目前使用的超合金难以满足对更高温度的需求（> 1700 ℃），人们正在开发先进的陶瓷作为高温结构材料，以取代用于热端部件的高温合金，提高空天运输系统动力核心的热效率。利用激光定向能量沉积技术（LDED）一步制备熔体自生氧化铝基复合陶瓷，因其优异的热稳定性和天然化学稳定性而受到越来越多的关注，已被用于热端组件的制造，如燃烧器、排气喷嘴和叶片。但热端部件极其恶劣的操作环境，对熔体自生氧化铝基复合陶瓷的性能提出了更高的要求。
近期，广东省科学院智能制造研究所毕贵军研究员团队与大连理工大学合作，在前期利用LDED技术制备掺杂微量氧化硅熔体自生氧化铝基复合陶瓷研究基础上，通过高温热处理诱发含硅熔体的有序流动，形成损伤愈合机制，显著提高了制备结构的力学性能。界面附近莫来石的形成和基材氧化铝向含硅熔体的溶解，使得基材氧化铝晶粒尺寸减小，强化了复合陶瓷的显微硬度。材料在1500 ℃高温下的质量损失 ≤ 0.3%，热处理后材料的抗弯强度高达504 MPa，提高63%；断裂韧性提高了17%。缺陷修复（裂纹愈合）、应力缓解、晶粒减小以及界面附近莫来石的形成等是性能显著提高的原因。该发现有望为激光增材制造高性能陶瓷和激光成形裂纹有效抑控提供理论指导和思路启发。
图1 弯曲强度
图2 热稳定性
图3 相形成的TEM分析
图4 裂纹愈合
相关研究成果以“Heat treatment of melt-grown alumina ceramics with trace glass fabricated by laser directed energy deposition”发表在国际知名期刊Materials Characterization（材料科学，中科院一区，IF：4.7），省科学院智能制造所赵大可博士为第一作者。有关工作得到了国家自然科学基金相关项目的资助。
论文信息：Dake Zhao, Dongjiang Wu, Fangyong Niu,Yunfei Huang, Guangyi Ma,Cong Zhou,Bi Zhang,Guanhui Ren. Heat treatment of melt-grown alumina ceramics with trace glass fabricated by laser directed energy deposition. Materials Characterization 196 (2023) 112639
先进激光增材制造技术创新团队
2024年3月11日
