Fl-applikazzjonijiet ta 'ġestjoni termali u konduttività elettrika, huwa kritiku li jkun hemm il-kapaċità li timmanifattura partijiet tar-ram (Cu) li huma kompletament densi, konduttivi ħafna termali/konduttivi u għandhom proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti. Il-manifattura addittiva (AM), jew l-istampar 3D, tipprovdi opportunità bla preċedent biex tipproduċi partijiet Cu b'ġeometriji kumplessi. Madankollu, Cu pur jirrifletti ħafna tal-lejżers infra-aħmar, għalhekk il-partijiet Cu pur stampati b'tagħmir tal-manifattura tal-addittivi tal-lejżer użati b'mod komuni għandhom it-tendenza li jkollhom porożità għolja, li tnaqqas il-konduttività mekkanika u termali/elettrika tagħhom. Għalkemm densitajiet għolja ta 'partijiet tar-ram pur jistgħu jiġu prodotti minn tagħmir ta' manifattura addittiv mgħammar b'lejżers ħodor ta 'tul ta' mewġ qasir jew raġġi ta 'elettroni, is-saħħa baxxa inerenti tar-ram pur u l-inkapaċità tiegħu li jirreżisti t-trattib termali pprevenux l-applikazzjoni ta' partijiet tar-ram manifatturati b'mod addittiv tal-laser f' tagħbijiet mekkaniċi għoljin u temperaturi għoljin.
Sabiex issolvi l-problemi ta 'hawn fuq, it-tim tal-Prof. Xingxing Zhang mill-Università ta' Queensland, l-Awstralja, b'kollaborazzjoni mal-Prof. Christopher Hutchinson mill-Università ta 'Monash, Prof. Julie Cairney mill-Università ta' Sydney, Prof. Miao-Quan Li mill-Università Politeknika tal-Majjistral, Prof Xiaoxu Huang mill-Università ta 'Chongqing, Prof Jesper Henri Hattel mill-Università tax-Xjenza u Teknoloġija tad-Danimarka, u Prof Mark Easton mill-Università RMIT, ilhom jaħdmu flimkien biex jipproduċu partijiet tar-ram b'densitajiet għoljin. Il-Prof Mark Easton, l-Università RMIT, u timijiet oħra kkollaboraw biex jipproponu strateġija ta 'disinn għall-istampar 3D ta' ram ta 'saħħa għolja u ta' konduttività għolja. Iċ-ċavetta għall-istrateġija tad-disinn hija li tagħżel partiċella addittiva li titħallat b'mod omoġenju mat-trab tar-ram pur biex tiżgura li ttejjeb l-assorbiment tal-lejżer tar-ram pur meta l-lejżer jinteraġixxi mat-trab. Barra minn hekk, il-partiċelli tal-addittiv huma mxerrda fil-matriċi tar-ram billi jinħall fil-pool tat-tidwib meta t-trab jiġi mdewweb u jerġa 'jippreċipita matul is-solidifikazzjoni, u b'hekk issaħħaħ ir-ram mingħajr ma tnaqqas b'mod sinifikanti l-konduttività termali/elettrika tagħha. Il-kriterji tal-iskrinjar għall-partiċelli tal-addittivi huma kif ġej: (1) is-solubilità solida tal-elementi kostitwenti tal-partiċelli fir-ram għandha tkun minima biex jitnaqqas l-effett negattiv tagħhom fuq il-konduttività termali/elettrika u biex jiġi massimizzat il-potenzjal għar-ripreċipitazzjoni tan-nanopartiċelli fuq solidifikazzjoni; (2) il-partiċelli għandu jkollhom punt ta 'tidwib baxx biex jiffaċilitaw it-tidwib tagħhom fil-pool imdewweb u biex idgħajjef il-potenzjal għal coarsening tan-nanopartiċelli riprecipitati waqt is-solidifikazzjoni; (3) il-partiċelli għandu jkollhom punt baxx ta 'tixrib fir-ram likwidu għandu jkollhom angolu baxx ta' tixrib biex jipprevjenu l-agglomerazzjoni tan-nanopartiċelli riprecipitati fir-ram likwidu. Ibbażat fuq din l-idea tad-disinn, sibna li hexaboride tal-lantanu (LaB6) jissodisfa l-kriterji ta 'hawn fuq. Biż-żieda ta 'traċċi ta' nanopartiċelli LaB6, ram ta 'densità għolja u prestazzjoni għolja u l-partijiet ġeometrikament kumplessi tiegħu ġew realizzati permezz ta' manifattura ta 'addittivi tal-lejżer.
Ix-xogħol relatat ġie ppubblikat fil-ġurnal internazzjonali ta 'fuq Nature Communications taħt it-titlu ta' "Manifattura ta 'qawwa għolja u ram ta' konduttività għolja b'fużjoni tas-sodda tat-trab tal-laser". Komunikazzjonijiet. Dr Yinggang Liu (issa professur fl-Iskola tal-Aeronawtika, Northwestern Polytechnical University) u Dr Jingqi Zhang tal-Università ta’ Queensland huma l-ko-ewwel awturi, filwaqt li l-Professur Mingxing Zhang tal-Università ta’ Queensland, Dr Ranming Niu tal-Università ta' Sydney, u l-Prof. Christopher Hutchinson tal-Università ta' Monash huma l-awturi kokorrispondenti.
Immaġni.
Il-manifattura addittiva (AM), jew l-istampar 3D, tippermetti l-fabbrikazzjoni rapida ta 'partijiet tar-ram ġeometrikament kumplessi u għandha firxa wiesgħa ta' applikazzjonijiet fil-ġestjoni termali u l-konduttività elettrika. Madankollu, ir-ram pur huwa artab, filwaqt li r-riflettività għolja tiegħu għal lasers infra-aħmar tipikament jirriżulta f'partijiet stampati 3D b'porożità għolja, li jnaqqas il-prestazzjoni tagħhom. Għalkemm il-manifattura addittiva bl-użu ta 'lejżers ħodor jew raġġi ta' elettroni tista 'tipprintja partijiet tar-ram pur b'densitajiet għoljin, is-saħħa baxxa inerenti tar-ram pur f'temperatura tal-kamra u l-inkapaċità tagħha li tirreżisti t-trattib termali jillimitaw l-applikazzjoni ta' partijiet tar-ram manifatturati b'mod addittiv soġġetti għal tagħbijiet mekkaniċi għoljin u għolja. temperaturi. Iż-żieda ta 'elementi bħal Cr, Co, Fe, u Zr għal ram pur billi jilligaha tista' żżid l-assorbiment tal-lejżer u ssaħħaħ is-sottostrat, iżda dan il-metodu jnaqqas b'mod sinifikanti l-konduttività termali/elettrika tar-ram minħabba s-solubilità solida għolja tagħhom fir-ram. Approċċ ieħor huwa li żżid partiċelli esterni (Al2O3, TiB2, eċċ.) Li ma jitħalltux mar-ram pur biex issaħħaħ ir-ram filwaqt li tinżamm konduttività termali/elettrika għolja. Madankollu, fil-prattika, minħabba l-agglomerazzjoni tan-nanopartiċelli, jirriżulta li huwa estremament diffiċli li jinkiseb tisħiħ sinifikanti mingħajr ma tiġi kompromessa d-duttilità u t-tolleranza għall-ħsara. Bħala riżultat, il-liga jew iż-żieda ta 'partiċelli esterni inkompatibbli jistgħu jżidu s-saħħa u jtejbu l-proprjetajiet ta' assorbiment tal-lejżer, iżda ġeneralment jirriżultaw fi tnaqqis sinifikanti fil-konduttività termali/elettrika u d-duttilità. L-istampar 3D ta 'partijiet tar-ram b'saħħa għolja u konduttività għolja jibqa' sfida urġenti .
Hawnhekk, aħna nuru metodu ta 'manifattura ta' addittiv tal-lejżer għall-preparazzjoni ta 'partijiet tar-ram ta' densità għolja u ta 'prestazzjoni għolja billi żżid ammont żgħir ta' nanopartiċelli tal-lantanu hexaboride (LaB6) għal trab tar-ram pur permezz tal-fużjoni tas-sodda tat-trab tal-laser (L-PBF). Iċ-ċavetta għal dan il-metodu hija l-introduzzjoni ta 'partiċelli xierqa fir-ram pur li jtejbu l-assorbiment tal-lejżer tar-ram pur, segwit minn xoljiment fil-pool tat-tidwib u riċipitazzjoni waqt is-solidifikazzjoni. LaB6 ġie magħżul ibbażat fuq l-assorbiment għoli tal-lejżer tiegħu, konduttività elettrika tajba, punt ta 'tidwib baxx, u angolu baxx ta' tixrib b'ram likwidu. LaB6 għandu rwol doppju. L-ewwel, ittejjeb l-assorbiment tal-lejżer tar-ram pur, u b'hekk tiffavorixxi fużjoni aħjar tat-trab. It-tieni, il-kapaċità tiegħu li jiddewweb waqt il-fużjoni tat-trab u sussegwentement jirripreċipita bħala nanopartiċelli mqassma b'mod diffuż matul is-solidifikazzjoni mhux biss issaħħaħ is-saħħa tal-materjal, iżda żżomm ukoll duttilità akbar u konduttività termali/elettrika għolja. saħħa ta 'rendiment ta' 346.8 MPa, 3.7 darbiet ogħla minn dik tar-ram pur, kif ukoll ductility tal-ksur ta '22.8%, 98.4%, u konduttività termali/elettrika għolja ta' 1.4%.1wt% LaB6-ram drogat huwa wkoll kandidat tajjeb għall-IACS (International Annealed Pure Copper Scheme). IACS (International Annealed Copper Standard) konduttività elettrika, konduttività termali ta '387 W/mK, u reżistenza eċċellenti għat-trattib f'1050 grad, li hija qrib il-punt tat-tidwib tar-ram pur. Barra minn hekk, l-applikabbiltà tal-metodu għal partijiet ġeometrikament kumplessi hija murija wkoll f'dan l-istudju. Ir-ram drogat LaB6-żviluppat ġdid jimla vojt importanti fl-istampar 3D ta 'ligi u huwa adattat għal tagħbijiet mekkaniċi għoljin u ambjenti ta' temperatura għolja. Peress li n-nanopartiċelli mxerrda b'mod uniformi huma komunement użati biex isaħħu materjali metalliċi, din l-istrateġija tad-disinn ta 'ripreċipitazzjoni mat-tidwib u s-solidifikazzjoni tista' tiġi estiża għal sistemi oħra ta 'liga għall-iżvilupp ta' materjali ta 'prestazzjoni għolja lesti għall-istampar.
Figura 1 Riżultati tat-test tal-mikrostruttura u tar-riflettività tal-lejżer ta' ram pur u LaB6-dopat ippreparat bit-tidwib tas-sodda tat-trab tal-lejżer
Figura 2 Analiżi tan-nanopartiċelli ta' LaB6-ram drogat ippreparat bit-tidwib tas-sodda tat-trab tal-laser
Figura 3 Karatterizzazzjoni elementali APT tar-ram drogat LaB6 ippreparat bit-tidwib tas-sodda tat-trab tal-laser
Figura 4 Proprjetajiet mekkaniċi u riżultati tat-test tal-konduttività elettrika ta' LaB6-ram drogat ippreparat bit-tidwib tas-sodda tat-trab tal-lejżer.
Figura 5 Riżultati tat-test tal-kompressjoni ta' tikek tar-ram drogati b'LaB6 ippreparati permezz tat-tidwib tas-sodda tat-trab tal-laser
