陶瓷复合材料的激光烧结成型试验研究

论文摘要

在产品快速多变,竞争空前激烈的经济全球化时代,选区激光烧结的快速成型技术越来越受到人们的关注。本文针对陶瓷复合材料的激光烧结成型工艺进行了研究,所完成的工作和得到的结论如下:(1)分析了激光和纳米颗粒材料的相互作用机理,建立了激光作用下晶粒的生长模型,对SiC纳米颗粒在不同激光工艺参数:激光功率和扫描速度下纳米颗粒的生长趋势进行了模拟。(2)对金属的激光烧结特性进行了细致的分析,特别是对金属烧结过程中的球化效应机理做了深入的研究。在此基础上,创造性地在陶瓷复合材料制备工艺中引入了导热介质的概念。(3)对复合粉体Ni/WC进行单层选择性激光烧结试验。系统地分析了激光烧结各工艺参数对烧结质量的影响(4)选择KGH95镍基合金粉体作为导热介质,对陶瓷复合材料Ni/WC进行多层烧结试验。获得结构致密,组织均匀的金属陶瓷三维块体。(5)在(4)的基础上,将SiC纳米粉体作为改善微观结构的纳米弥散相,与(4)中的混合粉体进行不同质量比例的配粉。以配制的微纳米复合粉体为原料,进行多层选区激光烧结试验,得到三维块体。微观组织分析发现SiC纳米颗粒一部分弥散在粘结相镍基合金中,WC微米颗粒在高比能量的激光作用下,被进一步细化和分散在粘结相中。在激光烧结环境下,形成了微纳米结构的复合陶瓷材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微纳米复合陶瓷材料的定义和制备
• 1.2.1 纳米复合材料的定义
• 1.2.2 纳米陶瓷复合材料的分类
• 1.2.3 微纳米复合陶瓷粉体的制备
• 1.2.4 微纳米复合陶瓷材料的烧结
• 1.2.5 微纳米复合陶瓷材料的优异性能
• 1.3 激光烧结微纳米复合陶瓷材料
• 1.3.1 选区激光烧结成型的基本原理及其应用
• 1.3.2 激光烧结微纳米复合陶瓷材料的原理及技术关键
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 激光作用下纳米晶粒生长模型及金属粉体烧结性研究
• 2.1 引言
• 2.2 激光能量场分布
• 2.3 粉体材料对激光能量的吸收模型
• 2.4 纳米粉体材料在激光作用下的晶粒生长模型及仿真
• 2.5 金属粉体烧结性研究
• 2.5.1 部分颗粒表面局部熔化阶段
• 2.5.2 熔池形成阶段
• 2.5.3 快速凝固阶段
• 2.6 金属粉体烧结过程中的球化问题
• 2.7 本章小结
• 第三章 NI/WC 陶瓷基体材料的单层烧结工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验条件
• 3.2.1 试验设备
• 3.2.2 试验材料
• 3.3 试验方法
• 3.4 试验结果及分析
• 3.4.1 激光功率对烧结件层质量的影响
• 3.4.2 扫描速度对烧结层质量的影响
• 3.4.3 铺粉厚度对烧结层质量的影响
• 3.4.4 烧结前后微观结构的对比
• 3.5 本章小结
• 第四章 NI/WC 陶瓷复合材料的三维块体成型试验
• 4.1 引言
• 4.2 试验条件
• 4.2.1 试验设备
• 4.2.2 试验材料
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 烧结线试验
• 4.3.2 烧结面试验
• 4.3.3 烧结块体试验
• 4.4 块体试件的微观组织分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 纳米SIC 陶瓷复合材料的激光烧结成型试验
• 5.1 引言
• 5.2 试验条件
• 5.2.1 试验设备
• 5.2.2 试验材料
• 5.3 试验方法
• 5.4 微纳米陶瓷复合材料内部微观组织结构分析
• 5.4.1 试件1 底面微观组织结构分析
• 5.4.2 试件1 横截面微观组织结构分析
• 5.4.3 试件2 微观组织结构分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文