Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Negatif katkı imalat adında bir yöntem çeşitli uzunluk ölçekler tamamen yoğun karmaşık şekilli bor karbür bölümlerini üretmek için kullanılır. Bu teknik yardım pyrolysis sonra sinterleme homojen bir karbon arkasında bırakır benzersiz bir jelleşme ajan olarak rezorsinol-formaldehit içeren bir roman süspansiyon formülasyonu ile mümkündür.
Bor karbür (B4C) varlığı en zor malzemeleri biridir. Ancak, bu çekici özelliği de yüksek aşınma, yüksek sertlik ve zırh gibi hafif malzeme uygulamaları için karmaşık şekiller içine onun işlenebilirlik sınırlandırır. Bu zorluğu aşmak için negatif katkı imalat (AM), bor karbürler çeşitli uzunluk ölçeklerde karmaşık geometriler üretmek için istihdam edilmektedir. Negatif AM ilk bir 3D baskılı plastik kalıp içine gelcasting bir süspansiyon içerir. Kalıp sonra negatif kopya olarak yeşil bir vücut geride bırakarak feshedilmiştir. Geleneksel hydrogels farklı olarak, çünkü biraz daha için son derece karmaşık kalıplar kullanılmak üzere izin verir hiçbir büzülme rezorsinol-formaldehit (RF) bir roman jelleşme ajan olarak kullanılır. Ayrıca, bu jelleşme Ajan B4c nedeniyle bu son derece homojen dağılımı % 2 porozite az B4C matris içinde in situ karbon için son derece etkili bir sinterleme yardımcısıdır ~ 50 wt % karbon geride bırakmak pyrolyzed Sinterleme sonra elde edilebilir. Bu iletişim kuralı tam yoğun bor karbür parçaları ile son derece karmaşık geometriler yakın oluşturmak için metodoloji ayrıntılı olarak vurgular.
Bor karbür (B4C), bir Vickers sertlik yaklaşık 38 not ortalaması, bilinen üçüncü en zor elmas arkasında ticari olarak mevcut malzeme (~ 115 not ortalaması) ve kübik bor nitrit (~ 48 not ortalaması). Düşük yoğunluklu (2,52 g/cm3), birlikte bu belirli özellik zırh1gibi savunma uygulamalar için cazip kılıyor. B4C de yüksek erime noktası, üstün aşınma direnci ve yüksek nötron emme çapraz bölüm2,3,4var. Ancak, bu olumlu mekanik özelliklerin kullanımı genellikle yüksek yoğunluklu için sinterlenmiş için B4C gerektirir. Sıcak B4C'e tam yoğunlaştırılması sinterleme için geleneksel bir yöntemdir. Bu teknik genellikle basit geometriler sınırlı eğriliği ile sınırlıdır ve oldukça kalınlığı üniforma. Pahalı ve emek yoğun polikristalin elmas takım veya lazer kesim ile işleme daha ince ve daha karmaşık özelliklerini tanıtmak için gereklidir.
Alternatif olarak, basınç-az sinterleme ile kolloidal şekillendirme teknikleri hiçbir işleme için en az gerektiren tam yakınındaki yoğunluğu bölümleri oluşturabilir. Konsolidasyon sırasında dış basınç eksikliği nedeniyle, sinterleme AIDS normalde basınçsız sinterleme etkinliğini artırmak için seramik orta olarak eklenir. Karbon sinterleme bir yardım olarak B4C5,6,7için yaygın olarak kullanılır. Nanopartikül tozları veya üzerinden pyrolysis, kömürleşmiş organik gibi çeşitli karbon kaynakları kullanılabilir. Tane sınırları boyunca yardım sinterleme karbon homojen dağılımı tek tip B4/ c sinterleme elde etmek için önemli bir faktördür Bu nedenle, karbon konsantrasyonu ve B4C partikül büyüklüğü de önemlidir ve yüksek yoğunluklu8parça sinterleme etkenler birbiriyle.
Karmaşık şekilli seramik parçaları elde etmek için en çok umut veren kolloidal şekillendirme teknikleri biridir gelcasting. Bu teknik bir jel9,10,11davranmaya in situ polymerizes bir kalıp içine organik bir monomer ile seramik bir süspansiyon döküm içerir. Jel kırılma sonraki işlem adımları olmadan ele alınması gereken güçlü kalıp şeklinde yeşil bir vücut oluşturmak için bağlayıcı olarak hizmet vermektedir. Daha önce imkansız 3D kalıp geometrileri şimdi düşük maliyetli polimer esaslı katkı (AM) üretim teknikleri ile stereolitografi (SLA) ve yuvarlak ifade (FDM)12modelleme gibi üretilmektedir. 3D yazıcılar son durumu son derece karmaşık geometriler ile seramik tasarımı için yeni olanaklar açtı.
Negatif katkı imalat gelcasting kurban 3D baskı kalıpları ile birleştirir bir tekniktir. Seramik Bölümü karmaşıklığı doğrudan kalıp tasarımı karmaşıklığı ilişkilidir. Kalıp tasarımları şimdi inanılmaz derecede yüksek çözünürlüklü plastik 3D yazıcılar ve advent ile gelişmiş olabilir. Örneğin, tarama araçları 3D bireyin kontür yakalamak ve kalıplara dahil olmak için kullanılabilir. Negatif AM kullanarak, bireyin vücut büyüklüğüne ve şekline uygun hafif seramik zırh oluşturulabilir. Böyle tasarım özelleştirmeleri hafif ağırlık zırh ile gelişmiş hareketlilik için kullanıcı sağlar.
Doğrudan mürekkep gibi diğer ortak seramik AM teknikleri (DIW), selektif lazer sinterleme (SLS) ve bağlayıcı (BJ) jeti da karmaşık şekilli seramik parçaları üretiminde etkili yazmak. Ancak, bu tekniklerin çoğu sadece ince gözenekli yapıları üretmek için yararlıdır ve zırh uygulamaları13,14,15,16, gibi büyük parçalar kadar ölçeklerken verimli değildir 17. Ayrıca, bu tekniklerin çoğu için yüksek hacimli üretim yüksek harcamalar nedeniyle mümkün değildir. Bu nedenle, negatif AM büyük ölçekli parçaların endüstri düzeyinde üretim için tercih edilen ve nispeten ucuz bir yol var.
Gelcasting için kullanılan B4C süspansiyonlar viskozite içinde düşük ve jelleşme bir ajan veya yardım sinterleme olmalıdır gerekir. Rezorsinol ve formaldehit yeteneklerini polikondenzasyon reaksiyonları geçmesi için B4C parçacıkları birbirine bağlamak için yardımcı olur bir rezorsinol-formaldehit (RF) ağı için seçilir. Geleneksel hydrogels gelcasting için kullanılan kalıplar nedeniyle yüksek içe çekme sırasında kurutma işlemi18deneyimli içi boş çekirdekli sınırlı olmalıdır. RF bir aerogel yaygın olarak kullanıldığından, işte daha karmaşık şekilli kalıplara kullanımına izin verir hiçbir büzülme için küçük. RF kullanmanın bir diğer avantajı jelleşme oranı süspansiyon (Şekil 3) pH değiştirerek denetlenebilir değil. Ayrıca, süspansiyonlar rezorsinol veya formaldehit içeren içinde gelişmiş ve döküm için hazır olana ayrı ayrı depolanan hazırlanabilir. En önemlisi, RF jel 50 wt % karbon19bırakmak için pyrolyzed. Bu son derece homojen dağılımı karbon sinterleme sırasında yoğunlaştırılması B4C tam yakınındaki yoğunlukları için yardımcı olabilir. RF 15 wt % bor karbür göre süspansiyon formülasyonu 7.5 wt % karbon döküm parçaları pyrolysis sonra sağlamak için kullanılır.
Bu eser genel amacı ile ucuz 3D yazdırma yeteneklerini ve benzersiz bir jelleşme Ajan tam yakınındaki yoğunluğu bor karbür parçaları ile son derece karmaşık geometriler edinmek için geleneksel gelcasting teknikleri birleştirmektir. Seramik ek olarak, negatif AM çok maddesel sistemlerinin tamamen yeni geometrileri oluşturmak için malzeme diğer alanlarına uygulanır. Lu ve ark. içinde sunulan iş burada açıklanan metodoloji ortalamalı 8 ve bu sonuçları çoğaltılması için daha ayrıntılı bir protokol sağlar amaçlamaktadır.
Dikkat: Lütfen tüm malzeme güvenliği veri sayfalarıyla (SDS) başvurun ve uygun koruyucu ekipman (PPE) malzemeler döküm ve kür önce işlerken giymek. Rezorsinol ve polietilen Amin olmak zehirli bilinmektedir. Formaldehit toksik ve kanserojen20' dir. Seramik süspansiyonlar hazırlanması kimyasal duman Davlumbaz veya diğer düzgün havalandırılmış çalışma ortamlarında yapılmalıdır.
1. olumsuz katkı imalat
2. kömürleşme
3. sinterleme
Not: sinterleme sonra örnekleri yüzey pürüzlülüğü biraz kullanılan kalıp yüzey pürüzlülüğü karşılaştırıldığında artıracaktır. Bu 57-58 vol % büzülme sinterleme gelen örneklerin bir sonucudur.
(Şekil 1) özetlenen yordamı izleyerek karmaşık şekilli bor karbür parçaları ile karbon (B4C/C) 23.0 ± 1.8 not ortalaması8bir Vicker'ın sertlik ile 97.6 ± %0,4 kadar teorik maksimum yoğunluk Sinterlenmiş. Sinterlenmiş B4C/C bölümleri çeşitli olası örnekler gösterilmiştir (Şekil 2). Bu örnekler gelcasting tekniği ile kopyalanabilir iyi dokusal özellikleri gö...
Negatif katkı üretim iletişim kuralında tanımlanan metodolojisi 2290 ° c en uygun bir sıcaklıkta sinterleme sonra neredeyse tam yoğunluğuna üretilecek karmaşık şekilli bor karbür bölümleri sağlar Hazırlık ve döküm ile ilgili ilk birkaç adımını en yüksek kalite ile en az kusurları döküm üretimi için önemlidir. Viskozite süspansiyon çok yüksek ise, zavallı karıştırma ortaya çıkar. Yüksek viskozite hava kabarcık Temizleme engel beri Sinterlenmiş bölümünün porozite da etkileni...
Yazarlar ifşa gerek yok.
Bu eser ABD Enerji Bakanlığı'nın himayesinde Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı altında sözleşme DE-AC52-07NA27344 tarafından gerçekleştirildi. IM yayın LLNL-JRNL-750634.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Boron carbide powder 1250F | Tetrabor Ceramics | Lot 211M419 | >96% purity |
Boron carbide powder 1500F | Tetrabor Ceramics | Lot 209M102/9 | >96% purity |
Boron carbide powder 3000F | Tetrabor Ceramics | Lot 111m53/9 | >96% purity |
Polyethylene Imine (PEI) | Sigma Aldrich | MKBP3417V | Averaged MW ~25,000 by L.S. |
Resorcinol | Sigma Aldrich | MKBG6751V | BioXtra, ≥99% |
Formaldehyde | Fisher Scientific | F79-1 | 37% by weight; Stabilized with 10-15% Methanol |
Acetic Acid | Sigma Aldrich | SKU 695092 | Glacial ≥99.7% |
Acetone | Sigma Aldrich | SKU 179124 | ACS Reagent Grade ≥99.5% |
Water | LLNL In-house (Milli-Q) | ||
Planetary Mixer | Thinky | AR-250 | Fits 150mL and 300mL Thinky containers |
Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) plastic filament | eSUN | Natural color | |
Taz 6 (3D printer) | Lulzbot | FDM 3D printer | |
4%H2/96%Ar gas | Air Gas | UHP | 4% Hydrogen, balanced Argon |
Helium gas | Air Gas | UHP | Helium |
Heating oven | Neytech | Vulcan 9493308 | Oven for 80 °C curing |
Quartz tube furnace | Applied Test Systems, Inc. | LEA 05-000075 | Furnace for 1050 °C carbonization |
Graphite furnace | Thermal Technology LLC | Sintering furnace | |
Scanning Electron Microscope (SEM) | Jeol | JSM-7401F | |
pH meter | Thermo Scientific | Orion 4 Star | calibrated with buffer standards |
Rheometer | TA Instrument | AR2000ex | For measurement of viscosity |
X-ray Diffractometer (XRD) | Bruker | AX D8 Advanced | |
Analytical balance | Mettler Toledo | XS104 | |
Bruker EVA | XRD Analysis Software |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır