Un metodo chiamato produzione additiva negativo è usato per produrre vicino carburo del boro complesso completamente densi a forma parti di varie scale di lunghezza. Questa tecnica è possibile tramite la formulazione di una sospensione di romanzo che coinvolge il resorcinolo-formaldeide come agente gelificante unico che lascia dietro di sé un omogeneo carbonio sinterizzazione aiuti dopo la pirolisi.
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Articolo metodologico
Produzione additiva negativa del complesso a forma di carburi di boro
In questo articolo
Sommario
Abstract
Carburo di boro (B4C) è uno dei materiali più duri in esistenza. Tuttavia, questa proprietà attraente limita anche la macchinabilità in forme complesse per usura elevata, elevata durezza e applicazioni di materiali leggere quali armature. Per superare questa sfida, negativo produzione additiva (AM) è impiegato per produrre geometrie complesse di carburi di boro a varie scale di lunghezza. AM negativo prevede innanzitutto la gelcasting una sospensione in uno stampo di plastica 3D-stampato. Lo stampo è quindi sciolto, lasciando dietro di sé un corpo verde come una copia negativa. Resorcinolo-formaldeide (RF) è usato come agente gelificante novello perché a differenza dei tradizionali idrogeli, c'è poco da nessun restringimento, che permette per stampi estremamente complessi da utilizzare. Inoltre, questo agente gelificante può essere pirolizzato per lasciare dietro ~ 50 wt % di carbonio, che è un aiuto di sinterizzazione altamente efficace per B4C. a causa di questa distribuzione altamente omogenea di carbonio in situ entro la matrice4C B, a meno di 2% porosità può essere raggiunto dopo la sinterizzazione. Questo protocollo evidenzia in dettaglio la metodologia per la creazione di vicino parti completamente densi carburo di boro con geometrie molto complesse.
Introduzione
Carburo di boro (B4C), con un Vickers durezza di circa 38 GPa, è conosciuto come il terzo più duro materiale commercialmente disponibile, dietro di diamanti (~ 115 GPa) e nitruro di boro cubico (~ 48 GPa). Questa proprietà particolare, con una bassa densità (2,52 g/cm3), lo rende attraente per le applicazioni di difesa come armature1. B4C ha anche un alto punto di fusione, resistenza all'usura superiore e assorbimento del neutrone alta croce sezione2,3,4. Tuttavia, l'utilizzo di queste favorevoli proprietà meccaniche in....
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Protocollo
Attenzione: Si prega di consultare con i fogli di dati di sicurezza (SDS) di tutti i materiali e indossare dispositivi di protezione appropriati (PPE) per maneggiare materiali prima colata e polimerizzazione. Immina resorcinolo e polietilene sono noti per essere tossici. La formaldeide è sia tossico e cancerogeno20. Preparazione di sospensioni in ceramica dovrebbe essere fatto in cappe chimiche o altri ambienti di lavoro adeguatamente ventilato.
1. negativo produzione additiva
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Preparazione di una sospensione di due parti di 120 mL
Nota: Una sospensione di due parti sarà preparata per ai....
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Risultati
Seguendo la procedura descritta (Figura 1), parti di carburo di boro a forma complessi con carbonio (B4C/C) possono essere sinterizzati fino a 97,6 ± 0,4% della densità massima teorica con durezza di un Vicker 23.0 ± 1,8 GPa8. Vengono illustrati diversi esempi possibili di parti sinterizzate di C/C4B (Figura 2). Questi esempi mostrano le caratteristiche tessiturali bene che possono es.......
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Discussione
La metodologia di produzione additiva negativo descritto nel protocollo consente parti di carburo di boro a forma complessa da produrre alle densità quasi completa dopo la sinterizzazione ad una temperatura ottimale di 2290 ° C. I primi passi diverse legati alla preparazione e colata sono i più critici per la generazione di un cast con minimi difetti di alta qualità. Se la viscosità della sospensione è troppo elevata, scarsa miscelazione si verificherà. La porosità della parte sinterizzata è influenzata anche dal momento.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato effettuato sotto l'egida del US Department of Energy da Lawrence Livermore National Laboratory sotto contratto DE-AC52-07NA27344. Rilascio IM LLNL-JRNL-750634.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Polvere di carburo di boro 1250F | Tetrabor Ceramics | Lot 211M419 | >96% di purezza Carburo |
| boro 1500F | Tetrabor Ceramics | Lot 209M102/9 | >96% di purezza |
| Polvere di carburo di boro 3000F | Tetrabor Ceramics | Lot 111m53/9 | >96% di purezza |
| Polietilene immina (PEI) | Sigma Aldrich | MKBP3417V | MW medio ~25.000 da L.S. |
| Resorcina | Sigma Aldrich | MKBG6751V | BioXtra, ≥ 99% |
| Formaldeide | Fisher Scientific | F79-1 | 37% in peso; Stabilizzato con il 10-15% di metanolo |
| acido acetico | Sigma Aldrich | SKU 695092 | Glacial ≥ 99,7% |
| Acetone | Sigma Aldrich | SKU 179124 | Grado di reagente ACS ≥ 99,5% |
| Acqua | LLNL In-house (Milli-Q) | ||
| Miscelatore planetario | Thinky | AR-250 | Adatto a contenitori Thinky da 150 ml e 300 ml |
| Filamento plastico acrilonitrile butadiene stirene (ABS) | eSUN | Colore naturale | |
| Taz 6 (stampante 3D) | Lulzbot | FDM stampante 3D | |
| 4% H2 / 96% Gas Ar | Aria Gas | UHP | 4% Idrogeno, equilibrato Argon |
| Gas Elio | Aria Gas | UHP | |
| Forno di Riscaldamento | Neytech | Vulcan 9493308 | per 80 gradi C indurimento |
| forno tubolare al quarzo | Applied Test Systems, Inc. | LEA 05-000075 | Forno per 1050 gradi Carbonizzazione C |
| Forno di grafite | Thermal Technology LLC | Forno di sinterizzazione | |
| Microscopio elettronico a scansione (SEM) | Jeol | JSM-7401F | |
| Misuratore di pH | Thermo Scientific | Orion 4 stelle | calibrato con standard tampone |
| Reometro | TA Strumento | AR2000ex | Per la misurazione della viscosità |
| Diffrattometro a raggi X (XRD) | Bruker | AX D8 Advanced | |
| Bilancia analitica | Mettler Toledo | XS104 | |
| Bruker EVA | Software di analisi XRD |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
