[发明专利]壁状Al2

摘要

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。

主权项

1.一种壁状Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷的激光熔化成形方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，原料准备；将按共晶配比充分混合均匀的Al₂O₃‑Gd₂O₃‑ZrO₂陶瓷粉末制备成粒径分布为30～100μm的球形粉末颗粒；所述共晶配比为：Al₂O₃粉末为58％，Gd₂O₃粉末为19％，ZrO₂粉末为23％；所述比例为摩尔百分比；步骤2，装料；将得到的球形粉末颗粒装入送粉器的送粉桶中备用；步骤3，激光熔化成形；利用激光近净成形方法，将得到的球形粉末颗粒熔化凝固并层层堆积成形，制备壁状Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷，具体制备过程为：第一步，开启井式预热炉，并在该预热炉内放置Al₂O₃基板，并使该Al₂O₃基板位于所述激光喷头的正下方；第二步，设定工艺参数；第三步，制备壁状Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷；以激光喷头当前所在位置作为起点；开启激光器及送粉器；激光束经由激光喷头输出并辐射到Al₂O₃基板表面，Al₂O₃基板通过吸收激光能量熔化并形成熔池，并随激光喷头的移动而延伸；同时，球形粉末颗粒通过激光喷头被送入所述溶池内并熔化；当激光束离开后，熔池内熔体温度下降并凝固形成所述壁状Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷中的第一层Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷；当激光喷头运动完一个扫描距离后，激光喷头上移一个单层提升高度，随后再向起点方向直线运动，在得到的第一层Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷的表面继续扫描；扫描中，所述第一层Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷的表面熔化形成随激光喷头的移动而延伸的熔池；同时，球形粉末颗粒通过激光喷头被送入所述溶池内并熔化；当激光束离开后，熔池内熔体温度下降并凝固形成第二层Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷；重复所述制备第一层Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷和第二层Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷的过程，直至完成设计的制备层数，得到Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷试样；步骤4，壁状Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷的试样的补偿降温；通过激光喷头的逐步降温，对所述Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷试样进行补偿降温，具体是：运行完预先设定的加工层数后，关闭送粉器，激光喷头以1000mm/min的速度上移10mm并保持该高度，并使该激光喷头沿所述得到的Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷试样的上表面做直线往复运动，对该Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷试样的上表面进行扫描；扫描中，所述激光喷头每运动一个单程的扫描长度，激光功率即减小10W，该直至激光喷头的激光功率降至50W；通过所述所述激光喷头在扫描过程中逐渐降低激光功率，对逐步降温中的Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷试样进行温度补偿，使该Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷试样的温度逐步降低，从而减小冷却过程中的热应力，抑制裂纹的形成；所述补偿降温过程中，激光喷头的激光功率为200～400W，扫描速率为48～192mm/min，扫描长度为2～4mm；当所述激光功率降至50W后，关闭激光器，关闭预热炉，基板及基板上的成形样件随预热炉一起自然冷却，得到壁状Al₂O₃‑GdAlO₃‑ZrO₂三元共晶陶瓷。