3D хэвлэх материалын хөнгөнцагааны нунтаг нээлт
Баруун Хойд Политехникийн Их Сургуулийн гэрэлд хатаах лаборатори руу алхаж байна3D хэвлэгч бага зэрэг дуугарч, лазер туяа керамик зуурмаг дотор яг таг хөдөлж байна. Хэдхэн цагийн дараа лабиринт шиг нарийн бүтэцтэй керамик цөм бүрэн дүүрэн харагдаж байна - үүнийг онгоцны хөдөлгүүрийн турбины ирийг цутгахад ашиглах болно. Төслийг хариуцаж буй профессор Су Хайжун эмзэг бүрэлдэхүүн хэсгийг зааж: "Гурван жилийн өмнө бид ийм нарийвчлалын талаар бодож ч зүрхэлдэггүй байсан. Гол нээлт нь энэхүү үл мэдэгдэх хөнгөн цагааны ислийн нунтагт нуугдаж байна" гэж хэлэв.
Нэгэн цагт хөнгөн цагааны керамик нь энэ салбарт "асуудалтай оюутан" шиг байсан.3D хэвлэх– өндөр бат бэх, өндөр температурт тэсвэртэй, сайн дулаалгатай боловч хэвлэсний дараа олон асуудалтай тулгардаг. Уламжлалт процессын үед хөнгөнцагааны нунтаг нь шингэн чанар муутай бөгөөд хэвлэх толгойг ихэвчлэн хаадаг; хайлуулах явцад агшилтын хэмжээ 15%-20% хүртэл өндөр байж болох бөгөөд маш их хүчин чармайлтаар хэвлэсэн эд ангиуд шатаж дуусмагц хэв гажиж, хагардаг; нарийн төвөгтэй бүтэц үү? Энэ нь бүр ч тансаг хэрэглээ юм. Инженерүүд санаа зовж байна: "Энэ зүйл бол зөрүүд уран бүтээлч шиг, зэрлэг санаатай ч хангалттай гаргүй."
1. Оросын томъёо: "Керамик хуяг" өмсөххөнгөн цагаанматриц
Эргэлтийн цэг нь анх материалын дизайны хувьсгалаас үүдэлтэй байв. 2020 онд Оросын Үндэсний Шинжлэх Ухаан Технологийн Их Сургуулийн (NUST MISIS) материалын эрдэмтэд хувьсгал хийх технологийг зарласан. Тэд хөнгөн цагааны ислийн нунтагыг зүгээр л холихын оронд өндөр цэвэршилттэй хөнгөн цагааны нунтагыг автоклавт хийж, гидротермаль исэлдэлтийг ашиглан хөнгөн цагаан бөмбөлөг дээр нано түвшний хуягны давхарга тавьсантай адил хөнгөн цагааны бөөм бүрийн гадаргуу дээр нарийн хянаж болох зузаантай хөнгөн цагааны ислийн хальсны давхаргыг "ургуулсан". Энэхүү "цөм бүрхүүлийн бүтэц" нунтаг нь лазер 3D хэвлэх (SLM технологи) үед гайхалтай гүйцэтгэлийг харуулдаг: хатуулаг нь цэвэр хөнгөн цагаан материалаас 40% өндөр бөгөөд өндөр температурын тогтвортой байдал нь нисэхийн зэрэглэлийн шаардлагыг шууд хангаж, эрс сайжирсан.
Төслийн удирдагч, профессор Александр Громов тод жишээг дурдсан: “Өмнө нь нийлмэл материалууд нь салаттай адил байсан - тус бүр нь өөрийн гэсэн ажлыг хариуцдаг байсан; бидний нунтаг нь сэндвичтэй адил - хөнгөн цагаан ба хөнгөнцагаан исэл нь давхаргаар бие биенээ хаздаг бөгөөд аль нь ч нөгөөгүйгээрээ байж чадахгүй.” Энэхүү бат бөх холболт нь материалыг нисэх онгоцны хөдөлгүүрийн эд анги, хэт хөнгөн кузовын хүрээнд өөрийн чадвараа харуулах боломжийг олгодог бөгөөд тэр ч байтугай титан хайлшийн нутаг дэвсгэрт сорилт тавьж эхэлдэг.
2. Хятадын мэргэн ухаан: керамик эдлэлийг "тохируулгын" ид шид
Хөнгөн цагааны исэл керамик хэвлэх хамгийн том асуудал бол хайлуулах агшилт юм - та шавар дүрсийг сайтар зуурсан гэж төсөөлөөд үз дээ, тэгээд зууханд ормогц төмсний хэмжээтэй болтлоо агшсан. Энэ нь хэр их нурах вэ? 2024 оны эхээр Баруун хойд политехникийн их сургуулийн профессор Су Хайжуны багийн Материалын шинжлэх ухаан ба технологийн сэтгүүлд нийтэлсэн үр дүн нь салбарыг огцом хөдөлгөсөн: тэд агшилтын хэмжээ ердөө 0.3% байдаг бараг тэг агшилттай хөнгөн цагааны керамик цөмтэй болсон.
Нууц нь нэмэх явдал юмхөнгөн цагаан нунтагхөнгөнцагаан исэлд оруулаад дараа нь яг тодорхой "агаар мандлын ид шид"-ийг тоглоорой.
Хөнгөн цагааны нунтаг нэмэх: 15%-ийн нарийн хөнгөн цагааны нунтагыг керамик зутан дээр холино
Агаар мандлыг хянах: Хөнгөн цагааны нунтаг исэлдэхээс сэргийлж, хайлуулах эхэнд аргон хийн хамгаалалтыг ашиглана уу
Ухаалаг унтраалга: Температур 1400°C хүртэл нэмэгдэхэд агаар мандлыг гэнэт агаарт шилжүүлнэ
Байранд нь исэлдэх: Хөнгөн цагааны нунтаг нь дусал болон шууд хайлж, хөнгөн цагааны исэл болж исэлддэг бөгөөд эзэлхүүний тэлэлт нь агшилтыг нөхдөг.
3. Биндэрийн хувьсгал: хөнгөн цагааны нунтаг "үл үзэгдэх цавуу" болж хувирав
Орос, Хятадын багууд нунтаг өөрчлөлт хийх чиглэлээр шаргуу ажиллаж байгаа ч өөр нэг техникийн зам чимээгүйхэн боловсорч гүйцсэн нь хөнгөн цагааны нунтагыг холбогч болгон ашиглах явдал юм. Уламжлалт керамик3D хэвлэхХолбогч бодисууд нь ихэвчлэн органик давирхай бөгөөд тосгүйжүүлэх явцад шатахад цоорхой үлддэг. Дотоодын багийн 2023 оны патент нь өөр арга барилыг баримталдаг: хөнгөн цагааны нунтагыг усан суурьтай холбогч болгон хувиргадаг47.
Хэвлэх явцад цорго нь хөнгөн цагааны ислийн нунтаг давхарга дээр 50-70% хөнгөн цагааны нунтаг агуулсан "цавуу"-г нарийн шүршинэ. Тосгүйжүүлэх үе шатанд вакуум соруулж, хүчилтөрөгч дамжуулж, хөнгөн цагааны нунтагыг 200-800°C-д хөнгөн цагааны исэлд исэлдүүлдэг. 20%-иас дээш эзэлхүүн тэлэх шинж чанар нь нүх сүвийг идэвхтэй дүүргэж, агшилтын хэмжээг 5%-иас бага болгон бууруулах боломжийг олгодог. "Энэ нь шатыг буулгаж, шинэ хана барьж, өөрийн нүхийг дүүргэхтэй адил юм!" гэж нэгэн инженер тайлбарласан байдаг.
4. Бөөмийн урлаг: бөмбөрцөг нунтагын ялалт
Хөнгөн цагааны ислийн нунтагийн "гадаад төрх" нь гэнэтийн байдлаар нээлтийн түлхүүр болсон бөгөөд энэ төрх нь бөөмийн хэлбэрийг илэрхийлдэг. 2024 онд "Open Ceramics" сэтгүүлд нийтлэгдсэн нэгэн судалгаагаар бөмбөрцөг хэлбэртэй болон жигд бус хөнгөн цагааны ислийн нунтагуудын хайлсан тунадасжилт (CF³) хэвлэх үеийн гүйцэтгэлийг харьцуулсан байна.
Бөмбөрцөг хэлбэртэй нунтаг: нарийн ширхэгтэй элс шиг урсдаг, дүүргэлтийн хэмжээ 60%-иас давсан, хэвлэх нь жигд, торгомсог
Тогтмол бус нунтаг: том ширхэгтэй элсэн чихэр шиг гацсан, зуурамтгай чанар нь 40 дахин өндөр, цорго нь ашиглалтын хугацааг эргэлзүүлэхийн тулд бөглөрсөн байна
Бүр илүү сайн нь бөмбөрцөг нунтагаар хэвлэсэн эд ангийн нягтрал нь хайлшийн дараа 89%-иас амархан давж, гадаргуугийн өнгөлгөө нь стандартад шууд нийцдэг. “Одоо хэн “муухай” нунтаг хэрэглэсээр байна вэ? Шингэн чанар бол байлдааны үр нөлөө!” гэж нэгэн техникч инээмсэглэн дүгнэлээ.
Ирээдүй: Од, тэнгис жижиг, үзэсгэлэнтэй зүйлстэй зэрэгцэн оршдог
Хөнгөн цагааны нунтаг 3 хэмжээст хэвлэлийн хувьсгал дуусаагүй байна. Цэргийн салбар турбо сэнсний ир үйлдвэрлэхэд бараг тэг агшилтын цөмийг ашиглахад тэргүүлж байна; биоанагаахын салбар нь био нийцтэй байдалд нь анхаарлаа хандуулж, захиалгаар хийсэн ясны суулгац хэвлэж эхэлжээ; электроникийн салбар дулаан ялгаруулдаг субстратыг чиглүүлж байна - эцсийн эцэст хөнгөн цагааны дулаан дамжуулалт ба цахилгаан бус дамжуулалт нь орлуулшгүй юм.