Fabrication Additive négative du complexe en forme de carbures de bore

Résumé

Une méthode appelée fabrication additive négative sert à produire près de pièces de carbure de bore en forme complexe entièrement dense de diverses échelles de longueur. Cette technique est possible par l’intermédiaire de la formulation d’une nouvelle suspension impliquant la résorcine-formaldéhyde comme agent gélifiant unique qui laisse derrière lui un carbone homogène frittage aide après pyrolyse.

Résumé

Carbure de bore (B₄C) est un des matériaux plus difficiles dans l’existence. Toutefois, cette propriété attrayante limite également son machinabilité dans des formes complexes pour usure élevée, dureté élevée et légères applications matérielles telles que les armures. Pour relever ce défi, fabrication additive négative (AM) est employée pour produire des géométries complexes de carbures de bore à diverses échelles de longueur. AM négatif implique tout d’abord gelcasting une suspension dans un moule en plastique imprimés 3D. Le moule est ensuite dissous, laissant derrière eux un corps vert comme une copie négative. Résorcine-formol (RF) est utilisé comme un agent gélifiant car contrairement aux hydrogels traditionnelles, il y a peu ou pas de retrait, qui permet pour les moules extrêmement complexes à utiliser. En outre, ce gélifiant peut être pyrolysé pour laisser derrière ~ 50 wt % de carbone, qui est une aide très efficace de frittage pour B₄C. à cause de cette distribution très homogène de in situ carbone au sein de la matrice₄C B, à moins de 2 % de porosité peut être obtenue après frittage. Ce protocole met en évidence en détail la méthodologie pour la création de près de pièces de carbure de bore entièrement dense avec des géométries très complexes.

Introduction

Carbure de bore (B₄C), avec un Vickers dureté d’environ 38 GPa, est connu comme le troisième plus dur matériel commercialement disponible, derrière le diamant (~ 115 GPa) et nitrure de bore cubique (~ 48 GPa). Cette propriété, ainsi que d’une faible densité (2,52 g/cm³), le rend attrayant pour les applications de défense comme les armures¹. B₄C a également un point de fusion élevé, résistance à l’usure supérieure et l’absorption des neutrons haute croix section^2,3,4. Cependant, l’utilisation de ces propriétés mécaniques....

Protocole

ATTENTION : Veuillez consulter les fiches de données de sécurité (FDS) de toutes les matières et porter un équipement de protection (EPI) pour manipuler des matériaux avant coulage et durcissement. Résorcine et polyéthylène imine sont connus pour être toxiques. Le formaldéhyde est toxique et cancérogène²⁰. Préparation de suspensions en céramique doit être réalisée dans les hottes chimiques ou autres milieux de travail correctement ventilée.

1. négative fabrication Additive

1. Préparation d’une suspension de deux parties de 120 mL
   Remarque : Une suspension de deux parties établira pour aide....

Résultats

En suivant la procédure décrite (Figure 1), pièces de carbure de bore en forme complexe avec carbone (B₄C/C) peuvent être frittés jusqu'à 97,6 ± 0,4 % de la densité maximum théorique avec une dureté d’un Vicker 23,0 ± 1,8 amp⁸. On démontre plusieurs exemples possibles de frittés B₄C/C (Figure 2). Ces exemples illustrent les caractéristiques texturales fines qui peuvent être copiés par.......

Discussion

La méthodologie de fabrication additive négative, décrite dans le protocole permet aux parties de carbure de bore en forme complexe à produire à densité presque pleine après frittage à une température optimale de 2290 ° C. Les premiers pas de plusieurs associés à la préparation et le moulage sont les plus critiques pour la production de haute qualité moulé avec des défauts minimes. Si la viscosité de la suspension est trop élevée, mélange pauvre se produit. La porosité de la pièce frittée est également affectée depuis vi.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Poudre de carbure de bore 1250F	Tetrabor Ceramics	Lot 211M419	>96 %
de pureté Poudre de carbure de bore 1500F	Tetrabor Ceramics	Lot 209M102/9	>96 %
de pureté Poudre de carbure de bore 3000F	Tetrabor Ceramics	Lot 111m53/9  ;	>96 % de pureté
Polyéthylène ime (PEI)	Sigma Aldrich	MKBP3417V	MW en moyenne ~25 000 par L.S.
Résorcinol	Sigma Aldrich	MKBG6751V	BioXtra, &ge ; 99
%Formaldéhyde	Fisher Scientific	F79-1	37 % en poids ; Stabilisé avec 10-15 % de méthanol
acétique	Sigma Aldrich	SKU 695092	Glacial &ge ; 99.7 %
Acétone	Sigma Aldrich	SKU 179124	Réactif ACS Grade &ge ; 99.5 %
Eau	LLNL Interne (Milli-Q)
Mélangeur planétaire	Thinky	AR-250	Convient aux récipients Thinky de 150 ml et 300 ml Thinky
Filament plastique Acrylonitrile butadiène styrène (ABS)	eSUN		Couleur naturelle
Taz 6 (imprimante 3D)	Imprimante 3D	Lulzbot
4 % H2/96 %Ar gaz	Air Gaz	UHP	4 % Hydrogène, équilibré Argon
Gaz hélium	Air Gaz	UHP	l’hélium
	Neytech	Vulcan 9493308	Four pour 80 ° ; Four tubulaire à quartz à durcissement C
	Applied Test Systems, Inc.  ;	LEA 05-000075	Four pour 1050 ° ; C carbonatation
Four à graphite	Technologie thermique LLC		Four de frittage
Microscope électronique à balayage (MEB)	Jeol	JSM-7401F
PH-mètre	Thermo Scientific	Orion 4 étoiles	calibré avec des étalons tampons
Rhéomètre	TA Instrument	AR2000ex	Pour la mesure de la viscosité
Diffractomètre à rayons X (XRD)	Bruker	AX D8 Advanced
Balance analytique	Mettler Toledo	XS104
Bruker EVA  ;			Logiciel d’analyse XRD

acide FDM Four chauffant à