Al2O3陶瓷零件的SLS成形及后处理工艺研究

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选择性激光烧结是一种比较成熟的快速成形技术,利用激光烧结实现复杂形状陶瓷功能件及陶瓷零件的快速制造,具有广阔的应用前景,也是目前研究的热点和难点。但国内外的研究表明选择性激光烧结Al2O3陶瓷零件存在工艺不完善,零件强度低,无法满足商业化要求等一系列问题。本文的目的就是研究选择性激光烧结间接成形Al2O3陶瓷零件及其后处理工艺。主要研究内容和结果如下:研究了环氧树脂E-06粘结剂与粉末粒度为80100μm的Al2O3陶瓷均匀混合粉末作为SLS成形材料,这种粉末具有制备简单,成本低,成形性好的优点,并确定了粘结剂和陶瓷粉末的成分配比及制备工艺。对环氧树脂与Al2O3陶瓷均匀混合粉末的激光烧结机理做了探讨,分析了激光功率、扫描速度、扫描间距、单层层厚四个激光烧结工艺参数对形坯强度和精度的影响,并用正交试验方法进行优化,优化后的工艺参数为:激光功率14W、扫描速度为2000mm/s、扫描间距为0.1mm、单层层厚为0.1mm。对形坯的清粉处理、浸渗、降解脱脂、高温烧结四个后处理工艺展开了分析和研究。总结出一系列清粉处理方法;选择浸渗剂并确定浸渗工艺;分析了降解温度、保温时间、保护气氛对降解过程的影响;研究了Al2O3陶瓷的高温烧结机理及高温烧结参数对烧结件性能的影响;通过测定不同工艺阶段的抗弯强度及密度,研究了烧结试样的成形质量及力学性能;同时采用XRD、SEM分析了试样的物相成分及显微结构。经后处理的零件抗弯强度可达32.62MPa,密度2.12g/cm3,可满足一定强度的复杂形陶瓷功能件的使用要求。对SLS成形Al2O3陶瓷零件进行补强研究,使零件强度大幅度提高。从陶瓷本身的晶体结构分析了陶瓷脆性的根源,并提出了陶瓷补强增韧的方法;研究了添加剂补强增韧的作用机理,在此基础上研究了复合添加剂的引入对零件强度及成形质量的影响。经补强后零件的抗弯强度可达58.65MPa,密度2.82g/cm3,可实现具有一定强度的复杂形状陶瓷零件的快速制造。本文通过Al2O3陶瓷零件的SLS成形、后处理工艺及补强研究表明,利用选择性激光烧结可实现具有一定强度的复杂形状陶瓷功能模型件及陶瓷零件的快速制造,这对于扩大SLS在陶瓷领域的应用,促进商品化具有重要意义。
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