1 三峡大学石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心，湖北 宜昌 443002
2 三峡大学机械与动力学院，湖北 宜昌 443002
传统成型工艺制备的导电复合材料内部导电通路分布不可控，且难以实现复合材料的电学与力学性能的匹配。利用选择性激光烧结技术快速制备了类金刚石结构石墨骨架素坯，并经过二次固化、真空压力浸渍酚醛树脂溶液以及高温碳化等后处理工艺改善石墨骨架电学以及力学性能，并将环氧树脂与之“复合”，制备了石墨/环氧树脂复合导电材料。通过正交试验，研究了石墨骨架结构特征参数对导电复合材料的电导率和抗弯强度的影响。研究结果表明：键半径R为决定复合材料电导率的主要因素，但对于其抗弯强度为较次要因素；键长L对复合材料的电导率和抗弯强度皆为较主要因素；当键长为6 mm、键半径为1.4 mm、键角为120°时，可获得力学性能和导电性能相协同的新型导电复合材料。
选择性激光烧结 导电复合材料 正交试验 电导率 抗弯强度 selective laser sintering conductive composity orthogonal test electrical conductivity bending strength
南京邮电大学 电子与光学工程学院，柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
荧光玻璃陶瓷结合了荧光粉优异的发光性能和玻璃基质良好的热导率及热稳定性的特点，已在高功率白光LED乃至激光照明领域引起了广泛的关注。本文采用一种选择性激光（CO2激光器）烧结技术，制备了YAG∶Ce荧光玻璃陶瓷，并研究了其荧光发光性能以及构筑的白光LED的器件性能。与传统的重熔融或固相烧结方法不同，选择性激光烧结技术仅对局部加热且升/降温速率大，因此该方法具有节能和快速的特点。研究表明，选用适当的激光功率（24 W）、扫描速度（135 mm/s）和扫描间隔（9 μm）等参数，可制备出形貌较好的YAG∶Ce荧光玻璃陶瓷；经过630 ℃热处理1 h消除应力后，其呈现出Ce3+离子典型的4f→5d能级跃迁对应的宽带激发光谱（峰值为340 nm和455 nm）以及5d→4f能级跃迁对应的宽带发射光谱（峰值为570 nm），量子效率达82%；与450 nm蓝光LED芯片（3.11 V，0.30 A）组合后，可实现92 lm的白光输出，流明效率为98 lm/W，显色指数为69，色温为5 001 K，色坐标为（0.34，0.35）。以上结果表明，该方法在制备荧光玻璃陶瓷中具有重要的应用潜力。
荧光玻璃陶瓷 Ce3+掺杂 选择性激光烧结 白光发光二极管 glass ceramic phosphor Ce3+ doped selective laser sintering white light-emitting diodes
将选区激光烧结（SLS）技术应用于聚醚醚酮（PEEK）等高性能聚合物的制备，为严苛使用条件下复杂构件的制造提供了一种新的选择。研究了SLS制备PEEK材料的微观结构、成形缺陷与力学性能之间的关系。采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和微计算机断层扫描（Micro-CT）对SLS制备的PEEK样品进行微观结构和成形缺陷的分析表征，包括结晶程度、孔隙、未熔合缺陷等。使用万能材料试验机进行室温力学性能测试，并与传统注塑（IM）样品对比。研究结果表明，SLS制备的PEEK样品具有较高的结晶度，其弹性模量和耐热性皆优于IM PEEK，但SLS PEEK样品的强度和塑性较IM PEEK低，拉伸强度为（86.5±3.3）MPa，弯曲强度为（161.9±23.7）MPa，断裂伸长率仅为（2.1±0.2）%。结合断口形貌观察和Micro-CT缺陷分析，对SLS制备过程中缺陷的形成机理及其对力学性能的影响作用进行了讨论，SLS成形过程中产生的层间大尺寸缺陷是导致强度较低和延展性较差的主要原因。
激光技术 选区激光烧结 聚醚醚酮 缺陷 力学性能 微计算机断层扫描 中国激光
2023, 50(20): 2002305
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100864
3 3.中国科学院 金属研究所, 沈阳 110016
4 4.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
Al/SiC是SiC基复合材料, 具有优异的力学性能和热学性能, 在大功率电子器件、5G基站关键冷却组件、电动汽车、高速刹车片、空间探测器操作装置等相关领域具有不可替代的作用。传统制备工艺的局限性使得近净成形的无压浸渗法成为制备Al/SiC复合材料的一种较好的方法。得到高质量的碳化硅(SiC)陶瓷素坯是熔渗技术的先决条件, 选区激光烧结技术是获得高质量陶瓷素坯的一种新方法。该方法具有快速、高效的优点, 无需模具即可成型制备大规模、复杂形状部件。本研究以热塑性酚醛树脂为黏结剂, 利用机械混合与喷雾造粒的方法制备了复合粉体, 采用选区激光烧结技术制备SiC素坯, 制备了黏结剂体积分数低至15%的样品, 并对其力学性能和微观结构进行表征。当树脂含量增大到体积分数25%时, SiC坯体的强度增量为702.1%。对于喷雾造粒粉体制备的样品而言, 喷雾干粉的多孔结构使得SiC生坯的孔隙率较高(71.18%), 导致生坯强度下降。
Al/SiC 选区激光烧结 素坯 微结构 Al/SiC selective laser sintering green body microstructure
三峡大学机械与动力学院, 石墨增材制造宜昌市重点实验室, 湖北 宜昌 443002
利用选择性激光烧结技术制备的3D石墨/陶瓷复合材料疏松多孔, 力学性能和导热系数均较不佳, 研究了不同的混合粉末组成和不同的后处理工艺方案对石墨/陶瓷复合材料导热性能和抗压强度的影响。研究结果表明, 通过添加高纯硅粉高温原位烧结反应生成碳化硅增强相使得复合材料抗压强度和导热性能有所增加；加入可膨胀石墨粉末因增加了闭气孔率, 导致其抗压强度和导热性能有所降低, 但后者下降幅度更为明显；通过真空压力浸渍酚醛树脂溶液和硅溶胶溶液, 3D石墨/陶瓷复合件的抗压强度和导热系数均有较大幅度的提升；最终制备了抗压强度为13.04 MPa, 导热系数为1.94 W/(m·K)的3D石墨/陶瓷复合铸型, 成功地用于铸钢件多次重复浇铸, 通过对铸件缺陷和使用成本进行分析, 所制备出的石墨/陶瓷复合件有望替代传统的水玻璃砂型。
石墨/陶瓷复合材料 选择性激光烧结成型 后处理工艺 混合粉末 性能调控 graphite/ceramic composites selective laser sintering molding post-treatment process mixed powder property control
1 南方电网科学研究院有限责任公司 特高压工程技术（昆明、广州）国家工程实验室，广东 广州 510663
2 强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学），湖北 武汉 430074
选择性激光烧结技术（SLS）发展迅速，技术成熟度高，可以打印任意复杂形状的结构，而传统注塑工艺很难制备某些具有复杂结构的绝缘件，因此SLS技术在制作复杂的绝缘结构方面具有显著优势。然而不同的烧结工艺参数对烧结件的性能具有较大影响。研究了不同激光功率下尼龙12烧结件密度和绝缘性能的变化规律及成因。选取不同的激光功率进行测试，以烧结件的密度、击穿场强、电导率和相对介电常数为指标，综合选取最优的激光功率。分析了尼龙12在烧结过程中的热氧化降解机理，烧结件的热氧化降解是导致烧结件性能劣化的主要原因。结果表明：在激光功率变化范围内，烧结件的密度和绝缘性能呈先提升后稳定再劣化的规律；最优的激光功率为9 W，对应的扫描速度为3000 mm/s，扫描间距为0.1 mm，此时尼龙12烧结件的密度为1.0106 g/cm3，直流击穿场强为81.57 kV/mm，电导率为4×10−13 S/cm。
选择性激光烧结 激光功率 热氧化降解 绝缘性能 密度 SLS laser power thermal oxidative degradation insulation properties density 红外与激光工程
2021, 50(S2): 20200474
三峡大学机械与动力学院，水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室，湖北 宜昌 443002
研究不同的酚醛树脂加入量、不同粒径的石墨粉末以及包覆预处理次数对石墨成形件的抗弯强度和成形精度影响，分析其变化规律，揭示石墨增材制造成形机理。研究发现：石墨成形件的抗弯强度、成形误差随着酚醛树脂粉末加入量的增加而增大；与-325目、-200目和-150目相比，用-100目天然鳞片石墨粉末与酚醛树脂粉末按6∶4的质量比制备的混合粉末，其成形件的抗弯强度最佳，达到1.93 MPa；对石墨粉末进行包覆预处理，既有助于提高石墨成形件的力学性能，又可以降低粉末的导热系数，从而提高成形件的成形精度，当包覆次数为2时，其抗弯强度达到2.976 MPa，X、Y和Z方向的尺寸相对误差分别为8.42%、8.45%和13.05%。此外，快速制造出类金刚石结构的多孔石墨骨架，实现了强度与精度的协同。
激光光学 选择性激光烧结 石墨成形件 成形精度 抗弯强度 成形机理 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0914005
北京航空航天大学机械工程及自动化学院, 北京 100191
随着微电子器件需求日益迫切,由纳米材料构造的微纳结构在降低尺度并获得特征性能上有着极大的优势。纳连接是从纳米材料构筑微纳结构的有效途径,目前实现纳连接的手段主要包括热烧结、激光烧结等。对比研究了不同连接方法形成的银电极的电学性能及微观结构,并对银纳米材料间的连接机理进行了分析。结果表明,相比于自连接及热烧结,激光烧结在降低电阻率及保持纳米结构方面有着独特的优势,在激光诱导下,银纳米带可在低温下实现互连,形成交联网络结构,从而降低银电极的电阻率,并显著改善其柔韧性。激光烧结电极的电阻率低至1.88×10 -7 Ω·m,同时具有较好连接强度,经3000次弯折后电阻变化率仅为21.26%。
激光制造 银纳米带 自连接 激光烧结 纳米连接 银电极
1 文华学院机械与电气工程学部, 湖北 武汉430074
2 华中科技大学机械工程学院, 湖北 武汉430074
采用扩散冷却型激光器进行激光烧结金刚石微粉与金属粉末压坯试验, 研究了激光参数对金刚石微粉与金属粉末结合性能的影响, 分析了烧结体的烧结性能及耐磨性。结果表明: 光斑直径为8.5 mm时, 在激光功率550 W、扫描速度1 100 mm/min烧结条件下可获得金刚石颗粒、金属粉末二者具有最佳结合性能的烧结体。
激光烧结 金刚石微粉压坯 工艺参数 工艺与机理 laser sintering compact of diamond fine powders sintering technical parameters sintering mechanism
南京理工大学 机械工程学院, 江苏 南京 210094
针对激光烧结导电线路内部会产生大量气孔阻碍导电性能进一步提升的问题, 通过单因素试验研究工艺参数对导电线路形貌变化的影响规律, 明确导电线路的烧结特性后提出了变参数的烧结方法来抑制气孔成形。该方法首先依据烧结导电线路时发生的形貌变化来选取满足条件的烧结参数, 然后通过单因素试验确定最优烧结方式, 最后检测最优方式烧结后导电线路的气孔情况和微观组织来验证和分析该方法的有效性。结果表明, 激光功率显著影响导电线路的形貌变化, 低功率烧结时导电线路体积收缩, 高功率烧结时导电线路体积膨胀, 基于导电线路烧结特性形成的最优烧结方式不仅能够有效抑制气孔成形, 而且提高了35.6%的导电性能。该研究基于烧结工艺方法来获得气孔较少、导电性能良好的导电线路, 对电子产品中成形质量优良的导电线路具有积极意义。
激光烧结 形貌变化 变参数烧结 抑制气孔 导电性能 laser sintering morphology change variable parameter sintering suppression of stomata electrical conductivity
