文献翻译-激光熔覆陶瓷

is it to in in on on 12is to in 1 is by to be it to to in In in to be to in in to be to is to in 2 f a on be to be we of be if on if or to to to is by is on to to to 6217816 ). ). As a of to be to as is (). as to to to in ). in on in of to to on by ). 3 is a it is if is is in is to or As a of is on as to or is to it In in to to to If to on to to of to to in is to 10000W/cm,s, is 图 2 电子隧道扫描显微镜下陶瓷部件熔化层的图像 is is Is as a of is by to to is in of is to be to to of in in 图 3 高斯 分布能量对陶瓷层熔化深度 图 4 电子隧道扫描显微镜下的具有 5个熔化层陶 的影响 图片 to in to to is in is in an to to 5on to 0%; is 10J/mm A ) 14to to 3If 0J/to 2of is to to is as a of 4 he it to to a a on in If to to be to in 1 G et of 1997. 2 et of 1995, 1(2): 243 M K et ex 1996. 4 et 1997. 5 H H of a 6217816001. 6 N N 1996. 7 P F 1992. 激光熔覆陶瓷 摘要 ：本论文提出了一种制造陶瓷部件的新型层压方法，即激光陶瓷熔覆。这种方法是用激光束将陶瓷粉末熔覆使其联结在一起。该过程包括五个步骤：将无机粘合剂和溶剂与陶瓷粉末混合以获得料浆；将料将铺在未烧结的基体块上；烘干并加强料浆薄层；用激光扫描未烧结的陶瓷层；从已熔覆的陶瓷工件上移除未熔覆的部分。电子隧道显微镜图片展示了相邻的两陶瓷层熔覆的联结部分。通过三点弯曲强度测试表明了其弯曲强度在 3 12间。与其他层压方法相比，该方法是用激光直接熔覆未烧结的陶瓷体并得到陶瓷层而不需要传统的柱烧过程。这 种方法在制造更精密陶瓷部件方面具有很大的潜力。 关键词 ：精密；陶瓷部件；激光陶瓷熔覆；料浆；陶瓷层；弯曲强度 1 介绍 现已有许多层压制造方法来制造陶瓷部件，它们大多数都是用聚合物粘合剂来联结陶瓷粉末。由于陶瓷部件的强度取决于聚合物的强度，所以通过这些方法所获得的陶瓷部件 、 未烧结体的强度通常不能满足工业用途的要求，而其未烧结体的耐热性也因聚合物的存在受到限制。因此，未烧结体必须在炉子中经后续的烧结来获得所需的强度和耐热性。在烧结过程中会发生收缩，尤其是在制造复杂部件过程中会不可避免地产生扭曲变形。 本论文提 出了一种制造陶瓷部件的新型层压方法，即激光陶瓷熔覆（ 这种方法是通过激光处理使陶瓷粉末熔覆并结合在一起。 2 激光陶瓷熔覆的原理 如果将激光光束沿一直线照射在疏松的陶瓷粉上，陶瓷粉末将熔化，但是将会形成许多小球而不是我们所期望的直线状，这种现象叫做球化。根据实验，如果陶瓷粉末在与其化学成分相同的固体底板上熔化，熔化的液体将完全润湿底板。前述的底板或未烧结体可以通过烘干料浆来获得，料浆是由陶瓷粉 、 无机粘合剂及溶剂组成。当激光光束照射在未烧结体上时，未烧结体的表面将熔化并粘附在未烧结体下面的部分。可以通 过这种方法制造出三维工件的二维搭接部分。 根据上述的激光熔覆原理出现了一种陶瓷部件的制造方法（美国专利，专利号：6217816 1 展示了这个方法的五个步骤。制备均匀的料浆（步骤 1）。然后用机械的方法将制备的料浆近一步制备成未烧结体薄层（步骤 2）。由于粘合剂的粘合作用，所得的未烧结体薄层将会得到尽可能的干燥和增强。（步骤 3）。通过高能量光束，尽可能采用激光光束的照射，使未烧结体薄层沿光束照射的路径熔覆，致使陶瓷分子局部地结合在一起（步骤4）。通过控制高能量光束的路径，可以制造出陶瓷部件的任意形状的二维搭 接部分。同样的方法可以在已制备的陶瓷层上制备出第二层陶瓷层并与已制备的陶瓷层结合在一起。经过多次重复这种过程就可以一层一层地制造出三维陶瓷部件。最后，去除掉未烧结体上未被高能量光束照射的部分（步骤 5）。用这种方法可以快速地生产陶瓷部件。 3 实验结果 这个过程有两个特别值得注意的特征。第一，这个过程是一个润湿过程，它是将包含粉末和液体的料浆作为原料，这与其他方法是不相同的，其他方法是用固体 、 粉末 和液体作为原料。第二个特征是与传统方法不同的通过直接激光陶瓷熔覆将陶瓷粉末结合在一起，传统方法大多 数是采用液体烧结或固体烧结。由于这些特征，激光陶瓷熔覆具有内在的优点，同时也具有需解决的问题。 激光陶瓷熔覆的原料是将无机粘合剂 、 溶剂与陶瓷粉混合制备的料浆。因为可以获得较细的甚至超细的料浆的固体微粒，所以通过这种方法可以了解到微观陶瓷层的厚度。从这点出发，用料浆作为原料就可能制造出比传统的选择激光烧结（ 三维喷印方法更精密的产品。选择激光烧结和三维喷印方法是将干粉作为原料的。在铺好料浆薄层后，必须将它干燥来获得未烧结薄体层。在烘干的过程中，毛细管的牵引作用将使陶瓷粉结合在一起以形成致密的未烧结体层 ，而并不需要对陶瓷粉加以振动来加强陶瓷粉末层。 另外，烘干过程也存在一些缺点：如由于需要烘干过程就需要更多的制备时间，同时，未烧结体也有产生裂纹的可能。所以需要优化设计一种烘干过程来缩短烘干时间和避免裂纹的产生。本论文对于该技术的商业应用具有重要的作用。 激光陶瓷熔覆采用高能量光束将陶瓷粉末熔合在一起。这个过程包括三个主要的工作参数：激光的能量密度 、 激光的扫描速度 和扫描节距。下面是根据激光陶瓷熔覆原理做的一个实验。其工作参数为：激光能量密度为： 10000W/描速度为： s,扫描节距为：此重叠为零。图 2 和图 4 是通过电子隧道显微镜观察到的熔化的陶瓷层的微观结构。 图 2 电子隧道扫描显微镜下陶瓷部件熔化层的图像 图 2是两个 于激光光点中间部分的能量较高，所以被这部分照射的未烧结陶瓷体较其他部分有较多体积的熔覆。这部分凹下去的空间也较其他部分多。图 3 显示了这种关系。 熔覆陶瓷层的厚度是激光扫 面参数的函数。较高的能量密度和较低的扫面速度可以获得较厚的陶瓷层厚度。必须控制激光参数以保证相邻两层陶瓷层的重叠。图 4 展示了层层联结的五个陶瓷层的横截面图。这种片状体证明了在所述的工作条件可以将陶瓷层熔覆在一起。图 3 高斯分布能量对陶瓷层熔化深度 图 4 电子隧道扫描显微镜下的具有 5个熔化层陶 的影响 图片 传统的原位制备未烧结陶瓷体方法必须在提高温度的条件下进一步烧结，同时由于体积收缩可能会导致扭曲变形。因 为激光陶瓷熔覆是直接制备陶瓷层，每个陶瓷层在 Z 轴方向上的尺寸收缩可以通过后面填充的陶瓷层来补偿，因此，与传统的方法相比，尤其是在制造复杂部件方面，这种方法可以制造出更精密的陶瓷部件。 用激光熔覆陶瓷方法生产的产品的强度对于其工业应用非常重要。下面是根据美国材料实验协会标准（ 做的一个实验。用激光陶瓷熔覆方法生产的测试样件为 4543于对其进行三点强度测试。每层厚度为 叠为 50；激光的能量和扫面速度是可变的以获得 10J/能量密度。用三点弯曲强度测 试仪来测试所获得陶瓷部件的强度。样件的弯曲强度在 3 14图 5)之间改变。增加能量密度会使弯曲强度升高。当激光能量密度为 9J/，弯曲强度具有最大值 13果能量密度达到 10J/曲强度则降低到一个较低的值 12种现象是与对选择激光烧结方法制备的陶瓷部件的强度测试一致的，其原因可能是由于联结力的相互作用和微观裂纹的存在。高的能量会导致相邻两层陶瓷层更好的联结，但同时也会导致更多的裂纹。 4 结论 激光陶瓷熔覆通过烘干无机料浆薄膜来制备未烧结陶瓷体 ，并且其采用激光熔覆将未烧结陶瓷层转变成陶瓷层。在制备好一层致密的陶瓷层后，另外一层陶瓷层可以沉积在已制备的陶瓷层上，并且通过激光熔覆与已制备的陶瓷层结合在一起。体积的收缩可以通过后续填充的陶瓷层得到补偿。如果考虑到能量密度，所制备的陶瓷部件的强度具有最优值。因为，激光陶瓷熔覆不需要像柱烧过程那样将未烧结