未熔合（LOF）孔，其主要散播于陶瓷断口的解理台阶边际和穿晶断裂晶界处。LOF孔容易在陶瓷样件里面激发微裂纹，并可能改变解理面的扩张主义。另外，在非章程粉末制备的棒状Al2O3陶瓷名义也存在微裂纹，这些凝固残障共同作用导致IAR的周折强度低于PSAR的周折强度。
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图2 两种陶瓷粉末原料制备的棒状陶瓷的力学性能：(a) 抗弯强度，(b) 硬度和断裂韧性
图3 (a) IAR里面晶界处的LOF孔，(a1)和(a2)是图(a)中红色虚线框内区域的局部放大图，(b) LOF孔的特写
图4 (a-b) PSAR和IAR陶瓷的宏不雅断裂形态，(a1-a3) PSAR陶瓷断口的SEM图像，(b1-b3) IAR陶瓷断口的SEM图像
笔据激光3D打印所得陶瓷的凝固残障数目和力学性能详细评判，等离子球化粉末更适合营为激光定向能量千里积技艺的粉末原料。因此，使用等离子球化粉末为原料，通过缩小激光辉能量密度和在特定几何位置针对性补充激光能量输入两项设施不休校正激光3D打印制备大尺寸壁状氧化物陶瓷的成形工艺，得胜制备出了宽度达30mm、无裂纹Al2O3壁状陶瓷，相对密度高达99%，宽度主义成形罪戾仅为5.7%。宽30mm的Al2O3壁状陶瓷将激光3D打印制备氧化物陶瓷样件的成形宽度进步至先前成形极限的2倍，况且有望通过不竭深切优化成形工艺罢了更大尺寸陶瓷样件的高质地成形。
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图5 以等离子球化Al2O3粉末为原料制备的不同宽度的薄壁试样：(a) 10 mm (高65 mm)，(b) 15 mm，(c) 20 mm，(d) 30 mm，为当今文件报说念中最大宽度壁状陶瓷
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本文谈判了实心粉末颗粒花样对激光定向能千里积Al2O3陶瓷成形工艺和力学性能的影响。征询规则标明等离子体球化陶瓷粉末具有优秀流动性和成形踏实性，豪放看成LDED技艺制造大尺寸、高精度陶瓷样件的原料；同期确认了具有合适粒径范围的非章程陶瓷粉末也知足LDED技艺对粉末原料的条件，适合营为增强相一丝添加进行陶瓷增韧或用于梯度功能陶瓷的制备。这些规则将为大尺寸氧化物陶瓷材料的高效制备提供表面及技艺基础，从而推动激光增材制造氧化物陶瓷构件的工程化应用程度。
6课题组简介
苏舟师，西北工业大学材料学院培植、博士生导师。国度级领军东说念主才，国度优秀后生科学基金取得者，中国有色金属改换争先谋略取得者，入选国度首批“香江学者”谋略，陕西省“后生科技新星”、陕西高校后生改换团队学术带头东说念主和陕西重心科技改换团队带头东说念主。遥远从事前进定向凝固技艺与表面及新材料征询征询，波及高温合金、高熵合金、超高温复合陶瓷、结构功能一体化复合材料，以及激光增材制造等。主合手包括国度当然基金重心、优青等7项国度基金在内的30余项国度及省部级蹙迫科研形式，在Nano Energy，Advanced Functional Materials，Nano Letters，Composites part B: engineering，Additive manufacturing等着名期刊发表论文160余篇。获授权中国发明专利50项以及2项好意思国发明专利。参编专著3部。获陕西高校科学技艺征询优秀后果非凡奖，陕西省科学技艺一等奖、二等奖，陕西省冶金科学技艺一等奖、世界有色金属优秀后生科技奖和陕西后生科技奖各1项。
7援用本文
Hao Jiang, Haijun Su*, Minghui Yu, Jiatong Yao, Qian Chen, Zhonglin Shen, Xiang Li, Dong Dong, Min Guo, Zhuo Zhang, Insights into the influence of powder particle shape on forming process and mechanical properties of Al2O3 ceramic fabricated by laser directed energy deposition, Addit. Manuf. 81 (2024) 103984.
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