3D басып чыгаруу материалдарындагы глинозем порошогу чоң ачылыш болду
Түндүк-Батыш Политехникалык Университетинин лабораториясына кирип баратып, жарык менен кургатуучу аппаратты колдонуп жатам3D принтер бир аз ызылдап жатат, ал эми лазер нуру керамикалык аралашманын ичинде так кыймылдап жатат. Бир нече сааттан кийин лабиринт сыяктуу татаал түзүлүшкө ээ керамикалык өзөк толугу менен көрсөтүлөт – ал учак кыймылдаткычтарынын турбина калактарын куюу үчүн колдонулат. Долбоордун жетекчиси профессор Су Хайцзюн назик компонентти көрсөтүп: «Үч жыл мурун биз мындай тактык жөнүндө ойлонгонго да батынган эмеспиз. Негизги ачылыш бул байкалбаган глинозем порошогунда жашырылган», - деди.
Илгери-илгери алюминий кычкылынын керамикасы бул тармактагы "көйгөйлүү студент" сыяктуу болгон3D басып чыгаруу– жогорку бекемдик, жогорку температурага туруктуулук, жакшы изоляция, бирок басылып чыккандан кийин көптөгөн көйгөйлөр жаралган. Салттуу процесстерде глинозем порошогу начар суюктукка ээ жана көп учурда басма башын тосуп калат; бышыруу учурунда кичирейүү ылдамдыгы 15%-20% га чейин жетиши мүмкүн, ал эми чоң күч менен басылган тетиктер күйгөндөн кийин деформацияланып, жарака кетет; татаал түзүлүштөрбү? Бул андан да люкс. Инженерлер тынчсызданышат: "Бул нерсе өжөр сүрөтчүгө окшош, анын жапайы идеялары бар, бирок колдору жетишсиз".
1. Орус формуласы: "Керамикалык соотту" кийүүалюминийматрица
Бурулуш учуру алгач материалдык дизайндагы революциядан келип чыккан. 2020-жылы Орусиянын Улуттук илим жана технология университетинин (NUST MISIS) материал таануучулары жаңы технологияны жарыялашкан. Жөн гана алюминий кычкылы порошогун аралаштыруунун ордуна, алар жогорку тазалыктагы алюминий порошогун автоклавга салып, гидротермикалык кычкылданууну колдонуп, ар бир алюминий бөлүкчөсүнүн бетинде так башкарылуучу калыңдыктагы алюминий кычкылы пленкасынын катмарын "өстүрүшкөн", алюминий шарына нано деңгээлдеги соот катмарын койгондой эле. Бул "өзөк-кабык түзүлүшү" порошогу лазердик 3D басып чыгарууда (SLM технологиясы) укмуштуудай көрсөткүчтөрдү көрсөтөт: катуулук таза алюминий материалдарына караганда 40% жогору жана жогорку температурадагы туруктуулук бир топ жакшырган, бул авиациялык класстагы талаптарга түздөн-түз жооп берет.
Долбоордун жетекчиси, профессор Александр Громов ачык мисал келтирди: “Мурда композиттик материалдар салаттар сыяктуу болчу – ар бири өз ишин аткарчу; биздин порошокторубуз сэндвичтер сыяктуу – алюминий жана глинозем бири-бирин катмар-катмар тиштеп, бири-бирисиз жашай албайт”. Бул бекем байланыш материалга учак кыймылдаткычтарынын тетиктеринде жана өтө жеңил кузов рамаларында өзүнүн күчүн көрсөтүүгө мүмкүндүк берет жана ал тургай титан эритмелеринин аймагына чакырык таштай баштайт.
2. Кытай акылмандыгы: керамиканы "орнотуунун" сыйкыры
Алюминий кычкылы керамикалык басып чыгаруунун эң чоң көйгөйү - бышыруу процессиндеги кичирейүү – сиз чопо фигураны кылдаттык менен жууруп, мешке кирери менен картошканын көлөмүнө чейин кичирейди деп элестетиңиз. Ал канчага чейин кулайт? 2024-жылдын башында Түндүк-Батыш политехникалык университетинин профессору Су Хайжундун командасы тарабынан Материалдар илими жана технологиясы журналында жарыяланган жыйынтыктар тармакты дүрбөлөңгө салды: алар кичирейүү ылдамдыгы болгону 0,3% болгон дээрлик нөлдүк кичирейүү көрсөткүчүнө ээ болгон глинозем керамикалык өзөгүн алышты.
Жашыруун сыр - кошууалюминий порошогуглиноземге салып, андан кийин так "атмосфералык сыйкырды" ойноңуз.
Алюминий порошогун кошуу: 15% майда алюминий порошогун керамикалык аралашмага аралаштырыңыз
Атмосфераны көзөмөлдөңүз: Алюминий порошогунун кычкылданышына жол бербөө үчүн, бышыруу процессинин башында аргон газынан коргоону колдонуңуз
Акылдуу которулуу: Температура 1400°C чейин көтөрүлгөндө, атмосфераны күтүүсүздөн абага которуңуз
In-situ кычкылдануу: Алюминий порошогу заматта тамчыларга айланып эрип, алюминий кычкылына айланат, ал эми көлөмдүн кеңейиши жыйрылуу менен тең салмакталат
3. Байланышуу революциясы: алюминий порошогу "көрүнбөгөн желимге" айланат
Орус жана кытай командалары порошокту модификациялоо боюнча тынымсыз иштеп жатышканда, дагы бир техникалык жол акырындык менен өнүгүп келе жатат - алюминий порошогун байланыштыруучу зат катары колдонуу. Салттуу керамика3D басып чыгарууБайланышуучу заттар көбүнчө органикалык чайырлардан турат, алар майсыздандыруу учурунда күйгүзүлгөндө көңдөйлөрдү калтырат. Жергиликтүү топтун 2023-жылдагы патенти башкача ыкманы колдонот: алюминий порошогун суу негизиндеги байланыштыруучу затка айландыруу47.
Басып чыгаруу учурунда, форсунка алюминий кычкылынын порошок катмарына 50-70% алюминий порошогун камтыган "желимди" так чачат. Майсыздандыруу этабына келгенде, вакуум тартылып, кычкылтек өткөрүлүп, алюминий порошогу 200-800°C температурада алюминий кычкылына чейин кычкылданат. Көлөмдүн 20% дан ашык кеңейүү өзгөчөлүгү ага тешикчелерди активдүү толтурууга жана кичирейүү ылдамдыгын 5% дан төмөн түшүрүүгө мүмкүндүк берет. "Бул каркасты демонтаждоо жана ошол эле учурда жаңы дубал куруу, өзүңүздүн тешиктерди толтуруу менен барабар!" - деп бир инженер муну мындайча сүрөттөгөн.
4. Бөлүкчөлөрдүн искусствосу: тоголок порошоктун жеңиши
Глинозем порошогунун "сырткы көрүнүшү" күтүлбөгөн жерден жетишкендиктердин ачкычы болуп калды - бул көрүнүш бөлүкчөнүн формасына тиешелүү. 2024-жылы "Open Ceramics" журналында жарыяланган изилдөөдө тоголок жана туура эмес глинозем порошокторунун эритилген чөкмө (CF³) басып чыгаруудагы иштеши салыштырылган5:
Тоголок порошок: майда кумдай агып, толтуруу ылдамдыгы 60% дан ашат, ал эми басып чыгаруу жылмакай жана жибектей
Туура эмес порошок: ири шекер сыяктуу тыгылып калган, илешкектүүлүгү 40 эсе жогору жана форсунка жашоого шек келтирүү үчүн тыгылып калган
Андан да жакшысы, тоголок порошок менен басылган тетиктердин тыгыздыгы бышыруудан кийин 89% дан оңой эле ашып кетет жана бетинин жасалгасы стандартка түздөн-түз жооп берет. «Азыр дагы эле ким «жаман» порошок колдонот? Суюктук – бул согуштук эффективдүүлүк!» Техник жылмайып, жыйынтыктады5.
Келечек: Жылдыздар жана деңиздер кичинекей жана кооз нерселер менен жанаша жашайт
Глинозем порошогун 3D басып чыгаруу революциясы али бүтө элек. Аскердик өнөр жай турбовентилятор пышактарын өндүрүү үчүн нөлгө жакын кичирейүүчү өзөктөрдү колдонууда алдыңкы орунда турат; биомедициналык тармак анын биошайкештигине кызыгып, сөөк имплантаттарын басып чыгара баштады; электроника өнөр жайы жылуулукту таркатуу субстраттарына багытталган - анткени, глиноземдин жылуулук өткөрүмдүүлүгү жана электрдик эмес өткөрүмдүүлүгү орду толгус.