Avvanz fit-trab tal-alumina fil-materjali tal-istampar 3D
Nidħlu fil-laboratorju tal-Università Politeknika tal-Majjistral, impjant tat-tqaddid bid-dawlStampatur 3D qed idoqq xi ftit, u r-raġġ tal-lejżer qed jiċċaqlaq preċiżament fit-taħlita taċ-ċeramika. Ftit sigħat wara, qalba taċ-ċeramika bi struttura kumplessa bħal labirint hija ppreżentata kompletament – se tintuża biex titfa’ x-xfafar tat-turbini tal-magni tal-ajruplani. Il-Professur Su Haijun, li huwa inkarigat mill-proġett, indika l-komponent delikat u qal: “Tliet snin ilu, lanqas biss konna nazzardaw naħsbu dwar preċiżjoni bħal din. L-iskoperta ewlenija hija moħbija f’dan it-trab tal-alumina li ma jidhirx.”
Darba żmien, iċ-ċeramika tal-alumina kienet bħal "student problematiku" fil-qasam ta'Stampar 3D– saħħa għolja, reżistenza għat-temperatura għolja, insulazzjoni tajba, iżda ladarba ġie stampat, kellu ħafna problemi. Taħt proċessi tradizzjonali, it-trab tal-alumina għandu fluwidità fqira u ħafna drabi jimblokka r-ras tal-istampar; ir-rata ta' jinxtorob waqt is-sinterizzazzjoni tista' tkun għolja sa 15%-20%, u l-partijiet li ġew stampati bi sforz kbir jiddeformaw u jinkisru hekk kif jinħarqu; strutturi kumplessi? Huwa saħansitra aktar lussu. L-inġiniera huma inkwetati: "Din il-ħaġa hija bħal artist rasu iebsa, b'ideat selvaġġi iżda mingħajr biżżejjed idejn."
1. Formula Russa: It-tqegħid ta’ “armatura taċ-ċeramika” fuq il-aluminjumatriċi
Il-punt ta' bidla ġie l-ewwel mir-rivoluzzjoni fid-disinn tal-materjali. Fl-2020, xjentisti tal-materjali mill-Università Nazzjonali tax-Xjenza u t-Teknoloġija (NUST MISIS) tar-Russja ħabbru teknoloġija rivoluzzjonarja. Minflok ma sempliċement ħalltu trab tal-ossidu tal-aluminju, poġġew trab tal-aluminju ta' purità għolja f'awtoklavi u użaw ossidazzjoni idrotermali biex "ikabbru" saff ta' film tal-ossidu tal-aluminju bi ħxuna kontrollabbli preċiżament fuq il-wiċċ ta' kull partiċella tal-aluminju, bħallikieku poġġew saff ta' armatura ta' livell nano fuq il-ballun tal-aluminju. Dan it-trab "bi struttura ta' qalba u qoxra" juri prestazzjoni aqwa waqt l-istampar 3D bil-lejżer (teknoloġija SLM): l-ebusija hija 40% ogħla minn dik tal-materjali tal-aluminju pur, u l-istabbiltà f'temperatura għolja hija mtejba ħafna, u tissodisfa direttament ir-rekwiżiti tal-grad tal-avjazzjoni.
Il-Professur Alexander Gromov, il-mexxej tal-proġett, għamel analoġija ċara: “Fil-passat, il-materjali komposti kienu bħal insalati – kull waħda kienet inkarigata min-negozju tagħha; it-trabijiet tagħna huma bħal sandwiches – l-aluminju u l-alumina jigdmu lil xulxin saff wara saff, u l-ebda wieħed ma jista’ jgħaddi mingħajr l-ieħor.” Dan l-akkoppjar qawwi jippermetti lill-materjal juri l-ħila tiegħu fil-partijiet tal-magna tal-ajruplani u l-frejms tal-karozzerija ultra-ħfief, u saħansitra jibda jisfida t-territorju tal-ligi tat-titanju.
2. L-għerf Ċiniż: il-maġija tat-“twaqqif” taċ-ċeramika
L-akbar problema tal-istampar taċ-ċeramika tal-alumina hija t-tinxtorob mis-sinterizzazzjoni – immaġina li għaġnejt figura tat-tafal bir-reqqa, u din tiċkien għad-daqs ta’ patata hekk kif daħlet fil-forn. Kemm tiġġarraf? Fil-bidu tal-2024, ir-riżultati ppubblikati mit-tim tal-Professur Su Haijun fl-Università Politeknika tal-Majjistral fil-Ġurnal tax-Xjenza u t-Teknoloġija tal-Materjali bdew l-industrija: kisbu qalba taċ-ċeramika tal-alumina li ma tinxtorob kważi xejn b’rata ta’ tinxtorob ta’ 0.3% biss.
Is-sigriet hu li żżidtrab tal-aluminjugħall-alumina u mbagħad tilgħab “maġija tal-atmosfera” preċiża.
Żid trab tal-aluminju: Ħallat 15% ta' trab fin tal-aluminju fit-taħlita taċ-ċeramika
Ikkontrolla l-atmosfera: Uża protezzjoni bil-gass argon fil-bidu tas-sinterizzazzjoni biex tevita li t-trab tal-aluminju jossida
Tibdil intelliġenti: Meta t-temperatura titla' għal 1400°C, f'daqqa waħda l-atmosfera tinbidel għall-arja
Ossidazzjoni in situ: It-trab tal-aluminju jdub istantanjament fi qtar u jossidizza għal ossidu tal-aluminju, u l-espansjoni tal-volum tikkumpensa l-kontrazzjoni
3. Rivoluzzjoni tal-leganti: it-trab tal-aluminju jinbidel f’“kolla inviżibbli”
Filwaqt li t-timijiet Russi u Ċiniżi qed jaħdmu bis-sħiħ fuq il-modifika tat-trab, rotta teknika oħra mmaturat bil-kwiet – l-użu tat-trab tal-aluminju bħala sustanza li tgħaqqad. Iċ-ċeramika tradizzjonaliStampar 3DIl-leganti huma l-aktar reżini organiċi, li jħallu kavitajiet meta jinħarqu waqt it-tneħħija tax-xaħam. Privattiva tal-2023 ta' tim domestiku tieħu approċċ differenti: li tagħmel it-trab tal-aluminju f'legant ibbażat fuq l-ilma47.
Waqt l-istampar, iż-żennuna tisprejja b'mod preċiż "kolla" li fiha 50-70% trab tal-aluminju fuq is-saff tat-trab tal-ossidu tal-aluminju. Meta jasal l-istadju tat-tneħħija tax-xaħam, jinġibed il-vakwu u jgħaddi l-ossiġnu, u t-trab tal-aluminju jiġi ossidizzat għal ossidu tal-aluminju f'200-800°C. Il-karatteristika ta' espansjoni tal-volum ta' aktar minn 20% tippermettilha timla b'mod attiv il-pori u tnaqqas ir-rata ta' jinxtorob għal inqas minn 5%. "Huwa ekwivalenti għal żarmar tal-armar u bini ta' ħajt ġdid fl-istess ħin, billi timla t-toqob tiegħek stess!" inġinier iddeskrivieh b'dan il-mod.
4. L-arti tal-partiċelli: ir-rebħa tat-trab sferiku
Id-“dehra” tat-trab tal-alumina b’mod mhux mistenni saret iċ-ċavetta għall-avvanzi – din id-dehra tirreferi għall-forma tal-partiċelli. Studju fil-ġurnal “Open Ceramics” fl-2024 qabbel il-prestazzjoni ta’ trab tal-alumina sferiku u irregolari fl-istampar b’depożizzjoni mdewba (CF³)5:
Trab sferiku: jiċċirkola bħal ramel fin, ir-rata tal-mili taqbeż is-60%, u l-istampar huwa lixx u bellus
Trab irregolari: imwaħħal bħal zokkor oħxon, il-viskożità hija 40 darba ogħla, u ż-żennuna hija mblukkata biex tiddubita l-ħajja
Aħjar minn hekk, id-densità tal-partijiet stampati bi trab sferiku faċilment taqbeż it-89% wara s-sinterizzazzjoni, u l-finitura tal-wiċċ tissodisfa direttament l-istandard. "Min għadu juża trab "ikrah" issa? Il-fluwidità hija effettività fil-ġlied!" Tekniku tbissem u kkonkluda5.
Futur: L-istilel u l-ibħra jeżistu flimkien maż-żgħar u s-sabiħ
Ir-rivoluzzjoni tal-istampar 3D tat-trab tal-alumina għadha 'l bogħod milli tintemm. L-industrija militari ħadet it-tmexxija fl-applikazzjoni ta' qlub li jinxtorbu kważi żero biex timmanifattura xfafar tat-turbofan; il-qasam bijomediku ħa gost bil-bijokompatibilità tiegħu u beda jistampa impjanti tal-għadam personalizzati; l-industrija tal-elettronika mmirat lejn sottostrati ta' dissipazzjoni tas-sħana - wara kollox, il-konduttività termali u l-konduttività mhux elettrika tal-alumina huma insostitwibbli.