Name: negative additive manufacturing of complex shaped boron carbides
Uploaded: 2018-09-18T14:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Negative Additive Manufacturing of Complex Shaped Boron Carbides at JoVE.com

この仕事は契約・ デ ・ AC52 07NA27344 下ローレンス リバモア国立研究所が米国エネルギー省の後援の下行った。IM は、ローレンスリバモア JRNL 750634 をリリースします。

注意: すべての材料の安全データシート (SDS) と相談して、鋳造、硬化する前に材料を処理する場合、適切な保護具 (PPE) を着用してください。レゾルシノールとポリエチレンのイミンは、毒性が知られています。ホルムアルデヒドは有毒で発がん性の20です。セラミックの懸濁液の調製は、化学の発煙のフードやその他正常換気作業環境で行われるべき。
1...

<ol>
	<li>An, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prediction+of+superstrong+&#964;+-boron+carbide+phase+from+quantum+mechanics.">Prediction of superstrong &#964; -boron carbide phase from quantum mechanics.</a> Physical Review B. 95 (10), 100101 (2017).</li><li>Th&#233;venot, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Boron+carbide+-+A+comprehensive+review.">Boron carbide - A comprehensive review.</a> Journal of the European Ceramic Society. 6, 205-225 (1990).</li><li>Lee, H., Speyer, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressureless+sintering+of+boron+carbide.">Pressureless sintering of boron carbide.</a> Journal of the American Ceramic Society. 86, 1468-1473 (2003).</li><li>Deng, J. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Erosion+wear+of+boron+carbide+ceramic+nozzles+by+abrasive+air-jets.">Erosion wear of boron carbide ceramic nozzles by abrasive air-jets.</a> Materials Science and Engineering: A. 408, 227-233 (2005).</li><li>Schwetz, K. A., Grellner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+carbon+on+the+microstructure+and+mechanical+properties+of+sintered+boron-carbide.">The influence of carbon on the microstructure and mechanical properties of sintered boron-carbide.</a> Journal of Less-Common Metals. 82, 37-47 (1981).</li><li>Schwetz, K. A., Vogt, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+for+the+production+of+dense+sintered+shaped+articles+of+polycrystalline+boron+carbide+by+pressureless+sintering.">Process for the production of dense sintered shaped articles of polycrystalline boron carbide by pressureless sintering.</a> US. , (1980).</li><li>Suzuki, H., Hase, T., Maruyama, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+carbon+on+sintering+of+boron+carbide.">Effect of carbon on sintering of boron carbide.</a> Journal of the Ceramic Association, Japan. 87, 430-433 (1979).</li><li>Lu, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+shaped+boron+carbides+from+negative+additive+manufacturing.">Complex shaped boron carbides from negative additive manufacturing.</a> Materials &amp; Design. 148, 8-16 (2018).</li><li>Omatete, O. O., Janney, M. A., Nunn, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gelcasting:+From+laboratory+development+toward+industrial+production.">Gelcasting: From laboratory development toward industrial production.</a> Journal of the European Ceramic Society. 17, 407-413 (1997).</li><li>Yang, J., Yu, J., Huang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+in+gelcasting+of+ceramics.">Recent developments in gelcasting of ceramics.</a> Journal of the European Ceramic Society. 31, 2569-2591 (2011).</li><li>Gilissen, R., Erauw, J. P., Smolders, A., Vanswijgenhoven, E., Luyten, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gelcasting+a+near+net+shape+technique.">Gelcasting a near net shape technique.</a> Materials &amp; Design. 21, 251-257 (2000).</li><li>Travitzky, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+manufacturing+of+ceramic-based+materials.">Additive manufacturing of ceramic-based materials.</a> Advanced Engineering Materials. 16, 729-754 (2014).</li><li>Zocca, A., Colombo, P., Gomes, C. M., Gunster, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+Manufacturing+of+Ceramics:+Issues,+Potentialities,+and+Opportunities.">Additive Manufacturing of Ceramics: Issues, Potentialities, and Opportunities.</a> Journal of the American Ceramic Society. 98, 1983-2001 (2015).</li><li>Deckers, J., Vleugels, J., Kruthl, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+Manufacturing+of+Ceramics:+A+Review.">Additive Manufacturing of Ceramics: A Review.</a> Journal of Ceramic Science and Technology. 5, 245-260 (2014).</li><li>Costakis, W. J., Rueschhoff, L. M., Diaz-Cano, A. I., Youngblood, J. P., Trice, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+manufacturing+of+boron+carbide+via+continuous+filament+direct+ink+writing+of+aqueous+ceramic+suspensions.">Additive manufacturing of boron carbide via continuous filament direct ink writing of aqueous ceramic suspensions.</a> Journal of the European Ceramic Society. 36, 3249-3256 (2016).</li><li>Colombo, P., Schmidt, J., Franchin, G., Zocca, A., Gunster, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+manufacturing+techniques+for+fabricating+complex+ceramic+components+from+preceramic+polymers.">Additive manufacturing techniques for fabricating complex ceramic components from preceramic polymers.</a> American Ceramic Society Bulletin. 96, 16-23 (2017).</li><li>Olsson, A., Hellsing, M. S., Rennie, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+possibilities+using+additive+manufacturing+with+materials+that+are+difficult+to+process+and+with+complex+structures.">New possibilities using additive manufacturing with materials that are difficult to process and with complex structures.</a> Physica Scripta. 92, 053002 (2017).</li><li>Dhara, S., Kamboj, R. K., Pradhan, M., Bhargava, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+forming+of+ceramics+via+gelcasting+of+aqueous+particulate+slurries.">Shape forming of ceramics via gelcasting of aqueous particulate slurries.</a> Bulletin of Materials Science. 25, 565-568 (2002).</li><li>Lewicki, J. P., Fox, C. A., Worsley, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+synthesis+and+structure+of+resorcinol-formaldehyde+polymeric+networks+-+Precursors+to+3D-carbon+macroassemblies.">On the synthesis and structure of resorcinol-formaldehyde polymeric networks - Precursors to 3D-carbon macroassemblies.</a> Polymer. 69, 45-51 (2015).</li><li>Swenberg, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formaldehyde+Carcinogenicity+Research:+30+Years+and+Counting+for+Mode+of+Action,+Epidemiology,+and+Cancer+Risk+Assessment.">Formaldehyde Carcinogenicity Research: 30 Years and Counting for Mode of Action, Epidemiology, and Cancer Risk Assessment.</a> Toxicologic Pathology. 41, 181-189 (2013).</li><li>Kuo, C. C., Chen, C. M., Chang, S. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polishing+mechanism+for+ABS+parts+fabricated+by+additive+manufacturing.">Polishing mechanism for ABS parts fabricated by additive manufacturing.</a> The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 91, 1473-1479 (2017).</li><li>Kires, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Archimedes'+principle+in+action.">Archimedes' principle in action.</a> Physics Education. 42, 484-487 (2007).</li><li>Zheng, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+optimization+of+a+light-emitting+diode+projection+micro-stereolithography+three-dimensional+manufacturing+system.">Design and optimization of a light-emitting diode projection micro-stereolithography three-dimensional manufacturing system.</a> Review of Scientific Instruments. 83, 125001 (2012).</li><li>Franchin, G., Colombo, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+Geopolymer+Components+through+Inverse+Replica+of+3D+Printed+Sacrificial+Templates.">Porous Geopolymer Components through Inverse Replica of 3D Printed Sacrificial Templates.</a> Journal of Ceramic Science and Technology. 6, 105-111 (2015).</li></ol>

プロトコルに記載されている否定的な添加剤の製造方法により、2290 ° c. の温度で焼結後ほぼ完全密度で生産される複雑な形ホウ素超硬部品準備と鋳造に関連する最初のいくつかの手順は、高品質の欠陥を最小限にキャストを生成するための最も重要です。懸濁液の粘度が高すぎると、貧しい混合が発生します。焼結部品の気孔率は、以来、粘度上昇を妨げる空気を気泡除去にも影響されま?...

炭化ホウ素 (B4C)、硬度約 38 の GPa が 3 番目に硬いとして知られているダイヤモンドの背後に、市販の材料 (~ 115 GPa)、立方ほう素の窒化物 (~ 48 GPa)。低密度 (2.52 g/cm3) と共に、このプロパティでは、防衛用防具1など魅力的になります。B4C には融点が高く、耐摩耗、セクション2,3,4クロス高中性子吸収があります。しかし、これらの有利な機械的性質の利用は通常 B4C 高密度に焼結するを必要です。ホットプレスは、従来焼結 B4C 完全緻密化するのです。この技法は、限られた曲率を持つ単純なジオメトリが多い、かなり厚みを均一します。高価で労働集約的な多結晶ダイヤモンド工具やレーザー切断加工は、細かいまたはより複雑な機能を導入する必要です。
また、圧焼結とコロイド形成技術は必要ない加工を最小限に抑えて完全に近い密度部品を作成できます。統合時に外部からの圧力の欠如のため焼結助剤通常常圧焼結の効果を高めるためセラミックの中に追加されます。炭素は、B4C5,6、7の焼結助剤として使用されます。ナノ粒子の粉末または熱分解、炭化した有機物などの各種の炭素源を使用ことができます。粒界に沿った援助を焼結カーボンを均一に分布が均一焼結 B4c. を取得するための重要な要因したがって、炭素濃度と B4C 粒子サイズも重要な相互に焼結部品を高密度8の要因。
複雑な形状のセラミックス部品を取得するための最も有望なコロイド形成技術の 1 つは、gelcasting です。この技術は、有機モノマーとセラミックの懸濁液をゲル9,10,11としての in situ重合した鋳型に鋳造を含みます。ゲルはせず破損後の処理ステップで処理されるように十分に強いが金型の形をした緑色の体を形成するバインダーとして機能します。以前低コスト ポリマー系添加剤 (午前) の製造など技術により光造形 (SLA) と溶融堆積モデリング (FDM)12不可能な 3 D 金型形状を作り出すことが今できます。3 D プリンターの最近の可用性は非常に複雑な形状を有するセラミックスの設計の新しい可能性を開きました。
否定的な添加剤の製造は、いけにえの 3 D プリントされた金型と gelcasting を組み合わせた手法です。セラミック部分の複雑さは、金型設計の複雑さに直接関係します。金型設計を非常に洗練された高解像度プラスチック製 3 D プリンターの出現でできるようになりました。たとえば、個々 の輪郭をキャプチャし、金型に組み込まれる 3 D スキャン ツールを使用できます。負を使用して、個々 の体の大きさや形状に合わせた軽量セラミック装甲を作成できます。このようなデザインのカスタマイズは、ユーザーに強化された機動性と軽い重量鎧を提供できます。
直接インクなど午前の一般的なセラミックの手法は、選択的レーザー焼結 (SLS) とバインダー (BJ) を噴射、複雑な形をしたセラミック部品の生産に有効であるも (DIW) を記述します。ただし、これらの技術のほとんどは多孔質の微細構造を生成するのに役立ちますのみと鎧アプリケーション13,14,15,16,などの大型部品までをスケーリングする場合に効率的ではありません。17します。 また、これらの技術のほとんどは、高い費用のために大量生産に適さない。したがって、負は、大型部品の工業レベルの生産のための優先および比較的安価なルートです。
Gelcasting 用 B4C の懸濁液は、粘度が低いことおよび、ゲル化剤および焼結助剤が含まれてする必要があります。レゾルシノールとホルムアルデヒドは、B4C 粒子を一緒にバインドするのに役立ちますレゾルシノール-ホルムアルデヒド (RF) のネットワークを形成する重縮合反応を受ける能力で選ばれます。Gelcasting に使用される伝統的なヒドロゲル乾燥プロセス18の間に経験豊富な高内側の収縮により中空コアの金型に限定されます。エアロジェルとして RF をよく使用するのでより複雑形状金型の使用を許可しないの収縮に少しがあります。RF を使用してのもう一つの利点は、(図 3) 懸濁液の pH を変えることによってをゲル化速度を制御できることです。さらに、高度な鋳造の準備ができるまで、別々 に格納されているレゾルシノール ・ ホルムアルデヒドを含む懸濁液を準備できます。最も重要なは、RF ゲルは、50 wt % 炭素19置き去りに熱分解することができます。炭素のこの非常に均一な分布は、B4C 完全に近い密度に焼結緻密化を助けることができます。炭化ホウ素に対する RF 15 wt % は、鋳造部品の熱分解後炭素の 7.5 の wt % を提供するために懸濁液の定式化で使用されます。
この作品の全体的な目標は、完全に近い密度に非常に複雑なジオメトリを持つ炭化ホウ素部品を入手、安価な 3 D 印刷機能とユニークなゲル化剤と伝統的な gelcasting 技術を組み合わせることです。セラミックス、に加えて負はマルチ材料システムの完全に新しいジオメトリを作成するその他の素材の分野に適用できます。ここで説明した方法論を Luらで提示された作業の展開します。8これらの結果を再現するためのより詳細なプロトコルを提供することを目的とします。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1045px;" width="1044">
	<tbody>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:215px;">Boron carbide powder 1250F</td>
			<td style="width:253px;">Tetrabor Ceramics</td>
			<td style="width:215px;">Lot 211M419</td>
			<td style="width:363px;">&#62;96% purity</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Boron carbide powder 1500F</td>
			<td style="width:253px;">Tetrabor Ceramics</td>
			<td style="width:215px;">Lot 209M102/9</td>
			<td>&#62;96% purity</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Boron carbide powder 3000F</td>
			<td style="width:253px;">Tetrabor Ceramics</td>
			<td>Lot 111m53/9&#160;</td>
			<td>&#62;96% purity</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Polyethylene Imine (PEI)</td>
			<td style="width:253px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:215px;">MKBP3417V</td>
			<td>Averaged MW ~25,000 by L.S.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Resorcinol</td>
			<td style="width:253px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:215px;">MKBG6751V</td>
			<td>BioXtra, &#8805;99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Formaldehyde</td>
			<td style="width:253px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:215px;">F79-1</td>
			<td>37% by weight; Stabilized with 10-15% Methanol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Acetic Acid</td>
			<td style="width:253px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:215px;">SKU 695092</td>
			<td>Glacial &#8805;99.7%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Acetone</td>
			<td style="width:253px;">Sigma Aldrich</td>
			<td>SKU 179124</td>
			<td>ACS Reagent Grade &#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Water</td>
			<td style="width:253px;">LLNL In-house (Milli-Q)</td>
			<td style="width:215px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Planetary Mixer</td>
			<td style="width:253px;">Thinky</td>
			<td style="width:215px;">AR-250</td>
			<td>Fits 150mL and 300mL Thinky containers</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) plastic filament</td>
			<td style="width:253px;">eSUN</td>
			<td style="width:215px;"></td>
			<td>Natural color</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Taz 6 (3D printer)</td>
			<td style="width:253px;">Lulzbot</td>
			<td style="width:215px;"></td>
			<td>FDM 3D printer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">4%H2/96%Ar gas</td>
			<td style="width:253px;">Air Gas</td>
			<td style="width:215px;">UHP</td>
			<td>4% Hydrogen, balanced Argon</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Helium gas</td>
			<td style="width:253px;">Air Gas</td>
			<td style="width:215px;">UHP</td>
			<td>Helium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Heating oven</td>
			<td style="width:253px;">Neytech</td>
			<td style="width:215px;">Vulcan 9493308</td>
			<td>Oven for 80 &#176;C curing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Quartz tube furnace</td>
			<td style="width:253px;">Applied Test Systems, Inc.&#160;</td>
			<td style="width:215px;">LEA 05-000075</td>
			<td>Furnace for 1050 &#176;C carbonization</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Graphite furnace</td>
			<td style="width:253px;">Thermal Technology LLC</td>
			<td style="width:215px;"></td>
			<td>Sintering furnace</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Scanning Electron Microscope (SEM)</td>
			<td style="width:253px;">Jeol</td>
			<td style="width:215px;">JSM-7401F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">pH meter</td>
			<td style="width:253px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:215px;">Orion 4 Star</td>
			<td>calibrated with buffer standards</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Rheometer</td>
			<td style="width:253px;">TA Instrument</td>
			<td style="width:215px;">AR2000ex</td>
			<td>For measurement of viscosity</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">X-ray Diffractometer (XRD)</td>
			<td style="width:253px;">Bruker</td>
			<td style="width:215px;">AX D8 Advanced</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Analytical balance</td>
			<td style="width:253px;">Mettler Toledo</td>
			<td style="width:215px;">XS104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Bruker EVA&#160;</td>
			<td style="width:253px;"></td>
			<td style="width:215px;"></td>
			<td>XRD Analysis Software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

negative additive manufacturing of complex shaped boron carbides

炭化ホウ素 (B4C) は、存在の最も堅い材料の 1 つです。ただし、この魅力的なホテルはその切削摩耗、高硬度、武具などの軽量材料のため複雑な形状にも制限されます。このような課題を克服するために否定的な添加剤の製造 (午前) を利用して、様々 な長さのスケールでホウ素炭化物の複雑な形状を生成します。負は最初 3 D プリントされたプラスチック金型に gelcasting 懸濁液を含みます。金型が、無くなる、負のコピーとして緑色の体を残してします。レゾルシノール-ホルムアルデヒド (RF) は、従来のゲルとは異なりは、ほとんど使用される非常に複雑な金型では、ないの収縮のため新規ゲル化剤として使用されます。B4c. この高均一な分布のためその場でカーボン気孔率 2% 未満の B4C マトリックス内の非常に効果的な焼結助剤である、〜 50 wt % の炭素を残すにさらに、このゲル化剤ができます熱分解しました。焼結後達成することができます。このプロトコルは、非常に複雑なジオメトリを完全に高密度炭化ホウ素部品に近接を作成するための方法論の詳細でハイライトされます。

次の輪郭を描かれたプロシージャ (図 1)、複雑な形をした炭化ホウ素炭素 (B4C) 部品で硬さ 23.0 ± 1.8 GPa8のと理論最大密度の 97.6 ± 0.4% まで焼結することができます。焼結 B4C 部品の可能な例をいくつかの例を示します (図 2)。これらの例では、gelcasting によるコピーことができます微細テク?...

Watch this Scientific Journal Video about Negative Additive Manufacturing of Complex Shaped Boron Carbides at JoVE.com

Negative Additive Manufacturing of Complex Shaped Boron Carbides

負の複雑な形をした炭化ホウ素の添加剤の製造

近くには様々 な長さのスケールの部分を完全に密な複雑な形の炭化ホウ素に否定的な添加剤の製造と呼ばれるメソッドを使用すると。この手法は、熱分解後の援助を焼結均質炭素の背後にある葉ユニークなゲル化剤としてレゾルシノール-ホルムアルデヒドを含む新しい懸濁液の製剤を介して可能です。

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for ...

負の添加物製造、またはAMは、従来の鋳造方法では不可能であった複雑な形状に超硬く、密なセラミック部品を製造するための費用対効果の高い方法です。この技術でのエアロゲルの使用はユニークです。これは、ゲル化剤として、鋳造中の収縮がほとんどない、または全くなく、また熱分解後の焼結のための十分に分散した炭素源である。3Dプリント金型へのゲル鋳造は、他の材料に拡張することができる多目的な技術です。レソルシノールホルムアルデヒドゲル化剤は、炭素軸受システムに最適です。まず、鋳造前にサスペンションの保存寿命を延ばすために2部のサスペンションを準備します。これを行うには、惑星ミキサーを使用して、ポリエチレンイミンの0.88グラムを水の25.00グラムに溶解することによってRミックスを作成します。別のFミックスを作成するには、惑星ミキサーを使用して、水の16.83グラムにポリエチレンイミンの0.88グラムを溶解します。さて、Rミックスにレゾルシノール粉末の12.60グラムを溶解します。溶液は、混合から粉末を完全に溶解した後、白く透明な溶液に変わる必要があります。また、fミックスに17.03グラムのホルムアルデヒド溶液を加え、完全な混合を確実にします。この時点で、RミックスとFミックスの両方に5.25グラムの炭化ホウ素粉末を別々に加えます。その後、RミックスとFミックスに6.50グラムの酢酸を加え、それぞれに完全に混合することを確認します。鋳造用の金型を準備するには、アクリロニトリルブタジエンスチレン、またはABSフィラメントと融合堆積モデリング3Dプリンタを使用して金型を印刷します。サスペンションを十分に撹拌した後、RミックスとFミックスを組み合わせて最終的な懸濁液を得る。鋳造前に、約10分間、最終懸濁液に真空を加え、水を沸かさずに気泡を除去します。これは、真空瓶を用いて、200〜300RPMで攪拌板を使用することによって達成することができる。このステップは、ゲル化剤が反応し始め、懸濁液の粘度が急激に増加するため、最も重要です。この時間に敏感なステップを認識することは、最良の結果を得るには非常に重要です。すぐに3Dプリント金型に脱気懸濁液を注ぎ、ガラス容器を密封します。硬化プロセス中の水分損失を防ぐため、密閉可能なガラス容器の内側にモールドを入れます。密閉容器に金型を入れ、60~80°Cのオーブンに入れ、硬化プロセスを開始します。長さスケールが数センチメートルの部品の少なくとも8時間の間、鋳造を治すことを許可します。8時間後、オーブンから金型で密封された容器を取り出し、室温まで冷却させます。新しい容器に移し、金型が完全に沈むまで十分なアセトンを加えます。このプロセスは、溶解する必要があるボリュームの量によっては、最大で 2 ~ 4 日かかる場合があります。アセトン浴の攪拌を最小限に抑えたり、わずか40度Cに加熱したりして、プロセスをスピードアップするのに役立つ場合があります。ABSプラスチックが溶解した後、アセトンバスからフリーグリーンボディを抽出します。すべての水分の完全な乾燥と除去を確実にするために、80°Cのオーブンに緑の体を置きます。乾燥後、各緑色のボディをグラファイトホイルが並ぶ2インチの石英管に入れます。石英管を250 SCCMの流れるガスを含む炉に入れ、4重量%の水素ガスと96重量%のアルゴンガスで構成され、熱分解処理中に還元雰囲気を作り出します。炉内の緑色の体を毎分摂氏5度、摂氏1,050度まで加熱し、3時間保持します。緑色のボディが均一に暗い色で出てくることを確認し、熱分解処理による炭素の存在を示します。次に、炭化部品を、焼結用に流れるヘリウムガスを真空埋め戻ししたグラファイト炉に入れます。炉2、摂氏290度を加熱し、部品の最適な緻密化を達成するために1時間保持します。1 時間後に削除します。懸濁液の粘度は、pH2.8でのゲルキャスティングに最適化され、有意なゲル化が起こる前に最長の作業時間を提供する。粘度が1.0パスカル秒になるまで約20分です。走査型電子顕微鏡画像は、レゾルシノールホルムアルデヒドの熱分解後に、ホウ素炭化物粒子に形成される空間的に均一な炭素ネットワークの証拠を示す。試料のX線回折は、種々の処理段階において、熱分解後のグラファイトピークの成長も確認する。断断面サンプルの追加顕微鏡検査は、摂氏2、280度で焼結された後、最終製品の低い空隙率を明らかにします。ホルムアルデヒドは発がん性があり、それを扱うことは非常に危険です。そのため、適切な個人用保護具を着用し、換気の良い場所で作業することは、サスペンションを取り扱う際に不可欠です。このビデオを見た後、うまくいけば、あなたは今、負の添加剤製造プロセスに精通しており、正常に複雑な形状の緑の体に炭化ホウ素サスペンションをゲルキャストすることができ、後で彼らの完全な密度にそれらを焼結することができます。

Research

JoVE Journal

Chemistry

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

グラム陰性菌からの単離とリピドAの化学特性評価

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS ...

化学

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

マイクロ流体浸透を通じて立体的微細構造ナノ複合材料の製造

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

複合酸化物薄膜のエピタキシャル成長のために原子的に定義されたテンプレート

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

一本鎖DNAタイルから複雑な2次元形状の自己集合

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this ...

Assessment of Boron Doped Diamond Electrode Quality and Application to In Situ Modification of Local pH by Water Electrolysis

Assessment of Boron Doped Diamond Electrode Quality and Application to In Situ Modification of Local pH by Water Electrolysis

ホウ素ドープダイヤモンド電極品質とアプリケーションの評価<em&gt;その場で</em&gt;水電解による局所のpHの変更

Boron doped diamond (BDD) electrodes have shown considerable promise as an electrode material where many of their reported properties such as extended ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

超分子コロイドの合成とキャラクタリゼーション

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

On-line Analysis of Nitrogen Containing Compounds in Complex Hydrocarbon Matrixes

オンライン複雑な炭化水素マトリックス中の窒素含有化合物の分析

The shift to heavy crude oils and the use of alternative fossil resources such as shale oil are a challenge for the petrochemical industry. The ...

Investigations on the Ga(III) Complex of EOB-DTPA and Its 68Ga Radiolabeled Analogue

Investigations on the GaIII Complex of EOB-DTPA and Its 68Ga Radiolabeled Analogue

EOB-DTPAとそのののGa（III）錯体に関する研究<sup&gt; 68</sup&gt; Gaの放射性標識アナログ

We demonstrate a method for the isolation of EOB-DTPA (3,6,9-triaza-3,6,9-tris(carboxymethyl)-4-(ethoxybenzyl)-undecanedioic acid) from its Gd(III) ...

Synthesis of a Water-soluble Metal&#8211;Organic Complex Array

水溶性有機金属錯体アレイの合成

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as ...