扫描速度对激光定向能量沉积Al2O3–ZrO2梯度陶瓷微观组织及力学性能的影响

作者：吴东江; 于学鑫; 吕伟杰; 石晶; 由竹琳; 马广义; 牛方勇^*

来源：航空制造技术, 2023, 66(16): 30-37.

DOI：10.16080/j.issn1671-833x.2023.16.030

• 激光
• 增材制造(AM)
• 功能梯度材料(FGM)
• 陶瓷
• 变参数成形

功能梯度陶瓷作为能够兼顾结构和功能的新型陶瓷材料，其材料组成和性能可以根据需要呈现连续的梯度变化，因此在航空航天、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。激光定向能量沉积技术克服了传统陶瓷制备方法在烧结变形及过渡界面明显的局限性，能够实现功能梯度陶瓷材料性能的区域可控制造。然而采用定工艺参数成形时，功能梯度陶瓷不同组分的性能无法同时达到最佳，因此就扫描速度对Al2O3–ZrO2梯度陶瓷中各比例复合陶瓷材料的影响规律展开了研究。在确定各比例复合陶瓷优选扫描速度的基础上，实现了Al2O3–ZrO2梯度陶瓷的变参数优化成形。结果表明，低速扫描条件下(200 mm/min、300 mm/min),α-Al2O3柱状晶定向生长倾向明显，但高ZrO2含量(质量分数)复合陶瓷材料宏观裂纹明显。扫描速度逐渐提高有助于晶粒尺寸减小，但过高的扫描速度(400 mm/min、500 mm/min)导致样件内部ZrO2团聚现象及孔隙缺陷增多。采用变扫描速度成形工艺不仅有效抑制了高ZrO2含量区域的宏观裂纹，而且改善了定参数成形Al2O3–ZrO2梯度陶瓷结合界面处的裂纹缺陷，优化成形的Al2O3–ZrO2梯度陶瓷结合界面处抗弯强度提升约21.37%。

• 单位
  大连理工大学