[发明专利]壁状Al2

说明书

一种壁状Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷的激光熔化成形方法，采用激光近净成形方法，通过逐层制造/层层堆积，能够得到现有技术难以制备的不同形状和尺寸的壁状Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷，拓宽了该类材料的应用范围，释放其应用潜力。制备中，本发明通过逐步减小激光功率的方法往复扫描试样上表面，以实现该壁状Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷试样在降温过程中的温度补偿，减缓了试样的冷却速率，使试样在成形后温度逐步降低，从而减小冷却过程中的热应力，抑制裂纹的形成。本发明成形速度快，得到的壁状Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷的微观组织呈均匀的层片状共晶组织。

技术领域

本发明涉及高性能氧化物共晶陶瓷材料的激光增材制造领域，具体是一种利用激光近净成形技术快速制备具有壁状形状的Al₂O₃-GdAlO₃-ZrO₂三元共晶陶瓷的方法。

背景技术

文献“Yoshiharu Waku,Narihito Nakagawa,Takumi Wakamoto,Hideki Ohtsubo,Kazutoshi Shimizu,Yasuhiko Kohtoku.Aductile ceramic eutectic composite withhigh strength at 1873K[J].Nature,1997,389:49-52.”报导了一种采用熔体生长技术制备的 Al₂O₃-GdAlO₃共晶陶瓷。与同组分烧结陶瓷相比，所述共晶陶瓷消除了晶界，微观组织呈两单晶相组元相互交织的三维网状结构，相界面结合牢固，且界面间无非晶相存在。因此，所述共晶陶瓷具有优越的高温力学性能，其弯曲强度可由室温保持到1600℃而基本保持不变。鉴于此，该类共晶陶瓷被认为是一种具有广泛应用潜力的超高温结构材料。

文献“Narihito Nakagawa,Hideki Ohtsubo,Atsuyuki Mitani,KazutoshiShimizu, Yoshiharu Waku.High temperature strength and thermal stability formelt growth composite [J].Journal of the European Ceramic Society,2005,25:1251-1257.”利用布里奇曼法制备出了Φ53mm的Al₂O₃-GdAlO₃共晶陶瓷柱状锭，并考察了其高温力学性能。研究结果表明，该共晶陶瓷具有优异的组织热稳定性及抗氧化性，在1700℃的大气氛围下热暴露500h后，强度基本保持不变。经估算，将该类氧化物共晶陶瓷应用于燃气轮机喷嘴叶片，有望提高燃气轮机9％的热效率。然而，Al₂O₃-GdAlO₃共晶陶瓷属于典型的脆性材料，断裂韧性仅为5MPa·m^1/2左右，其固有的脆性极大地制约了该材料的应用前景。