我（wǒ）們通常所說的納米（mǐ）陶瓷材料是利用納米（mǐ）粉體對現有陶瓷（cí）進行改性，通過往陶瓷中加入或生成納米級顆粒、晶須、晶片纖維（wéi）等，使晶粒、晶界（jiè）以及他們之間的結合都達到納米水平，使（shǐ）材料的強度、韌性和超塑性大幅度（dù）提高。國內包（bāo）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（hún）合，通過激光燒結，借助激光快速加熱和（hé）冷卻的特性（xìng），將無機粘土燒結形成納米級的陶瓷晶粒。

 

而隨著3D打（dǎ）印技術的發展，國內外出現了（le）通（tōng）過SLM技術製備納米陶瓷增強（qiáng）鎳基高溫合金，以及多相納（nà）米陶（táo）瓷顆粒（lì）增強Al基複合材料的工藝。通過材料的（de）進步提升產品的性能，這項技術或許如GE的小小“噴油（yóu）嘴”一樣，對發動機的性能（néng）起到四兩撥千斤的大作用。本（běn）期，3D科學穀（gǔ）參考江蘇思萊姆智能科（kē）技所擁（yōng）有的技術專利與穀友一起來領略國內在這一領域的探索。

 

 

不（bú）再粗化

的晶粒（lì）

 

納米陶瓷增強鎳基高溫合金在高溫下具有良好的組織穩定性和使用可（kě）靠性，在（zài）整個高溫合金領域占有重要的（de）地位，被廣泛地用來（lái）製（zhì）造航空噴（pēn）氣發動（dòng）機、各種工業燃氣輪機的最（zuì）熱端部件。

 

航空發動機最重要的性能參數之一是推重比。隨著航空事業（yè）的發（fā）展（zhǎn），現（xiàn）代航空發動機不斷追（zhuī）求更高的推重（chóng）比。隨著推重比的增加，必然導致高性（xìng）能航空發動機（jī）渦輪進口溫度進一步提高，解決發動機熱端部件（jiàn）材料的耐熱問題越來越（yuè）凸顯其重要性。

 

然而, 納米陶瓷（cí）顆粒（lì）增（zēng）強鎳基高溫合金的製（zhì）備比微米級和亞微米（mǐ）級的要複雜和困（kùn）難的（de）多。主要難點在於：

 

一：巨大的比表麵所產生的表麵能使具（jù）有納米尺寸的物體之間存在極強的團聚作（zuò）用，而且陶瓷顆粒（lì）與基體金屬密度差異（yì）大，易引發團聚，降低增強相顆粒對基體金屬的強化效應；

 

二：納米陶瓷（cí）顆粒增強金屬（shǔ）基複合材料在高溫製備時勢必會發生嚴重的界麵反應。陶瓷材料的高熔點以及其與基體材料的低（dī）潤濕性（xìng）和較大線膨脹係數差異會導致界麵（miàn）結合問題。

 

目前納米（mǐ）陶瓷顆粒（lì）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（zào）、噴射沉積法、原位複（fù）合法等，這些（xiē）方法都在處（chù）理材料（liào）組織的（de）微觀晶體結構方麵存在（zài）一定的（de）局限。

 

思萊姆（mǔ）智能科技（jì）納米陶瓷顆粒增強鎳基高溫合金製備方法采用的（de）是選擇性激光融（róng）化技術3D打印技術，克（kè）服（fú）了傳統製（zhì）備方法的局限, 改善了顆粒團聚和（hé）界麵結合問題，並且可以加工成複雜零件的形狀，而無需工裝（zhuāng）夾具或模（mó）具的（de）支持，同時在這個過程中, 材料利（lì）用率高。

 

思（sī）萊姆智能科技（jì）采用（yòng）的激光工藝參數為：激（jī）光光斑直徑70~100μm，激光功率120~160W，激光掃描速率300~500mm/s，激（jī）光掃描間（jiān）距50~90μm。 通過粉末床鋪粉的技（jì）術來製造的複合（hé）材料產（chǎn）品，通過逐層鋪粉，逐層熔凝堆（duī）積，層層疊加，直至形成三維（wéi）零件。打印材料以粒徑為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添加的重量百分（fèn）比為複合材料基體的2.0~8.0%。冷卻速率約為105~106 K/s，由於凝固速度很（hěn）快（kuài），晶（jīng）粒來不及長大（dà），仍然保（bǎo）持有納米顆粒的特性，所製造的（de）零件組（zǔ）織細（xì）小致密，且（qiě）力學性（xìng）能優異。

 

納米CrC顆粒混（hún）雜增強鎳基高溫合金的複合材料（liào）零件具有良好的高（gāo）溫耐腐蝕性、耐磨損（sǔn）性、高溫蠕變性等（děng）性能優點，能夠滿足航空發動機熱端部件在高溫下（xià）的特殊性能要求；高能激光成形方法適用於難加工材料的製（zhì）備和複雜零件的成形；無需成（chéng）形模（mó）具，縮短了製造周（zhōu）期和成本。

 

除了納米（mǐ）陶瓷（cí）顆粒增強鎳基高溫合金，思（sī）萊姆智能科技還（hái）發（fā）明了3D打印製（zhì）造（zào）多相納米陶瓷顆粒（lì）增強Al基複合材料的技術。這種Al基複合（hé）材料具有均勻細（xì）化的顯微（wēi）組織（zhī）和優異（yì）的力學性能，具有高的比強度和比剛度、高彈性模量、耐磨性能好、高熱導率和（hé）低的熱膨脹係數的特點，綜合力（lì）學性能比相應材料的傳統鑄造或粉末冶（yě）金製品性能水平提（tí）高25%以上。

 

思萊姆智能科技在多相（xiàng）納米（mǐ）陶瓷顆粒增強Al基複合材料的製備中選用複合材（cái）料基體為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（wéi）50μm的Al2O3，SiO2，TiN，TiC，ZnO，Y2O3粉末的複合體。通過選區激光融化技術，鋪粉厚度為（wéi）50μm~70μm，激光光斑直徑為50μm~100μm，掃描（miáo）間距（jù）為400μm~600μm，激光功率100W~150W，掃描速率為100mm/s~400 mm/s。 冷卻速率（lǜ）約為105~106 K/s，快速成形（xíng）方法的熔化/凝固（gù）是一（yī）種高度非平衡過程，具有較（jiào）高的過冷度和（hé）冷卻速率。

 

顆粒增強鋁基（jī）複合材料因其具有優異性能逐漸成（chéng）為鋁基複合材料的（de）研究重點，此類材料已經在航空航天、汽車及微電子等領域獲得（dé）規模應用（yòng）。