Negative additive Fertigung, kurz AM, ist eine kostengünstige Methode, um ultraharte, dichte Keramikteile in komplexe Formen zu verarbeiten, was mit herkömmlichen Gießverfahren nicht möglich gewesen wäre. Der Einsatz eines Aerogels in dieser Technik ist einzigartig. Es dient sowohl als Geliermittel, mit wenig bis gar keine Schrumpfung während des Gießens, und ist auch eine gut dispergierte Kohlenstoffquelle für das Sintern nach Pyrolyse.
Gelguss in 3D-gedruckte Formen ist eine vielseitige Technik, die auf andere Materialien erweitert werden kann. Das Resorcin-Formaldehyd-Geliermittel eignet sich am besten für Kohlenstofflagersysteme. Bereiten Sie zunächst eine zweiteilige Aufhängung vor, um die Haltbarkeit der Suspensionen vor dem Gießen zu verlängern.
Dazu erstellen Sie die R-Mischung, indem Sie 0,88 Gramm Polyethylenin in 25,00 Gramm Wasser mit einem Planetenmischer auflösen. Um eine separate F-Mischung zu erzeugen, lösen Sie 0,88 Gramm Polyethylenin in 16,83 Gramm Wasser mit einem Planetenmischer auf. Jetzt 12,60 Gramm Resorcinolpulver in die R-Mischung auflösen.
Die Lösung sollte sich nach vollständiger Auflösung des Pulvers vom Mischen von einem trüben Weiß zu einer klaren, transparenten Lösung wandeln. Fügen Sie auch 17,03 Gramm Formaldehyd-Lösung in den f-Mix, und sorgen Sie für eine vollständige Mischung. An dieser Stelle, schrittweise 5,25 Gramm Borkarbidpulver in die R-Mischung und F-Mix separat hinzufügen.
Dann fügen Sie 6,50 Gramm Essigsäure in die R-Mischung und F-Mix, und stellen Sie eine vollständige Mischung in jedem. Um Formen für den Guss vorzubereiten, drucken Sie die Formen mit einem geschmolzenen Abscheidungsmodellierung 3D-Drucker mit Acrylnitril Butadien-Styrol, oder ABS, Filamente. Nach gründlicher Rührung der Suspensionen, kombinieren Sie die R-Mischung und F-Mischung, um die endgültige Suspension zu erhalten.
Vor dem Gießen das Vakuum für ca. 10 Minuten mischen und auf das Endsuspensionsgemisch auftragen, um Luftblasen zu entfernen, ohne das Wasser zu kochen. Dies kann durch die Verwendung einer Rührplatte bei 200 bis 300 RPM mit einem Vakuumglas erreicht werden. Dieser folgende Schritt ist der kritischste, da das Geliermittel zu reagieren beginnt und die Viskosität der Suspension schnell erhöht.
Sich dieses zeitkritischen Schritts bewusst zu sein, ist entscheidend für die besten Ergebnisse. Gießen Sie die entlüftete Aufhängung sofort in die 3D-gedruckte Form und versiegeln Sie den Glasbehälter. Legen Sie die Form in den verschließbaren Glasbehälter, um Feuchtigkeitsverlust während des Aushärtungsprozesses zu verhindern.
Legen Sie den versiegelten Behälter mit der Form in einen 60 bis 80 Grad Celsius Ofen, um den Aushärtungsprozess zu initiieren. Lassen Sie den Guss für mindestens acht Stunden für Teile aushärten, die mehrere Zentimeter lang sind. Nach acht Stunden den versiegelten Behälter mit der Form aus dem Ofen nehmen und auf Raumtemperatur abkühlen lassen.
In einen neuen Behälter übertragen und dann genügend Aceton hinzufügen, bis die Form vollständig untergetaucht ist. Dieser Prozess kann bis zu zwei bis vier Tage dauern, abhängig von der Menge des Volumens, das gelöst werden muss. Minimale Rührung des Acetonbades oder das leichte Erhitzen auf 40 Grad C kann helfen, den Prozess zu beschleunigen.
Extrahieren Sie den freien grünen Körper aus dem Acetonbad, nachdem der ABS-Kunststoff gelöst wurde. Legen Sie den grünen Körper in einen Ofen bei 80 Grad Celsius, um eine vollständige Trocknung und Entfernung aller Feuchtigkeit zu gewährleisten. Nach dem Trocknen jeden grünen Körper in ein zwei Zoll großes Quarzrohr geben, das mit Graphitfolie ausgekleidet ist.
Legen Sie die Quarzrohre in einen Ofen mit Fließendemgas bei 250 SCCM, bestehend aus vier Gewichtsprozent Wasserstoffgas und 96 Gewichtsprozent Argongas, um während der Pyrolysebehandlung eine reduzierende Atmosphäre zu erzeugen. Erhitzen Sie den grünen Körper im Ofen bei fünf Grad Celsius pro Minute, bis 1, 050 Grad Celsius, und halten Sie für drei Stunden. Stellen Sie sicher, dass der grüne Körper gleichmäßig dunkler auskommt, was auf das Vorhandensein von Kohlenstoff aus der Pyrolysebehandlung hinweist.
Legen Sie nun die verkohlten Teile zum Sintern in einen Graphitofen mit vakuumrückgefülltem, fließendem Heliumgas. Erhitzen Sie den Ofen 2, 290 Grad Celsius, und halten Sie für eine Stunde, um eine optimale Verdichtung der Teile zu erreichen. Nach einer Stunde entfernen.
Die Viskosität der Suspension ist für das Gelcasting bei pH 2,8 optimiert, um die längste Arbeitszeit vor signifikanter Gelation zu gewährleisten. Es dauert ca. 20 Minuten bis zu einer Viskosität von 1,0 Pascal Sekunden. Rasterelektronenmikroskopische Bilder zeigen Hinweise auf das räumlich einheitliche Kohlenstoffnetz, das sich nach der Pyrolyse von Resorcinolformaldehyd auf den Borkarbidpartikeln bildet.
Die Röntgenbeugung der Proben in verschiedenen Verarbeitungsstadien bestätigt auch das Wachstum eines Graphitspitzen nach der Pyrolyse. Eine zusätzliche Mikroskopie einer Querschnittsprobe zeigt die geringe Porosität des Endprodukts, nachdem es bei 2, 280 Grad Celsius gesintert wurde. Vergessen Sie nicht, dass Formaldehyd krebserregend ist, und die Arbeit mit ihm kann extrem gefährlich sein.
Daher ist das Tragen einer geeigneten persönlichen Schutzausrüstung und das Arbeiten in einem gut belüfteten Bereich für den Umgang mit den Suspensionen unerlässlich. Nachdem Sie sich dieses Video angeschaut haben, sind Sie nun hoffentlich mit dem negativen additiven Herstellungsprozess vertraut und können erfolgreich Borkarbidsuspensionen in komplexe geformte grüne Körper gelgießen und sie später bis zu ihrer vollen Dichte sintern.
