我們通常所說的納米陶瓷（cí）材料（liào）是利用（yòng）納米粉體對現有陶瓷進行改（gǎi）性，通過往陶瓷中（zhōng）加入或生成納（nà）米級顆粒、晶須、晶片纖維等，使晶粒（lì）、晶界以及他們之（zhī）間的結合都達到納米水平，使材料的強度、韌性和超塑性大幅度提（tí）高。國（guó）內包括成都新柯力化工科技通過激光燒結，將納米陶瓷顆粒與無機粘土混合，通過激光燒結，借助激光快速加熱和冷卻的特性（xìng），將（jiāng）無（wú）機粘土燒結（jié）形成納米級的陶瓷晶粒。

 

而隨著3D打印技術的發（fā）展，國內外出現了通過SLM技術製備納米陶瓷增強鎳基高（gāo）溫合金，以及多相納米（mǐ）陶瓷顆粒增強Al基複合材料的工藝。通過（guò）材料的進步提升（shēng）產品（pǐn）的性（xìng）能（néng），這項技術或許如GE的小小“噴油嘴”一樣，對發動機的性能起到四兩撥千斤的大（dà）作用。本（běn）期，3D科學穀參考江蘇思萊姆（mǔ）智能（néng）科技所擁有（yǒu）的技術（shù）專利（lì）與穀友（yǒu）一起來領略（luè）國內在這一領（lǐng）域的探索。

 

 

不再粗化（huà）

的晶粒

 

納米陶（táo）瓷增強鎳基高溫合金在高溫下具有（yǒu）良好的組織穩定（dìng）性和使用可靠（kào）性（xìng），在整（zhěng）個高溫合金領域占有重要的地（dì）位，被廣泛地用來製造航空噴氣（qì）發動機、各種（zhǒng）工業燃氣（qì）輪機的最熱端部件。

 

航空發動機最重要的性能參數之一（yī）是推重比。隨著航空事業的發展（zhǎn），現代航（háng）空發動機不斷追求更高（gāo）的推（tuī）重（chóng）比。隨（suí）著（zhe）推重比的增加，必然（rán）導致高性能航空發（fā）動機渦輪進口溫度進（jìn）一步提高，解決發動機熱端部件材料的耐熱（rè）問題（tí）越來越凸顯其重要性。

 

然而, 納米陶瓷顆粒增強鎳基高溫合（hé）金（jīn）的製備比微米級和亞微米（mǐ）級的要複雜和困難的多。主要（yào）難點在於：

 

一：巨大的（de）比表麵所產（chǎn）生的表麵能使具有納米尺寸的物體之間存在極強的團聚作用，而且陶瓷顆粒與基（jī）體金屬密度差異大，易引發團聚，降低增（zēng）強相顆（kē）粒對基體（tǐ）金（jīn）屬的強化效（xiào）應；

 

二：納米陶瓷顆（kē）粒增強金（jīn）屬基複合材料在高溫製備時勢必會發生嚴（yán）重的界麵反應。陶（táo）瓷材料的高熔點以及（jí）其與基體材料的低潤濕（shī）性（xìng）和較大（dà）線膨脹係數（shù）差異會導致界（jiè）麵結合（hé）問題。

 

目前納米陶瓷（cí）顆粒增（zēng）強鎳基高溫合金傳統加工方法主要有粉末冶金法、鑄造、噴射沉積法、原位複（fù）合法等，這些方法都在處理材料組織的（de）微觀晶體（tǐ）結構方（fāng）麵存在一定的局限。

 

思萊姆智能科技納米陶瓷（cí）顆粒增強鎳基（jī）高溫（wēn）合（hé）金製備（bèi）方法采（cǎi）用的是選擇性激光融化技術3D打印技術，克（kè）服了傳統製備方法的局限, 改善了顆粒團聚和界麵結合問題，並且可以加工成複雜零件（jiàn）的形狀（zhuàng），而無需工裝夾具或模具的支持，同時在這個過程中, 材料利用率高。

 

思萊姆智能科技采用的激光工藝參數（shù）為：激光光斑直徑70~100μm，激光功率120~160W，激光掃描速率300~500mm/s，激光掃描間距50~90μm。 通（tōng）過粉末床鋪（pù）粉的技術來製造的複合材料產品，通過逐層鋪粉，逐層熔凝堆積，層層疊加，直至形成（chéng）三維零件。打印材料（liào）以粒徑為15~45μm的鎳基高溫合金為基體，以粒徑為40~100nm的CrC為增強相，CrC添加的重量百（bǎi）分比為複（fù）合材料基體的2.0~8.0%。冷卻速率約為105~106 K/s，由於（yú）凝固速（sù）度很（hěn）快，晶粒來不及長大（dà），仍然保持有納米顆粒的特性，所製造的零件組（zǔ）織細（xì）小致（zhì）密，且力學性能優異。

 

納米CrC顆（kē）粒混雜增強鎳基（jī）高溫（wēn）合金的複合材料零件具有良好的高溫耐腐蝕（shí）性、耐磨損性、高（gāo）溫蠕變性等性能優點，能夠滿足航空發動機熱端部件在高溫下的特殊性能（néng）要（yào）求；高能激光成形（xíng）方法適用於難加工材料的製（zhì）備和複雜（zá）零（líng）件的成（chéng）形；無需成形模具（jù），縮短（duǎn）了製造周期和成本。

 

除了納米陶瓷顆粒增強鎳（niè）基（jī）高溫合金，思萊姆智能科技還發明（míng）了（le）3D打印製造多相納米陶瓷顆粒增強Al基（jī）複合材料的技術。這種Al基複合材料具（jù）有（yǒu）均勻細（xì）化的顯微組（zǔ）織和（hé）優異的力學性能，具（jù）有高的（de）比強度和比剛度、高彈性模量、耐磨性能（néng）好、高（gāo）熱導率和低的熱膨脹係（xì）數的特點，綜合力學性能比相應材料的傳統鑄造或粉末冶金製品性能水（shuǐ）平提高25%以上。

 

思萊姆智能科技在多相納米陶瓷顆粒增強Al基複合材料的製備中選用複合材料（liào）基體為99.9%以上，粒度為25μm的AlSiMg 粉末，增強相為純度為99.9%以上，粒度為50μm的Al2O3，SiO2，TiN，TiC，ZnO，Y2O3粉末的複合（hé）體。通過選區激光融化（huà）技術，鋪粉厚度為50μm~70μm，激光光斑直徑為50μm~100μm，掃描間距為400μm~600μm，激光功率100W~150W，掃描速率為100mm/s~400 mm/s。 冷卻速率約為105~106 K/s，快速成形方法的熔化/凝固是一種高度非平衡過程，具有較高的過冷度（dù）和冷（lěng）卻速率。

 

顆粒增強鋁基複合（hé）材料因其具有優異性（xìng）能逐漸成為鋁（lǚ）基複合材料的研究重點，此（cǐ）類材料已經在（zài）航空航天（tiān）、汽車及微電子等領域獲得規模應用。