直接激光沉积成形Al2O3-ZrO2共晶陶瓷缺陷抑制方法

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熔体自生Al2O3-ZrO2共晶陶瓷具有优异的高温强度、高温抗蠕变性能、抗氧化性能及高温稳定性,在高推重比航空发动机及高效率燃气轮机热端部件具有重要的应用潜力。直接激光沉积成形技术是一种新的熔体自生共晶陶瓷增材制造技术,可实现近净尺寸陶瓷结构的快速制备,但目前所制备共晶组织存在裂纹及气孔缺陷,限制了该技术的进一步发展及应用。因此,解决成形结构的开裂与气孔问题成为直接激光沉积成形技术制备复杂结构高性能陶瓷的关键。针对Al2O3-ZrO2共晶陶瓷样件直接激光沉积成形过程中的开裂及气孔问题,本文通过在Al2O3-ZrO2共晶基体中掺杂不同粒径和比例的SiC颗粒(SiCp)并结合工艺参数优化抑制陶瓷样件中裂纹和气孔缺陷,成形Al2O3-ZrO2-SiC复合陶瓷结构件,并检测复合陶瓷的力学性能,主要研究内容如下:(1)开展直接激光沉积成形实验,在Al2O3-ZrO2共晶陶瓷基体加入不同粒径及比例的SiCp。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和超景深显微镜检测成形样件的微观组织、裂纹数量和长度及气孔率,利用X射线衍射仪(XRD)及电子探针(EPMA)检测成形样件的物相组成及元素含量。通过对内部裂纹、气孔及微观组织的检测表征,分析裂纹及气孔的形成原因。评价不同粒径及比例SiCp对裂纹和气孔等缺陷的抑制效果,并解释其影响机理。(2)通过评价缺陷抑制效果,确定SiCp最优掺杂比例和粒径。在此基础上开展工艺参数优化实验,研究工艺参数(激光功率、扫描速度及z轴提升量)对Al2O3-ZrO2-SiC复合陶瓷样件缺陷的影响规律。结合此影响规律和实际加工过程,选用合适工艺参数成形Al2O3-ZrO2-SiC复合陶瓷复杂结构件。最后测试Al2O3-ZrO2-SiC复合陶瓷的弯曲强度、压缩强度及摩擦磨损性能。
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