Se utiliza un método llamado negativo fabricación aditiva para producir cerca de piezas de carburo de boro forma complejos completamente denso de varias escalas de longitud. Esta técnica es posible a través de la formulación de una nueva suspensión con resorcinol-formaldehído como un único agente gelificante que deja atrás un carbono homogéneo sinterización ayuda después de pirólisis.
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Artículo de método
Fabricación aditiva negativa del complejo en forma de carburos de boro
En este artículo
Resumen
Resumen
Carburo de boro (B4C) es uno de los materiales más duros en existencia. Sin embargo, esta atractiva propiedad limita también su maquinabilidad en formas complejas para alto desgaste, alta dureza y peso ligero material aplicaciones, como armaduras. Para superar este desafío, negativa fabricación aditiva (AM) se emplea para producir geometrías complejas de carburos de boro en varias escalas de longitud. AM negativa implica primero gelcasting una suspensión en un molde de plástico impreso en 3D. El molde entonces se disuelve, dejando un cuerpo verde como una copia negativa. Resinas de resorcinol-formaldehído (RF) se utiliza como gelificante novela porque a diferencia de los hidrogeles tradicionales, hay poco a ninguna contracción, que permite para que moldes extremadamente complejos ser utilizado. Además, este agente gelificante se puede pyrolyzed para dejar ~ 50 wt % de carbono, que es una ayuda altamente eficaz de sinterización para B4C. debido a esta distribución muy homogénea en situ carbono dentro de la matriz de B4C, porosidad menor al 2% se logra después de sinterizar. Este protocolo pone de relieve con detalle la metodología para la creación de cerca de piezas de carburo de boro totalmente denso con geometrías muy complejas.
Introducción
Carburo de boro (B4C), con un Vickers dureza de alrededor de 38 GPa, se conoce como la tercera más material disponible en el mercado, detrás de diamante (~ 115 GPa) y nitruro de boro cúbico (~ 48 GPa). Esta propiedad en particular, junto con una baja densidad (2,52 g/cm3), lo hace atractivo para aplicaciones de defensa como armaduras1. B4C también tiene un alto punto de fusión, resistencia de desgaste superior y absorción de neutrones alta Cruz sección2,3,4. Sin embargo, la utilización de estas propiedades mecánicas fav....
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Protocolo
PRECAUCIÓN: Por favor consulte con las hojas de datos de seguridad (SDS) de todos los materiales y utilice equipo de protección adecuado (EPI) que manipule materiales antes de fundición y curado. Imina de resorcinol y polietileno son conocidos por ser tóxicos. El formaldehído es tóxico y cancerígeno20. Preparación de suspensiones cerámicas debe hacerse en campanas químicas u otros entornos de trabajo bien ventilado.
1. negativa de fabricación aditiva
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Preparación de una suspensión de dos piezas de 120 mL
Nota: Se preparará una suspensión de dos partes para ayudar a prolongar la vida útil....
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Resultados
Siguiendo el procedimiento delineado (figura 1), partes de carburo de boro forma complejos con el carbón (B4C/C) pueden ser sinterizadas hasta 97,6 ± 0,4% de densidad máxima teórica con dureza de Vicker de 23.0 ± 1.8 promedio8. Se han demostrado varios posibles ejemplos de piezas sinterizadas de C/C de4B (figura 2). Estos ejemplos muestran las características de texturas finas que pue.......
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Discusión
La metodología de fabricación aditiva negativo descrito en el protocolo permite piezas de carburo de boro forma complejos que se producirán en densidad casi completo después de sinterizar en una temperatura óptima de 2290 ° C. Los primeros pasos de varios relacionados con preparación y fundición son los más críticos para la generación de una alta calidad con mínimos defectos. Si la viscosidad de la suspensión es demasiado alta, se producirá la mezcla pobre. La porosidad de la pieza sinterizada también se ve afectada ya q.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Este trabajo fue realizado bajo los auspicios del Departamento de energía estadounidense por Lawrence Livermore National Laboratory bajo contrato DE-AC52-07NA27344. Lanzamiento IM LLNL-JRNL-750634.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Polvo de carburo de boro 1250F | Cerámica Tetrabor | Lote 211M419 | >96% de pureza |
| Polvo de carburo de boro 1500F | Cerámica Tetrabor | Lote 209M102/9 | >96% pureza |
| Polvo de carburo de boro 3000F | Cerámica Tetrabor | Lote 111m53/9 | >96% de pureza |
| Polietileno Imine (PEI) | Sigma Aldrich | MKBP3417V | MW promedio ~ 25,000 por L.S. |
| Resorcinol | Sigma Aldrich | MKBG6751V | BioXtra, ≥ 99% |
| Formaldehído | Fisher Scientific | F79-1 | 37% en peso; Estabilizado con 10-15% de metanol |
| ácido acético | Sigma Aldrich | SKU 695092 | Glacial ≥ 99.7% |
| Acetona | Sigma Aldrich | SKU 179124 | ACS Reactivo Grado ≥ 99.5% |
| Agua | LLNL Mezclador planetario interno (Milli-Q) | ||
| Thinky | AR-250 | Para contenedores Thinky de 150 ml y 300 ml | |
| Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) filamento de plástico | eSUN | Color natural | |
| Taz 6 (impresora 3D) | Lulzbot | FDM Impresora 3D | |
| 4%H2/96%Ar gas | Aire Gas | UHP | 4% Hidrógeno, equilibrado Argón |
| Helio gas | Aire Gas | UHP | Helio |
| Horno de calentamiento | Neytech | Vulcan 9493308 | Horno para 80 ° Horno de tubo de |
| Applied Test Systems, Inc. | LEA 05-000075 | Horno para 1050 ° C Carbonización | |
| Horno de grafito | Thermal Technology LLC | Horno de sinterización | |
| Microscopio electrónico de barrido (SEM) | Jeol | JSM-7401F Medidor | |
| pH | Thermo Scientific | Orion 4 estrellas | calibrado con patrones tampón |
| Reómetro | TA Instrument | AR2000ex | Para la medición de la viscosidad |
| Difractómetro de rayos X (XRD) | Balanza analítica avanzada | AX D8 | |
| Mettler Toledo | XS104 | ||
| Bruker EVA | Software de análisis XRD |
Referencias
- An, Q. Prediction of superstrong τ -boron carbide phase from quantum mechanics. Physical Review B. 95 (10), 100101(2017).
- Thévenot, F. Boron carbide - A comprehensive review. Journal of the European Ceramic Society. 6, 205-225 (1990).
- Lee, H., Speyer, R. F. Pressureless sintering of boron carbide. Journal of the American Ceramic Society....
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Reimpresiones y permisos
