激光选区熔化YSZ陶瓷工艺和内部缺陷研究

【作者】 刘琦； 王玉岱； 郑航； 唐康； 李怀学； 巩水利； 康楠； 廖汉林；

【机构】 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室高能束流金属增量制造技术与装备北京市重点实验室增材制造航空科技重点实验室； 北京航空航天大学机械工程及自动化学院； 中国石油大学(华东)机电工程学院； 贝尔福-梦贝利亚技术大学IRTES-LERMPS实验室；

【摘要】 激光选区熔化是一种增材制造工艺,它集成了计算机辅助设计、数字控制、激光技术和先进材料等先进制造技术。其将三维数字模型分层后生成扫描轨迹,激光逐层扫描堆积直接成形出最终零件。目前可使用的粉末材料包括高分子、金属和陶瓷材料,主要应用于航空航天、生物医疗、汽车和消费品工业等领域。与高分子和金属材料相比,陶瓷材料的工艺研究相对较少,主要由于高的熔点、低的热导率和高脆性限制了陶瓷材料的激光选区熔化工艺适应性。初步研究了55~113μm的氧化钇稳定氧化锆(yttria stabilized zirconia,YSZ)陶瓷粉末材料的激光选区熔化工艺,分析了内部缺陷的形态和分布。研究结果表明,全陶瓷YSZ瓷粉末可被波长1060~1100 nm激光完全熔化;在成形水平方向,微裂纹沿着激光的扫描方向有序分布;成形堆积方向存在连续有序宏观裂纹;激光选区熔化YSZ陶瓷的内部微观缺陷主要是裂纹和气孔;35W低功率激光成形表面会存在未熔化陶瓷粉末和球化颗粒;70 W-0.5 m/s以上功率密度的激光可以将YSZ陶瓷完全熔化。更多还原