La produzione additiva negativa, o AM, è un metodo conveniente per produrre parti ceramiche ultra dure e dense in forme complesse, che non sarebbe stato possibile con i metodi di fusione tradizionali. L'uso di un aerogel in questa tecnica è unico. Serve sia come agente gelificante, con poco o nessun restringimento durante la colata, sia come fonte di carbonio ben dispersa per la sinterizzazione dopo la pirolisi.
La fusione del gel in stampi stampati in 3D è una tecnica versatile che può essere estesa ad altri materiali. L'agente gelificante formaldeide resorcinolo è più adatto per i sistemi di cuscinetti in carbonio. Per iniziare, preparare una sospensione in due parti per aiutare a prolungare la durata di conservazione delle sospensioni prima della colata.
Per fare ciò, crea il mix R sciogliendo 0,88 grammi di polietileneimina in 25,00 grammi di acqua, usando un mixer planetario. Per creare un mix F separato, sciogliere 0,88 grammi di polietileneimina in 16,83 grammi di acqua, utilizzando un mixer planetario. Ora, sciogliere 12,60 grammi di polvere di resorcinolo nel mix R.
La soluzione deve passare da un bianco torbido a una soluzione trasparente trasparente dopo la completa dissoluzione della polvere dalla miscelazione. Inoltre, aggiungere 17,03 grammi di soluzione di formaldeide alla f-mix e garantire una miscelazione completa. A questo punto, aggiungere in modo incrementale 5,25 grammi di polvere di carburo di boro sia nella miscela R che nella miscela F separatamente.
Quindi, aggiungere 6,50 grammi di acido acetico alla miscela R e F mix e garantire una miscelazione completa in ciascuno di essi. Per preparare stampi per la fusione, stampare gli stampi utilizzando una stampante 3D di modellazione della deposizione fusa con stirene butadiene acrilonitrile o filamenti ABS. Dopo aver agitato a fondo le sospensioni, unire il mix R e il mix F per ottenere la sospensione finale.
Prima della colata, mescolare e applicare il vuoto sulla miscela di sospensione finale per circa 10 minuti, per rimuovere le bolle d'aria senza far bollire l'acqua. Questo può essere realizzato utilizzando una piastra di agitazione a 200-300 giri/min, con un barattolo sottovuoto. Questo passaggio seguente è il più critico, perché l'agente gelificante inizierà a reagire e farà aumentare rapidamente la viscosità della sospensione.
Essere consapevoli di questo passaggio sensibile al tempo è fondamentale per i migliori risultati. Versare immediatamente le sospensioni disaevoli nello stampo stampato in 3D e sigillare il contenitore di vetro. Posizionare lo stampo all'interno del contenitore di vetro sigillabile per evitare la perdita di umidità durante il processo di polimerizzazione.
Posizionare il contenitore sigillato con lo stampo in un forno da 60 a 80 gradi Celsius per avviare il processo di polimerizzazione. Lasciare che il cast si curi per almeno otto ore per parti di diversi centimetri di scala di lunghezza. Dopo otto ore, rimuovere il contenitore sigillato con lo stampo dal forno e lasciare raffreddare a temperatura ambiente.
Trasferire in un nuovo contenitore, quindi aggiungere abbastanza acetone fino a quando lo stampo non è completamente sommerso. Questo processo potrebbe richiedere da due a quattro giorni, a seconda della quantità di volume che deve essere sciolta. L'agitazione minima del bagno di acetone, o il riscaldamento leggermente a 40 gradi C, può aiutare ad accelerare il processo.
Estrarre il corpo verde libero dal bagno di acetone, dopo che la plastica ABS è stata sciolta. Posizionare il corpo verde in un forno a 80 gradi Celsius per garantire la completa essiccazione e rimozione di tutta l'umidità. Dopo l'asciugatura, posizionare ogni corpo verde in un tubo di quarzo da due pollici rivestito con foglio di grafite.
Posizionare i tubi di quarzo in un forno con gas che scorre a 250 SCCM, costituito da gas idrogeno del quattro peso percentuale e 96% di gas argon, per creare un'atmosfera riducente durante il trattamento di pirolisi. Riscaldare il corpo verde all'interno del forno a cinque gradi Celsius al minuto, fino a 1.050 gradi Celsius, e tenere premuto per tre ore. Assicurarsi che il corpo verde esevolva uniformemente di colore più scuro, indicando la presenza di carbonio dal trattamento di pirolisi.
Ora, posizionare le parti carbonizzate in un forno a grafite con gas elio scorrente riempito sottovuoto per la sinterizzazione. Riscaldare il forno di 2.290 gradi Celsius e tenere premuto per un'ora per ottenere una densificazione ottimale delle parti. Rimuovere dopo un'ora.
La viscosità della sospensione è ottimizzata per il gelcasting a pH 2.8, per fornire il tempo di lavoro più lungo prima che si verifichi una gelazione significativa. Ci sono circa 20 minuti fino a quando una viscosità di 1,0 secondi pascal. Le immagini al microscopio elettronico a scansione mostrano prove della rete di carbonio uniforme spazialmente che si forma sulle particelle di carburo di boro dopo la pirolisi della formaldeide resorcinolo.
La diffrazione a raggi X dei campioni, in varie fasi di lavorazione, conferma anche la crescita di un picco di grafite dopo la pirolisi. La microscopia aggiuntiva di un campione sezionamento trasversale rivela la bassa porosità del prodotto finale, dopo essere stato sintermenteto a 2.280 gradi Celsius. Non dimenticare che la formaldeide è cancerogena e lavorarci può essere estremamente pericoloso.
Pertanto, indossare adeguati dispositivi di protezione individuale e lavorare in un'area ben ventilata è essenziale quando si maneggiano le sospensioni. Dopo aver visto questo video, spero che ora tu abbia familiarità con il processo di produzione additiva negativa e possa gelcast con successo sospensioni in carburo di boro in corpi verdi di forma complessa e successivamente sinterizzarle fino alla loro densità completa.
