【摘 要】
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3D打印技术可以生产复杂的三维零件,具有近乎完全的设计自由度,在要求定制化、灵活性、设计复杂性和高运输成本的市场中极具优势,在制造新颖的能源转换和存储设备方面同样显示出巨大潜力。3D打印铜及铜合金技术大多数以铜粉为打印原料,铜粉性能直接影响到成形件的质量。3D打印对铜粉的形貌、粒度分布、流动性要求较高,传统铜粉的制备技术无法制备出同时满足球形度高、粒度分布集中、流动性好的铜粉,因此,制备出适合3D
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3D打印技术可以生产复杂的三维零件,具有近乎完全的设计自由度,在要求定制化、灵活性、设计复杂性和高运输成本的市场中极具优势,在制造新颖的能源转换和存储设备方面同样显示出巨大潜力。3D打印铜及铜合金技术大多数以铜粉为打印原料,铜粉性能直接影响到成形件的质量。3D打印对铜粉的形貌、粒度分布、流动性要求较高,传统铜粉的制备技术无法制备出同时满足球形度高、粒度分布集中、流动性好的铜粉,因此,制备出适合3D打印用铜粉是研究重点。相比于其他铜粉制备技术,雾化法具有适用性广、雾化效率高以及可有效控制粉末粒径等优点,常见的雾化法有:水雾化、气雾化等,但水雾化无法制备出球形度高的金属粉末,气雾化需要采用高压气体作为雾化介质,因此成本较高。本论文将水雾化和气雾化技术结合在一起,采用水气联合雾化的方法通过调整水雾化压力制备不同粒度铜粉,并对粉末性能表征,考察雾化工艺条件与粉末性能的关系。随后研究铜粉粒径、烧结温度对烧结体性能的影响;采用粘结剂喷射方法打印出样品,并研究烧结温度对打印后样品烧结性能的影响。全文主要实验结果如下:（1）采用水气联合雾化方法制备铜粉。改变水气联合雾化中水雾化压力,制备出不同粒径的铜粉,并将制备出的铜粉和普通水雾化以及适合3D打印用的商用铜粉对比。结果表明,粉末平均粒径和水气联合雾化中水雾化压力成反比关系。当水雾化压力为99 MPa时,铜粉的平均粒径最小为13.63μm,粉末氧含量为0.12%;制备出的铜粉虽然没有商用铜粉球形度高,但相比于水雾化铜粉具有较高的球形度以及较集中的粒度分布。（2）将水气联合雾化获得的铜粉通过喷雾干燥造粒进行改性。发现粘结剂以及分散剂含量对喷雾造粒铜粉的形貌影响较大,当粘结剂含量为2%,分散剂含量为1%时制备出的粉末形貌相比其他成分下制备的粉末具有更高的球形度。（3）考察了水气联合雾化铜粉粒径以及烧结温度对烧结体性能的影响。发现随着粉末粒径的减小,材料的热导性、硬度、致密度等增大。当水气联合雾化制备出的铜粉粒径最小时,烧结体的致密度可以达到98.73%,热导率为345.70 W/m·K,电导率为50.98 MS/m,硬度为36.56 HB,抗拉强度为179.67 MPa。此外,不同水雾化压力下的铜粉性能也会随着烧结温度的提高而升高。（4）采用粘结剂喷射技术打印出铜成形坯体,并将坯体脱脂,在不同温度下烧结,发现随着温度的升高,烧结体的性能提升,1000℃烧结后,烧结体的致密度可以达到93.52%,热导率为300.94 W/m·K,电导率为46.93 MS/m,硬度为35.49 HB,抗拉强度为145.28 MPa。
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