激光选区烧结多孔堇青石/碳纤维复合材料的工艺及性能研究 
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Process and Performance of Selective Laser Sintered Porous-Cordierite/Carbon-Fiber Composites
1 苏州市职业大学机电工程学院, 江苏 苏州 215104
2 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
图 & 表
图 1. 碳纤维的表面微观形貌。(a) 140倍;(b) 5000倍
Fig. 1. Surface micro-morphology of carbon fiber. (a) Magnification by 140; (b) magnification by 5000
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图 2. SLS工艺对初胚的影响。(a)精度误差;(b)孔隙率
Fig. 2. Effect of SLS process on green parts; (a) Accuracy error; (b) porosity
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图 3. 初胚的抗压强度随激光扫描速度的变化
Fig. 3. Compressive strength of green parts versus laser scanning speed
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图 4. 烧结温度对陶瓷试样的影响。(a)精度误差;(b)孔隙率
Fig. 4. Effect of sintering temperature on ceramic sample. (a) Accuracy error; (b) porosity
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图 5. 不同烧结温度下陶瓷试样的表面显微形貌。(a)(b) 1350 ℃;(c)(d) 1375 ℃;(e)(f) 1400 ℃;(g)(h) 1425 ℃
Fig. 5. Surface micro-morphologies of ceramic samples at different sintering temperatures; (a)(b) 1350 ℃; (c)(d) 1375 ℃; (e)(f) 1400 ℃; (g)(h) 1425 ℃
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图 6. 原始粉末、初胚和不同烧结温度下陶瓷试样的XRD结果
Fig. 6. XRD patterns of original powders, green parts and ceramic samples sintered at different temperatures
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图 7. 不同烧结温度下陶瓷试样的抗压强度
Fig. 7. Compressive strengths of ceramic samples sintered at different temperatures
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图 8. 优化工艺条件下成形的陶瓷试样。(a)高温烧结后零件;(b)设计图
Fig. 8. Formed ceramic sample under optimal process parameters. (a) Parts after high-temperature sintering; (b) design drawing
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表 1堇青石粉末的化学成分
Table1. Chemical compositions of cordierite powder
| Component | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | MgO | Na2O3 | Others |
|---|
| Mass fraction /% | 50.4 | 34.58 | 0.46 | 13.1 | 0.032 | 1.428 |
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表 2SLS正交实验工艺参数
Table2. Process parameters for orthogonal experiment by SLS
| Parameter | Level 1 | Level 2 | Level 3 |
|---|
| Laser power /W | 11 | 13 | 15 | | Scanning speed /(m·s-1) | 3 | 4 | 5 | | Scan line spacing /μm | 120 | 150 | 180 |
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表 3SLS成形正交实验结果
Table3. Orthogonal experimental results of formation by SLS
| Laserpower /W | Scanning speed /(m·s-1) | Scanlinespacing /μm | Porosity /% | Diametererror /% | Heighterror /% |
|---|
| 11 | 3000 | 120 | 77.42 | 0.075 | 5.8 | | 11 | 4 | 150 | 77.64 | 2.025 | 4.2 | | 11 | 5 | 180 | 78.41 | 2.525 | 2.65 | | 13 | 3 | 150 | 78.47 | 3.8 | 4.45 | | 13 | 4 | 180 | 77.69 | 1.125 | 6.45 | | 13 | 5 | 120 | 77.10 | 1.1 | 5.1 | | 15 | 3 | 180 | 77.20 | 0.05 | 8.25 | | 15 | 4 | 120 | 77.40 | 0.4 | 9.8 | | 15 | 5 | 150 | 77.04 | 1.575 | 5 |
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朱学超, 唐萍, 杨益, 魏青松. 激光选区烧结多孔堇青石/碳纤维复合材料的工艺及性能研究[J]. 激光与光电子学进展, 2018, 55(12): 121405. Xuechao Zhu, Ping Tang, Yi Yang, Qingsong Wei. Process and Performance of Selective Laser Sintered Porous-Cordierite/Carbon-Fiber Composites[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2018, 55(12): 121405.
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