Ti3SiC2/SiC复相陶瓷反应熔渗/送粉激光复合成形机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875222
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0508.成形制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In this project, a reactive melt infiltration/laser engineered net shaping compound technology is proposed to meet the demands of adjusting the shape and performance of complex SiC parts for aero engines application. It is promising to solve the performance adjustment and the shape controlling problem of the direct laser additive manufacturing complex SiC parts. However, due to the synergic effects of laser irradiation and chemical reactions, the principle of manufacturing, the evolution of microstructure and internal stress distribution of ceramics have not been well understood. In this project, the Ti-Si-C powder system which can react to form Ti3SiC2 / SiC multiphase ceramics is selected to systematically study the interaction mechanism between laser and raw ceramic powder during compound forming process of the reactive infiltration/laser engineering net shaping. Then detailed study on the evolution principles and manipulation mechanism of microstructure and internal stress distribution during the compound forming process would be performed. And the mechanical properties and fracture behavior of the multiphase ceramics fabricated by the compound forming technology would also be investigated. Based on the optimization of processing parameters, we hope to inhabit the residual stress and minor crack formed during the fabrication process. And after foregoing investigations,The Ti3SiC2/SiC multiphase ceramic parts with high performance would be produced according to the optimized design of macro-micro structure. It is envisaged that the success of the present research project can break through the bottle-neck of manufacturing of multiphase carbide ceramic parts, and consequently has a more important scientific and practical significance.
本项目面向航空发动机对碳化硅构件形性控制的需求,提出反应熔渗/送粉激光复合成形技术,有望解决碳化硅构件直接激光增材制造中控形控性的难题。然而由于复合成形过程受到激光辐照与化学反应的协同影响,该技术的陶瓷成形机理以及材料微观结构、应力分布的演变规律尚不清楚。本项目拟选择可反应生成Ti3SiC2/SiC的Ti-Si-C粉末体系为对象,系统研究反应熔渗/送粉激光复合成形过程中激光与原料粉体在反应熔渗条件下的交互作用机理;研究在复合成形过程中的微观结构和应力分布的演变规律、控制机制;研究复合成形复相陶瓷的力学性能和断裂行为。通过工艺优化,抑制残余应力及微裂纹,最后通过宏微观结构设计制造出高性能Ti3SiC2/SiC复相陶瓷构件。本项目的研究对突破碳化物复相陶瓷构件的直接成形加工瓶颈,促进其工程应用具有较为重要的科学和工程意义。

结项摘要

本项目以反应熔渗技术与激光成型技术研究相结合,阐明了反应熔渗/激光成形复合成形技术对Ti/SiC成形与组织演变的影响规律,获得了激光与复合粉体材料相互作用的规律与调控方法。通过对激光工艺参数、粉体粒径、压力等进行综合研究发现,球化过程对粉床本身的致密度最为敏感,其次与能量密度的敏感性,而粉体粒径的变化敏感性则最低。反应熔渗激光成形Ti/SiC复合材料裂纹产生主要原因是热应力以及成分分布不均。本项目揭示了激光成形与反应熔渗技术结合时Ti/SiC复合粉体的组织结构与物相变化规律,研究发现在激光辐照条件下,随激光能量密度的增加,硅含量随之增加,并导致材料内部液相量增加,致密度增大。项目通过试验表征了光辐照条件下合金/陶瓷润湿行为规律,熔池稳定性影响因素的敏感性依次为扫描速度>扫描间距>激光功率。研究了硼改性对反应熔渗/激光成形中微观结构和内部应力的影响,明晰了粉体改性对复合材料组织结构、性能等的影响规律。对碳化硼等对Ti/SiC进行改性后研究发现,碳化硼在激光辐照作用下生成了二硼化钛,添加B元素使得样品的成形缺陷得到了控制,降低了样品的开裂倾向,使样品的成形完整度得到了提高。.本项目研究了重熔工艺对反应熔渗/激光成形样品的微观结构和应力分布影响规律,激光重熔工艺对样品的表面形貌、成形性以及性能都有着明显的影响,与未重熔样品相比,使用75 W激光功率,1000 mm/s扫描速率,螺旋扫描策略进行重熔的样品尺寸误差降低了27.49 %,开孔率降低了1.85 %,而使用175 W激光功率,1000 mm/s扫描速率,棋盘扫描策略重熔样品抗压强度相较于未重熔可提高284.67 %。最后通过模拟仿真计算,设计了具有嵌套结构的极小曲面样件,所制备样品致密度和强度均优于未进行结构优化的对比组。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
SiC paste with high curing thickness for stereolithography
用于立体光刻的高固化厚度 SiC 浆料
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2022.06.183
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Kejie Wang;Rongzhen Liu;Chonggao Bao
  • 通讯作者:
    Chonggao Bao
Effect of laser parameters on microstructure and phase evolution of Ti-Si-C composites prepared by selective laser melting
激光参数对选区激光熔化制备Ti-Si-C复合材料微观结构和物相演化的影响
  • DOI:
    10.1016/j.mtcomm.2020.101114
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Materials Today communications
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Gong Chen;Rong-zhen Liu;Yu-di Qiu
  • 通讯作者:
    Yu-di Qiu
Fabrication of a continuous carbon fiber-reinforced phenolic resin composites via in situ-curing 3D printing technology
原位固化3D打印技术制备连续碳纤维增强酚醛树脂复合材料
  • DOI:
    10.1016/j.coco.2023.101497
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Composite Communications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wencai Dong;Chonggao Bao;Shijia Li;Rongzhen Liu
  • 通讯作者:
    Rongzhen Liu
High-temperature ablation performance of Si3N4-Si2N2O-BN composites prepared using selective laser sintering
选择性激光烧结制备Si3N4-Si2N2O-BN复合材料的高温烧蚀性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Corrosion Science
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Kejie Wang;Guanjun Yang;Rongzhen Liu
  • 通讯作者:
    Rongzhen Liu
Microstructure and mechanical properties of reaction-bonded B4C–SiC composites
反应粘结B4C-SiC复合材料的显微组织和力学性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Rong-zhen Liu
  • 通讯作者:
    Rong-zhen Liu

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其他文献

模拟大气氮沉降对中国森林生态系统影响的研究进展
  • DOI:
    10.11926/jtsb.4113
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    热带亚热带植物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲁显楷;莫江明;张炜;毛庆功;刘荣臻;王聪;王森浩;郑棉海;Mori Taiki;毛晋花;张勇群;王玉芳;黄娟
  • 通讯作者:
    黄娟
模拟大气氮沉降对中国森林生态系统影响的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    热带亚热带植物学报
  • 影响因子:
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    鲁显楷;莫江明;张炜;毛庆功;刘荣臻;王聪;王森浩;郑棉海;MORITaiki;毛晋花;张勇群;王玉芳;黄娟
  • 通讯作者:
    黄娟
冷等静压压强对激光选区烧结制备多孔SiC(w)/Si3N4陶瓷性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    硅酸盐学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李国锐;吴甲民;李晨辉;陈安南;刘荣臻;袁定坤
  • 通讯作者:
    袁定坤
饥饿诱导的细胞自噬可以引起UVRAG的降解
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    医学分子生物学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李梅;王宝栋;刘荣臻;张晓延
  • 通讯作者:
    张晓延
陶瓷零件增材制造技术及其在航空航天领域的潜在应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    航空制造技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴甲民;陈敬炎;陈安南;程立金;肖欢;刘荣臻;史玉升;李晨辉;朱小刚;王联凤
  • 通讯作者:
    王联凤

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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