Name: הייצור מוספים שלילי של קומפלקס בצורת Carbides בורון (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-18T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min 45 s
Description: למד ייצור תוספים שלילי של קרמיקה קשה בצורות מורכבות באמצעות יציקת ג'ל ופירוליזה. שיטה זו מייצרת חלקים צפופים מקרביד בורון עם התכווצות מינימלית.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו בוצע תחת חסותה של מחלקת האנרגיה של ארצות הברית על ידי לורנס ליברמור המעבדה הלאומית תחת חוזה דה-AC52-07NA27344. IM שחרור LLNL-JRNL-750634.

התראה: אנא התייעץ עם הסדינים נתוני בטיחות (מרחביות) של כל החומרים, כדי ללבוש ציוד מגן מתאים (עיקרון השוויון הפוליטי) בעת טיפול בחומרים לפני השלכת וריפוי. Resorcinol ופוליאתילן אימין ידועים להיות רעילים. פורמלדהיד הוא רעילים ומסרטנים20. הכנה של המתלים קרמיקה צריך להיעשות מיגון כימי או סביבות עבודה מאוורר כראוי אחרות.
1. הייצור מוספים שלילי
<ol><li>
הכנת השעיה בשני חלקים-120 מ הערה: השעיה שני חלקים תהיה מוכנה לעזור להאריך את חיי המדף של המתלים לפני הליהוק. אחד ההשעיה (R-mix) יכיל את הרכיב resorcinol, אחרים (F-mix) יכיל את הרכיב פורמלדהיד. שני המתלים יהיה מעורב יחד כדי ליצור השעיה הסופי זה יהיה ליזום את התהליך gelation.<ol>
<li>כדי ליצור את R-מיקס, להתחיל על ידי המסת 0.88 גר' פוליאתילן אימין (פיי) 25.00 גר' מים באמצעות מערבל פלנטרית.</li>
		<li>כדי ליצור תערובת-F נפרדים, להמיס 0.88 גר' פוליאתילן אימין (פיי) 16.83 גר' מים באמצעות מערבל פלנטרית. הערה: באמצעות מערבל פלנטרית ב 2000 סל ד לפחות כמה דקות תספק כוחות גזירה מספיקים כדי לעזור לפזר את צמיגה פיי resorcinol, פורמלדהיד, להשעות את החלקיקים בורון קרביד. פיי משמשת הסוכנת לפיזור על החלקיקים4C B</li>
		<li>להמיס 12.60 גר' אבקת resorcinol לתערובת R. הפתרון צריך לפנות מ מעונן-לבן פתרון ברור שקוף לאחר התפרקות מוחלטת של האבקה מן ערבוב.</li>
		<li>להוסיף 17.03 g של פורמלדהיד פתרון F-לערבב ולוודא ערבוב מוחלט.</li>
		<li>בהדרגה להוסיף 5.25 g (12 בהדרגה עד שהגיע 63.00 g) של אבקת בורון קרביד (1500F) לתוך R-מיקס והן F-מיקס בנפרד.</li>
		<li>להוסיף 6.50 g של חומצה אצטית ה R-מיקס ל F-מיקס ולהבטיח ערבוב מוחלט בכל. הערה: בשלב זה, המתלים שני חלקים יהיו 42% כרך ב'4C מוכנים להיות משולב לליהוק או מאוחסן לשימוש עתידי (אם שלמאחה אטום). היזהרו כי אם המתלים לשבת ~ 1 h או יותר, חלקיק להתיישב יתרחשו. ודא כי החלקיקים הם resuspended על-ידי החלת עצבנות יסודית לפני השימוש של המתלים. כמו כן, שלוש קבוצות מסחרי שונה של בורון carbides, 1250F, 1500F ו- 3000F (על שם בהתאם לגודלן רשת sieved משוער), נבדקו במקור. כל אצווה יש התפלגות גודל חלקיקים שונים, אצווה4C B 1500F נמצאה כדי להשיג צפיפות מתיכות הגבוה ביותר, כפי שדווח ב- Lu. et al. 8. ניתן גם להוסיף חומצה אצטית לפני מוצקים4C B טעינת שלב גם כן, אך הוספת בסוף מציעה יותר קלות הטיפול על-ידי הגבלת ריחות חומצה אצטית.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
הכנת 3D מודפס ליציקות הליהוק
	<ol>
<li>להכין שבלונה בתוכנית תוכנת תכנון בעזרת מחשב (CAD).</li>
		<li>הדפס את התבניות שבהן משתמשים במדפסת תלת-ממד התמזגו התצהיר דוגמנות (FDM) זיריהם styrene (ABS) של בוטאדיאן טבעי. הערה: ואדים אצטון יכול לשמש כדי להחליק את המרקם עובש במידת הצורך21. זרבובית המוצע וטמפרטורות המיטה הם 240 מעלות צלזיוס ו 110 ° C, בהתאמה. פרמטרים כגון עובי השכבה (0.2 מ מ), שחול מהירות קצב הקירור נבחרו כדי למטב את האיכות של החלק עם דפורמציות מינימלי. זה דורש קצת ניסוי וטעייה עם כל מערכת ייחודית המדפסת. עובי הקיר לפחות 1 מ מ מומלץ. הגודל המינימלי תכונה הוא 0.5 מ מ; עם זאת, הוא הציע לא ללכת מתחת בתבניות 1 מ מ. מ Lu. et al. 8 זמינים להורדה באינטרנט בתמיכה חומר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
שילוב של שני חלקים ההשעיה להכין לליהוק
	<ol>
<li>לפני שילוב, להתסיס ביסודיות (באמצעות למערבולת או מערבל פלנטרית) R-השילוב עם השעיה F-מיקס בנפרד, כדי לוודא B4C חלקיקים הם היטב על תנאי.</li>
		<li>לשלב את R-מיקס ו- F-מיקס כדי להשיג את המתלים הסופי. הערה: ה-pH של ההשעיה משולב צריך להיות 2.8, אשר יספק בערך 30 דקות של זמן עבודה כדי לבטל את האוויר והשליכו התליה האחרון לפני gelation מתחיל המתרחשים. תחילתה של gelation יכול להיות שנצפו מעלייה חדה ב צמיגות של ההשעיה.</li>
		<li>לפני היציקה, לערבב, חלות ואקום (טנדר של גוה של 20-200 או 2.7-27 kPa) התערובת הסופית השעיה למשך 10 דקות להסיר בועות אוויר מבלי להרתיח את המים. זה יכול להתבצע באמצעות צלחת מלהיב ב- 200-300 סל ד עם צנצנת ואקום.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Gelcasting
	<ol>
<li>מיד שופכים ומאוורר לבטל את ההשעיה לתוך התבניות מודפס 3D.</li>
		<li>מניחים את התבניות שבהן בתוך מיכל זכוכית אטום כדי למנוע אובדן לחות במהלך תהליך הייבוש.</li>
		<li>למקם במיכל אטום עם התבניות תנור 60-80 ° C ליזום תהליך הייבוש.</li>
		<li>לאפשר ההמרות לרפא לפחות 8 שעות עבור חלקים שנמצאים כמה סנטימטרים באורך קנה מידה או ואולי אף יותר עבור תבניות גדולות יותר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
פירוק התבניות כדי לקבל גופים ירוקים
	<ol>
<li>הסר את מיכל אטום עם התבניות מהתנור ולאפשר לו להתקרר לטמפרטורת החדר.</li>
		<li>מוסיפים מספיק אצטון לתוך המיכל עד העובש הוא מלא submersed. הכמות משתנה בהתאם גודל ואת כמות העובש משמש (בדרך כלל ~ 100 מ"ל של אצטון עבור תבנית זה 50 ס מ3 בממד). הערה: תהליך זה עשוי להימשך עד 2-4 ימים בהתאם לנפח של פלסטיק, כי צריך להיות מומס משם. עצבנות מינימלי של האמבטיה אצטון או חימום זה מעט עד 40 ° צלזיוס עשוי לסייע להאיץ את התהליך. לבצע התראה בעת חימום לאמבטיה אצטון, כמו דליק כימיים והוא עשוי להפוך מטען חבלה בשילוב עם אוויר בטווחים מסוימים קומפוזיציה.</li>
		<li>לחלץ את הגוף ירוק חינם מהאמבטיה אצטון לאחר פלסטיק ABS התפרקה משם. הערה: לאחר הגג הוא נרפא, כייר יכול להיות מומס משם כדי להשיג גוף ירוק מוצק בצורת כעותק שלילי של הגיאומטריה עובש הפנימי. גוף ירוק זה צריך להיות מספיק חזק כדי לשרוד עדין וזהיר טיפול בעיבוד דפוס והשלבים הבאים ללא פריצה.</li>
		<li>הצב הגופים הירוקים בתנור ב 80 ° C כדי להבטיח מלאה ייבוש והסרה של כל הלחות. הערה: זמן ייבוש משתנה בהתאם לנפח של הגוף ירוק. משאיר את החלק לילה יבש (> 8 שעות) מספיקה עבור גוף ירוק גדלים פחות מ 1000 ס מ3. יש במחזה. ייבוש יתר על המידה.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. פחמון
<ol><li>לאחר הייבוש, למקם את כל גוף ירוק צינור 2 אינץ קוורץ מצופה רדיד גרפיט ולשים אותם לתוך תנור עם זורם גז [250 רגיל סמ ק של אוויר (SCCM) בהיקף של 4 wt % H2(g) ו- wt 96% Ar(g) ליצור אווירה תוך צמצום במהלך טיפול פירוליזה].</li>
	<li>מחממים את הגופות ירוק בתוך הכבשן ב- 5 ° C/דקה עד 1050 ° C והחזק במשך 3 שעות. הערה: הגופים הירוקים ג'ל-שחקנים יהיו 15% wt RF ביחס B4C וכל יספק כ 7.5% wt ב פחמן לאחר תהליך פירוליזה. תהליך זה מסיר הרבה השאריות resorcinol-פורמלדהיד, קשות לזהם את הכבשן אם נעשה שימוש ללא השמנה.</li>
	<li>ודא כי הגופים הירוקים יצאו בצורה אחידה כהה בצבעו, המעידים על המצאות של פחמן מהטיפול פירוליזה.</li>
</ol>3. סינטור
הערה: לאחר סינטור, חספוס פני השטח של הדגימות ישפר במקצת בהשוואה של חספוס בפני השטח של התבניות בשימוש. זוהי תוצאה של כרך 57-58% הצטמקות דגימות מן סינטור.
<ol><li>מקם את החלקים מפוחמים תנור גרפיט עם עצמם נסתמו ואקום זורם גז הליום (420 SCCM) עבור סינטור. החל SCCM 280 ל- windows pyrometer ולפנים 140 SCCM ישירות לתוך תא הדגימה עם כניסת הלחץ של kPa ~ 170.</li>
	<li>לחמם את התנור ל- C ° 2290 (20 K/דקה 2000 מעלות ואז 3 K/דקה עד 2290 ° C) והחזק למשך שעה להשיג עיבוי בינוי אופטימלית של החלקים. הערה: ארכימדס צפיפות היא טכניקה נפוצה ומהירה למדוד הצפיפות של החלקים sintered בורון קרביד. ארכימדס צפיפות ערכות ניתן להוסיף על גבי האנליטי איזון מאזניים למדידת הצפיפות של דגימות או ידנית נקבע22. בורון קרביד עם 7.5% wt ב פחמן יש צפיפות מקסימלית תאורטית (TMD) של 2.49 g/ס מ3. חלקים sintered-2290 ° C מ מתודולוגיה זו תגרום 2.43 ± 0.01 גרם/ס"מ3 אשר הוא 97.6 ± 0.4% TMD.</li>
</ol>

<ol><li>An, Q. <a target="_blank" href="http://adsabs.harvard.edu/abs/2017PhRvB..95j0101A">Prediction of superstrong τ -boron carbide phase from quantum mechanics.</a> Physical Review B. 95 (10), 100101(2017).</li>
<li>Thévenot, F. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/095522199090048K">Boron carbide - A comprehensive review.</a> Journal of the European Ceramic Society. 6, 205-225 (1990).</li>
<li>Lee, H., Speyer, R. F. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884205000635">Pressureless sintering of boron carbide.</a> Journal of the American Ceramic Society. 86, 1468-1473 (2003).</li>
<li>Deng, J. X. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509305007379">Erosion wear of boron carbide ceramic nozzles by abrasive air-jets.</a> Materials Science and Engineering: A. 408, 227-233 (2005).</li>
<li>Schwetz, K. A., Grellner, W. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022508881901958">The influence of carbon on the microstructure and mechanical properties of sintered boron-carbide.</a> Journal of Less-Common Metals. 82, 37-47 (1981).</li>
<li>Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh. Process for the production of dense sintered shaped articles of polycrystalline boron carbide by pressureless sintering. US. , 4195066 (1980).</li>
<li>Suzuki, H., Hase, T., Maruyama, T. <a target="_blank" href="https://www.jstage.jst.go.jp/article/jcersj1950/87/1008/87_1008_430/_article/-char/en">Effect of carbon on sintering of boron carbide.</a> Journal of the Ceramic Association, Japan. 87, 430-433 (1979).</li>
<li>Lu, R., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127518302053">Complex shaped boron carbides from negative additive manufacturing.</a> Materials & Design. 148, 8-16 (2018).</li>
<li>Omatete, O. O., Janney, M. A., Nunn, S. D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0955221996001471">Gelcasting: From laboratory development toward industrial production.</a> Journal of the European Ceramic Society. 17, 407-413 (1997).</li>
<li>Yang, J., Yu, J., Huang, Y. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0955221911000057">Recent developments in gelcasting of ceramics.</a> Journal of the European Ceramic Society. 31, 2569-2591 (2011).</li>
<li>Gilissen, R., Erauw, J. P., Smolders, A., Vanswijgenhoven, E., Luyten, J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0261306999000758">Gelcasting a near net shape technique.</a> Materials & Design. 21, 251-257 (2000).</li>
<li>Travitzky, N., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adem.201400097">Additive manufacturing of ceramic-based materials.</a> Advanced Engineering Materials. 16, 729-754 (2014).</li>
<li>Zocca, A., Colombo, P., Gomes, C. M., Gunster, J. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jace.13700">Additive Manufacturing of Ceramics: Issues, Potentialities, and Opportunities.</a> Journal of the American Ceramic Society. 98, 1983-2001 (2015).</li>
<li>Deckers, J., Vleugels, J., Kruthl, J. P. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/279033509_Additive_Manufacturing_of_Ceramics_A_Review">Additive Manufacturing of Ceramics: A Review.</a> Journal of Ceramic Science and Technology. 5, 245-260 (2014).</li>
<li>Costakis, W. J., Rueschhoff, L. M., Diaz-Cano, A. I., Youngblood, J. P., Trice, R. W. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0955221916303028">Additive manufacturing of boron carbide via continuous filament direct ink writing of aqueous ceramic suspensions.</a> Journal of the European Ceramic Society. 36, 3249-3256 (2016).</li>
<li>Colombo, P., Schmidt, J., Franchin, G., Zocca, A., Gunster, J. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/317973531_Additive_manufacturing_techniques_for_fabricating_complex_ceramic_components_from_preceramic_polymers">Additive manufacturing techniques for fabricating complex ceramic components from preceramic polymers.</a> American Ceramic Society Bulletin. 96, 16-23 (2017).</li>
<li>Olsson, A., Hellsing, M. S., Rennie, A. R. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1402-4896/aa694e">New possibilities using additive manufacturing with materials that are difficult to process and with complex structures.</a> Physica Scripta. 92, 053002(2017).</li>
<li>Dhara, S., Kamboj, R. K., Pradhan, M., Bhargava, P. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF02710552">Shape forming of ceramics via gelcasting of aqueous particulate slurries.</a> Bulletin of Materials Science. 25, 565-568 (2002).</li>
<li>Lewicki, J. P., Fox, C. A., Worsley, M. A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386115004498">On the synthesis and structure of resorcinol-formaldehyde polymeric networks - Precursors to 3D-carbon macroassemblies.</a> Polymer. 69, 45-51 (2015).</li>
<li>Swenberg, J. A., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23160431">Formaldehyde Carcinogenicity Research: 30 Years and Counting for Mode of Action, Epidemiology, and Cancer Risk Assessment.</a> Toxicologic Pathology. 41, 181-189 (2013).</li>
<li>Kuo, C. C., Chen, C. M., Chang, S. X. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-016-9845-0">Polishing mechanism for ABS parts fabricated by additive manufacturing.</a> The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 91, 1473-1479 (2017).</li>
<li>Kires, M. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9120/42/5/006/meta">Archimedes' principle in action.</a> Physics Education. 42, 484-487 (2007).</li>
<li>Zheng, X., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23278017">Design and optimization of a light-emitting diode projection micro-stereolithography three-dimensional manufacturing system.</a> Review of Scientific Instruments. 83, 125001(2012).</li>
<li>Franchin, G., Colombo, P. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/281874323_Porous_Geopolymer_Components_Through_Inverse_Replica_of_3D_Printed_Sacrificial_Templates">Porous Geopolymer Components through Inverse Replica of 3D Printed Sacrificial Templates.</a> Journal of Ceramic Science and Technology. 6, 105-111 (2015).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

המתודולוגיה של הייצור מוספים שלילי תיאר בפרוטוקול מאפשרת מורכבות בצורת בורון קרביד חלקים להיות מיוצרים ב צפיפות כמעט מלא לאחר חימום בטמפרטורה האופטימלית של 2290 ° C. הצעדים הראשונים מספר הקשורים הכנה, הליהוק הם הקריטיים ביותר ליצירה איכותית יצוק עם פגמים מינימלי. אם צמיגות של התליה הוא גבוה מדי, ערבוב המסכן תתרחש. נקבוביות החלק sintered מושפע גם מאז צמיגות מוגברת מעכבת להסרת בועות אוויר. אם התליה האחרון יושב כבר אינו פעיל במשך זמן רב מדי לאחר ערבוב, מבטל את מאוורר, העלייה ברמת צמיגות יהיה בעייתי עבור מילוי חללים קטנים בת...

בורון קרביד (B4C), עם ויקרס קשיות של 38 ממוצע ציונים, ידועה בשם השלישי הכי קשה חומר זמין מסחרית, מאחורי יהלום (~ 115 ממוצע ציונים), ניטריד בורון מעוקב (~ 48 ממוצע ציונים). זה מאפיין מסוים, יחד עם צפיפות נמוכה (2.52 גרם/ס"מ3), מקל אטרקטיבי עבור ההגנה יישומים כגון שריונות1. B4C גם יש נקודת התכה גבוהה, עמידות מעולה ללבוש, נייטרון גבוהה לקליטת לחצות סעיף2,3,4. עם זאת, ניצול תכונות מכניות חיוביים אלה בדרך כלל דורש B4C כדי להיות רכיבים כדי צפיפות גבוהה. לחיצה חם היא שיטה המקובלת עבור סינטור B4C כדי עיבוי בינוי מלאה. טכניקה זו הוא לרוב מוגבל גיאומטריות פשוטות עם עקמומיות מוגבל, יחסית אחיד עובי. יקר ולא עתירי עיבוד שבבי עם חיתוך יהלום polycrystalline אבזור או לייזר נדרש להציג תכונות עדינה או מורכבים יותר.
לחלופין, טכניקות ויוצרים colloidal עם פחות לחץ סינטור לייצור חלקים ליד-מלא צפיפות הדורשים מינימלי כדי לא עיבוד שבבי. עקב חוסר לחץ חיצוניים במהלך גיבוש, איידס מתיכות מתווספים בדרך כלל המדיום קרמיקה כדי להגביר את האפקטיביות של סינטור pressureless. פחמן נמצא בשימוש נפוץ כסיוע מתיכות עבור B4C5,6,7. מקורות פחמן שונים, כגון ננו-חלקיק אבקות או אורגניקס מפוחמים מ פירוליזה, יכול לשמש. התפלגות הומוגנית של פחמן סינטור סיוע לאורך גבולות תבואה הוא גורם חשוב להשגת סינטור אחיד של B4ג לכן, ריכוז פחמן וגודל החלקיקים4C B חשובים אף הם, גורמים סינטור חלקים צפיפות גבוהה8זה לזה.
אחת הטכניקות ויוצרים colloidal המבטיחים ביותר להשגת מורכבות בצורת חלקי קרמיקה היא gelcasting. טכניקה זו כוללת יציקת השעיה קרמיקה עם מונומר אורגניים לתוך תבנית אשר polymerizes בחיי עיר לפעול כמו10,9,ג'ל11. הג'ל משמש כדבק להקים גוף ירוק בצורת כייר חזקה מספיק כדי להיות מטופלים ללא שבירה בשלבי העיבוד הבאים. בעבר ניתן להפיק גיאומטריות עובש תלת-ממד אפשרי עכשיו דרך בעלות נמוכה מבוסס פולימר כתוסף בייצור (AM) טכניקות כגון stereolithography (SLA) ומשקעים מאוחה דוגמנות (FDM)12. הזמינות האחרונות של מדפסות תלת-ממד פתחה אפשרויות חדשות לעיצוב קרמי עם מאוד לסימולציה.
הייצור מוספים שלילי היא טכניקה המשלבת gelcasting עם עובש מודפס 3D ההקרבה. המורכבות של החלק קרמיקה קשורה ישירות המורכבות של העיצוב עובש. עובש עיצובים עכשיו יכול להיות מאוד מתוחכמת עם כניסתו של מדפסות תלת-ממד פלסטיק ברזולוציה גבוהה. לדוגמה, ניתן להשתמש 3D סריקה כלים כדי ללכוד את קווי המתאר של הפרט, ניתן לשלב לתוך תבניות. באמצעות AM שלילית, ניתן ליצור משקל שריונות קרמיקה המותאמים בצורה ובגודל הגוף של הפרט. להתאמות כגון אלו עיצוב יכול לספק שריונות קלים במשקל עם ניידות משופרים עבור המשתמשים.
טכניקות AM קרמיקה נפוצות אחרות כגון דיו ישיר לכתוב (DIW), חימום בלייזר סלקטיבית (SLS), קלסר לטוס (BJ) הם גם יעיל בהפקת מורכבים חלקים מקרמיקה בצורת. עם זאת, רוב שיטות אלה שימושיים רק עבור ייצור מבנים נקבובי בסדר, הם לא יעילים בעת שינוי קנה המידה עד חלקים גדולים, כגון שריון יישומים13,14,15,16, 17. יתר על כן, רוב שיטות אלה אינן ריאלי עבור נפח גבוה הייצור עקב הוצאות גבוהות. לכן, אני שלילי הוא מסלול מועדף וזולה יחסית לייצור תעשייתי ברמת חלקים בקנה מידה גדול.
המתלים4C B המשמש עבור gelcasting חייב להיות דל צמיגות ומכילים סוכן ג'לי, sintering סיוע. Resorcinol ופורמלדהיד נבחרו ביכולתם לעבור תגובות polycondensation כדי ליצור רשת resorcinol-פורמלדהיד (RF), אשר מסייע כדי לכרוך את החלקיקים4C B ביחד. Hydrogels המסורתי המשמש gelcasting מוגבלות בתבניות עם ליבות חלול עקב הצטמקות פנימה גבוהה מנוסים במהלך תהליך ייבוש18. מאז RF משמש בדרך – כלל אירוג'ל, אין הרבה כדי לא הצטמקות, מה שמקנה השימוש בתבניות בצורת יותר מסובכת. יתרון נוסף של שימוש RF הוא כי הקצב gelation יכול להיות נשלט על ידי שינוי ה-pH של המתלה (איור 3). בנוסף, המתלים resorcinol או פורמלדהיד הכוללת ניתן להכין מתקדמים והם מאוחסנים בנפרד עד שיהיו מוכנים על הליהוק. והכי חשוב, הג'ל RF יכול להיות pyrolyzed להשאיר מאחור wt 50% פחמן19. הפצה זו מאוד הומוגנית של פחמן יכול לסייע של עיבוי בינוי של B4C כדי צפיפויות ליד-מלא במהלך סינטור. 15% wt RF ביחס בורון קרביד משמש בניסוח ההשעיה לספק 7.5% wt של פחמן לאחר פירוליזה החלקים יצוקה.
המטרה הכוללת של עבודה זו היא שילוב טכניקות מסורתיות gelcasting עם זולות יכולות הדפסה 3D סוכן ג'לי ייחודי כדי להשיג צפיפות ליד-מלא בורון קרביד חלקי עם מאוד לסימולציה. בנוסף קרמיקה, ניתן להחיל AM שלילי לשדות חומרים אחרים כדי ליצור גיאומטריות חדשה לגמרי של מערכות חומר רב. המתודולוגיה המתוארת כאן מרחיב על העבודה שהוצגו ב- Lu. et al. 8 , שואפת לספק פרוטוקול מפורט יותר לשחזר את התוצאות.

<table><tbody><tr><td>אבקת בורון קרביד 1250F</td><td>קרמיקה טטרבור</td><td>לוט 211M419</td><td>>96% טוהר</td></tr><tr><td>אבקת בורון קרביד 1500F</td><td>קרמיקה טטרבור</td><td>לוט 209M102/9></td><td>96% טוהר</td></tr><tr><td>אבקת בורון קרביד 3000F</td><td>קרמיקה טטרבור</td><td>לוט 111m53/9&nbsp;</td><td>>96% טוהר</td></tr><tr><td>פוליאתילן אימין (PEI)</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>MKBP3417V</td><td>בממוצע MW ~25,000 על ידי L.S.&nbsp;</td></tr><tr><td>רסורצינול</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>MKBG6751V</td><td>BioXtra, &ge; 99%</td></tr> <tr><td>פורמלדהיד</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>F79-1</td><td>37% לפי משקל; מיוצב עם 10-15% מתנול</td></tr>, <tr><td>חומצה אצטית</td>, <td>סיגמא אולדריץ'</td>, <td>מק"</td>ט, 695092 <td>Glacial &g; 99.7%</td></tr> <tr><td>אצטון</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>מק"ט 179124</td><td>ACS ריאגנט דרגה &ge; 99.5%</td></tr> <tr><td>מים</td><td>LLNL בבית (Milli-Q)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>מיקסר פלנטרי</td><td>Thinky</td><td>AR-250</td><td>מתאים ל-150 מ"ל ו-300 מ"ל מיכלי Thinky</td></tr><tr><td>אקרילוניטריל בוטאדיאן סטירן (ABS) נימה מפלסטיק</td><td>eSUN</td><td></td><td>צבע טבעי</td></tr><tr><td>Taz 6 (מדפסת תלת מימד)</td> <td>Lulzbot</td><td></td><td>FDM מדפסת תלת מימד</td></tr><tr><td>4% H2/96% גז Ar</td><td>גז אוויר</td><td>UHP</td><td>4% מימן, מאוזן</td></tr><tr><td>ארגון גז הליום</td><td>אוויר גז</td><td>UHP</td><td>הליום</td></tr><tr><td>חימום תנור</td><td>נייטק</td><td>וולקן 9493308</td><td>תנור עבור 80 & מעלות; C ריפוי</td></tr><tr><td>תנור צינור קוורץ</td><td>יישומי מערכות בדיקה, בע"מ&nbsp;</td><td>LEA 05-000075</td><td>תנור ל-1050 מעלות; C פחמן</td></tr><tr><td>תנור גרפיט</td><td>טכנולוגיה תרמית LLC</td><td></td><td>תנור סינטר</td></tr><tr><td>סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM)</td> <td>Jeol</td><td>JSM-7401F</td><td></td></tr><tr><td>מד pH</td><td>תרמו מדעי</td><td>אוריון 4 כוכב</td><td>מכויל עם תקני חיץ</td></tr><tr><td>ריאומטר</td><td>TA מכשיר</td><td>AR2000ex</td><td>למדידת צמיגות</td></tr><tr><td>רנטגן דיפרקטומטר (XRD)</td><td>ברוקר</td><td>AX D8</td> איזון אנליטי מתקדם <td></td></tr><tr><td></td><td>מטלר טולדו</td><td>XS104</td><td></td></tr><tr><td>Bruker EVA&nbsp;</td><td></td><td></td><td>תוכנת ניתוח XRD</td></tr></tbody></table>

הייצור מוספים שלילי של קומפלקס בצורת carbides בורון

Negative Additive Manufacturing of Complex Shaped Boron Carbides

בורון קרביד (B4C) הוא אחד החומרים הקשה ביותר שקיימים. עם זאת, נכס אטרקטיבי זה מגביל גם את machineability לתוך צורות מורכבות עבור בלאי גבוה, קשיות גבוהה ויישומים חומרים קלים כגון שריונות. כדי להתגבר על האתגר הזה, הייצור מוספים שלילי (AM) הוא מועסק כדי לייצר לסימולציה של בורון carbides ב פיסיקליות שונות. אני שלילי כרוכה קודם gelcasting השעיה לתוך תבנית פלסטיק מודפס 3D. העובש ואז התפרקה משם, משאיר מאחורי גוף ירוק כעותק שלילי. Resorcinol-פורמלדהיד (RF) משמש כסוכן ג'לי הרומן כי בניגוד hydrogels מסורתי, יש מעט כדי לא הצטמקות, מה שמאפשר עבור תבניות מורכבים במיוחד לשמש. יתר על כן, סוכן ג'לי זה יכול להיות pyrolyzed להשאיר מאחור ~ 50 wt % פחמן, אשר הוא מכשיר מתיכות יעילים עבור B4ג בשל התפלגות זו מאוד הומוגנית של פחמן בחיי עיר בתוך מטריקס4C B, פחות מ 2% נקבוביות יכולה להיות מושגת לאחר חימום. פרוטוקול זה מדגיש בפירוט את המתודולוגיה ליצירת ליד מטומטמים בורון קרביד חלקי עם מאוד לסימולציה.

בעקבות ההליך עם מיתאר (איור 1), מורכבות בצורת בורון קרביד חלקים עם פחמן (B4C/C) יכול להיות sintered עד 97.6 ± % 0.4 של צפיפות מקסימלית תאורטית עם הקשיות של Vicker של ± 1.8 23.0 ממוצע ציונים8. מספר דוגמאות אפשריות של sintered B4C/C חלקים מודגמות (איור 2). דוגמאות אלה מציגים את התכונות בדוגמת בסדר הניתן להעתקה על-ידי הטכניקה gelcasting. זהו יתרון ליצירת חלקים הדורשים תכונות meso בקנה מי...

שיטה הנקראת הייצור מוספים שלילי משמש לייצור ליד מטומטמים מורכבות בצורת בורון קרביד חלקי פיסיקליות שונות. טכניקה זו אפשרית באמצעות ניסוח של השעיה הרומן מעורבים resorcinol-פורמלדהיד כסוכן ג'לי ייחודי זה משאיר מאחורי העתק הומוגנית סינטור סיוע לאחר פירוליזה.

הייצור מוספים שלילי של קומפלקס בצורת Carbides בורון

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for ...

ייצור תוסף שלילי, או AM, היא שיטה חסכונית לייצר אולטרה קשה, חלקי קרמיקה צפופים לצורות מורכבות, זה לא היה אפשרי על ידי שיטות הליהוק המסורתיות. השימוש בתרסיס בטכניקה זו הוא ייחודי. הוא משמש הן כסוכן gelling, עם מעט מאוד הצטמקות במהלך הליהוק, וגם הוא מקור פחמן מפוזר היטב עבור sintering לאחר פירוליזה.יציקת ג'ל לתבניות מודפסות בתלת-ממד היא טכניקה רב-תכליתית שניתן להאריך לחומרים אחרים. סוכן גלינג פורמלדהיד resorcinol מתאים ביותר למערכות מיסב פחמן. כדי להתחיל, להכין השעיה שני חלקים כדי לעזור להאריך את חיי המדף של ההשעיות לפני הליהוק.כדי לעשות זאת, ליצור את תערובת R על ידי המסת 0.88 גרם של פוליאתילנימין ב 25.00 גרם של מים, באמצעות מערבל פלנטרית. כדי ליצור תערובת F נפרדת, יש להמיס 0.88 גרם פוליאתילנימין ב-16.83 גרם מים, באמצעות מערבל פלנטרי. עכשיו, להמיס 12.60 גרם של אבקת ביטול לתערובת R.הפתרון צריך להפוך מלבן מעונן לפתרון שקוף וברור לאחר פירוק מוחלט של האבקה מערבוב. כמו כן, מוסיפים 17.03 גרם של פתרון פורמלדהיד לתערובת f, ומבטיחים ערבוב מלא. בשלב זה, להוסיף בהדרגה 5.25 גרם של אבקת קרביד בורון לתערובת R והן F לערבב בנפרד.לאחר מכן, מוסיפים 6.50 גרם של חומצה אצטית לתערובת R ו- F, ומבטיחים ערבוב מלא בכל אחד מהם. כדי להכין תבניות ליציקה, להדפיס את התבניות באמצעות תצהיר מותך מידול מדפסת 3D עם אקרילוניטריל butadiene styrene, או ABS, תריסים. לאחר תסיסה יסודית של המתלים, לשלב את תערובת R ו- F לערבב כדי לקבל את ההשעיה הסופית.לפני הליהוק, מערבבים ומחילים ואקום על תערובת ההשעיה הסופית במשך כ -10 דקות, כדי להסיר בועות אוויר מבלי להרתיח את המים. זה יכול להיות מושגת באמצעות צלחת ערבוב ב 200 עד 300 סל"ד, עם צנצנת ואקום. שלב זה הוא הקריטי ביותר, כי סוכן gelling יתחיל להגיב, ולגרום צמיגות של ההשעיה להגדיל במהירות.להיות מודעים לשלב זה רגיש לזמן הוא חיוני לקבלת התוצאות הטובות ביותר. יוצקים מיד את המתלה המודפס לתוך התבנית המודפסת בתלת-ממד, ואוטמים את מיכל הזכוכית. מניחים את התבנית בתוך מיכל הזכוכית האיטום כדי למנוע אובדן לחות במהלך תהליך הריפוי.מניחים את המיכל האטום עם התבנית לתנור של 60 עד 80 מעלות כדי ליזום את תהליך הריפוי. אפשר את הגבס לרפא לפחות שמונה שעות עבור חלקים כי הם כמה סנטימטרים בסולם אורך. לאחר שמונה שעות, מוציאים את המיכל האטום עם התבנית מהתנור, ומאפשרים לו להתקרר לטמפרטורת החדר.מעבירים למיכל חדש, ולאחר מכן מוסיפים מספיק אצטון עד שהתבנית שקועה לחלוטין. תהליך זה עשוי להימשך עד יומיים עד ארבעה ימים, בהתאם לכמות אמצעי האחסון שיש להמיס. תסיסה מינימלית של אמבטיית האצטון, או חימום זה מעט עד 40 מעלות צלזיוס, עשוי לעזור להאיץ את התהליך.לחלץ את הגוף הירוק חינם מן האמבטיה אצטון, לאחר פלסטיק ABS מומס משם. מניחים את הגוף הירוק בתנור ב 80 מעלות צלזיוס כדי להבטיח ייבוש מלא והסרה של כל הלחות. לאחר הייבוש, מניחים כל גוף ירוק בצינור קוורץ בגודל 2 אינץ' מרופד בנייר גרפיט.מניחים את צינורות הקוורץ לתוך תנור עם גז זורם ב 250 SCCM, המורכב ארבעה משקל אחוז גז מימן, ו 96 אחוז משקל גז ארגון, כדי ליצור אטמוספרה מפחיתה במהלך הטיפול pyrolysis. מחממים את הגוף הירוק בתוך התנור בחמש מעלות צלזיוס לדקה, עד 1,050 מעלות צלזיוס, והחזיקו במשך שלוש שעות. ודא כי הגוף הירוק יוצא כהה באופן אחיד בצבע, המציין את נוכחותו של פחמן מטיפול pyrolysis.עכשיו, מניחים את החלקים הפחמיים בתנור גרפיט עם גז הליום זורם עם ואקום לחטא. מחממים את התנור 2, 290 מעלות צלזיוס, ולהחזיק במשך שעה אחת כדי להשיג צפיפות אופטימלית של החלקים. הסר לאחר שעה אחת.צמיגות ההשעיה מותאמת לג'לקסינג ב-pH 2.8, כדי לספק את זמן העבודה הארוך ביותר לפני שמתרחש ג'לציה משמעותית. יש בערך 20 דקות עד צמיגות של 1.0 שניות פסקל. סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים להראות ראיות של רשת פחמן אחיד מרחבית שנוצר על חלקיקי קרביד בורון לאחר הפירוליזה של resorcinol פורמלדהיד.דיפירציה של קרני רנטגן של הדגימות, בשלבי עיבוד שונים, גם מאשרת את הצמיחה של פסגת גרפיט לאחר פירוליזה. מיקרוסקופיה נוספת של דגימה חתוכה חושפת את נקבוביות נמוכה של המוצר הסופי, לאחר sintered ב 2, 280 מעלות צלזיוס. אל תשכח כי פורמלדהיד הוא מסרטן, ולעבוד עם זה יכול להיות מסוכן מאוד.לכן, לבישת ציוד מגן אישי מתאים, עבודה באזור מאוורר היטב, הוא חיוני בעת טיפול המתלים. לאחר צפייה בסרטון זה, אני מקווה שאתה עכשיו מכיר את תהליך ייצור תוסף שלילי, והוא יכול בהצלחה gelcast השעיות קרביד בורון לתוך גופים ירוקים בצורת מורכבים, ומאוחר יותר sinter אותם לצפיות המלאות שלהם.

negative-additive-manufacturing-of-complex-shaped-boron-carbides

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

אנו מציגים שיטות ייצור של microstructures בדוגמת של צינורות פחמן מיושר אנכית (CNTs), והשימוש בהם כמו תבניות בסיס לייצור microstructures פולימר במרקם מאורגן פני הננומטרי. ביערות ה-CNT הם densified על ידי עיבוי של ממס על מצע, אשר מגביר באופן משמעותי את צפיפות האריזה שלהם ומאפשר עצמית מכוונת היווצרות של צורות 3D.

ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן

אנו מתארים את השימוש בטכניקות תיל מליטה כדי ליצור התקני תחמוצות מורכבים בקנה מידה מיקרומטר פעם תצהיר לייזר (PLD), photolithography ו. PLD מנוצל לגדול סרטים דקים epitaxial. טכניקות photolithography וחוט מליטה הם הציגו כדי ליצור התקנים מעשיים למטרות מדידה.

המצאה של תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית

מאמר זה מפרט את תהליך הייצור של מכשיר גרפן הניתן לכוונון שער, המעוטר בזיהומי קולומב לסריקת מחקרי מיקרוסקופיה של מנהור. מיפוי המבנה האלקטרוני התלוי מרחבית של גרפן בנוכחות זיהומים טעונים חושף את ההתנהגות הייחודית של נושאי המטען היחסותי שלו בתגובה לפוטנציאל קולומב מקומי.

המצאה של השער-מתכונן התקני גראפן לסריקה מיקרוסקופית מנהור מחקרים עם זיהומים קולון

חנקן הוא נוזל סופר קריטי אפקטיבי לתהליכי מיצוי או ייבוש בשל גודלה הקטן המולקולרי, צפיפות גבוהה במשטר הסופר קריטי כמעט נוזלי, ואדישות כימית. אנו מציגים פרוטוקול ייבוש חנקן סופר קריטי לטיפול הטיהור של חומרים תגובתי, נקבוביים.

עיבוד חנקן סופר קריטי עבור הטיהור של חומרים נקבוביים ריאקטיבי

"שיטת ציפוי קרמי נשלפת" מוצגת בפורמט ויזואלי לסינתזה של ננו-חלקיקי קרביד וניטריד מתכתיים מוקדמים שאינם מסונטרים ומסתיימים במתכת עם גדלים ומבני גביש ניתנים לכוונון.

סינתזה בתיווך Microemulsion הפוכה של monometallic ובי-המתכתי המוקדם מעבר מתכת קרביד ניטריד חלקיקים

פרוטוקול מתואר לאפיון של הפרמטרים אלקטרוכימיים המפתח של האלקטרודה יהלומים מסוממים (BDD) בורון ויישום שלאחר מכן בניסויי דור pH האתר.

הערכה של בורון מסוממים יהלומי אלקטרודה איכות ובקשה ל<em&gt; באתר</em&gt; שינוי של pH המקומי על ידי אלקטרוליזה המים

מאמר זה מדווח על ייצור ננו-חומרים של מצע Si פולרן שנבדק ואומת על ידי ננו-מדידות וסימולציה דינמית מולקולרית.

גשוש C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si המצע באמצעות סריקת בדיקה מיקרוסקופית דינאמיקה מולקולארית

כאן נתאר פרוטוקול עבור additively ייצור רכיבים זרקוניה בשחור-לבן על-ידי הדפסת תלת-ממד תרמופלסטיים (CerAM - T3DP), שיתוף סינטור ללא פגם.

הרכיבים מבוססי קרמיקה חומר רב – כתוסף בייצור מרכיבים אסתטיים בשחור-לבן על-ידי הדפסת תלת-ממד תרמופלסטיים (CerAM - T3DP)

כתב יד זה מתאר את העיבוד של אחד הרכיבים קרמיקה רב תכליתיים (למשל, שילובים של מבנים צפופים נקבובי) additively מתוצרת stereolithography.

כתוסף בייצור חומרי קרמיקה פונקציונלית מדורגת על ידי Stereolithography

CO2 שינויי צורה מתנהלים בתהליך של שני שלבים לסינתזה של מולקולות מורכבות. סלקטיבית 4 e- הפחתה של CO2 עם הידרובוראן ההידרוסטנט מעניקה bis והרב תגובתי (boryl) acetal ביניים אשר מעורב לאחר מכן התגובה התעבות או carbene מתווך c-c הדור צימוד.

CO רב-תכליתי2 העתקות לתוך מוצרים מורכבים: אחד-סיר 2-צעד אסטרטגיה

מאמר זה מציג פרוטוקול ממוטב ומושכל ניסיון לייצור התקני סופר-סריג moiré מבוססי גרפן באיכות גבוהה עם זוויות פיתול מדויקות, תוך שימוש בטכניקת העברה יבשה שונה המבוססת על מערך העברה מותאם-במיוחד וניתן לכוונון גבוה.

הליך ייצור אופטימלי עבור התקני Moiré Superlattice מבוססי גרפן באיכות גבוהה

למד ייצור תוספים שלילי של קרמיקה קשה בצורות מורכבות באמצעות יציקת ג'ל ופירוליזה. שיטה זו מייצרת חלקים צפופים מקרביד בורון עם התכווצות מינימלית.

הייצור מוספים שלילי של קומפלקס בצורת Carbides בורון

גלה סרטונים נוספים