【摘 要】
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氧化铝/氧化锆(Al2O3/ZrO2)陶瓷具有良好的物理性能、生物相容性及化学稳定性的特点,被广泛应用于航空、航天、化工及医疗领域。然而,针对激光选区熔化(SLM)技术的氧化铝/氧
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氧化铝/氧化锆(Al2O3/ZrO2)陶瓷具有良好的物理性能、生物相容性及化学稳定性的特点,被广泛应用于航空、航天、化工及医疗领域。然而,针对激光选区熔化(SLM)技术的氧化铝/氧化锆3D打印工艺还较不成熟,因而限制了其快速发展。本文以全瓷义齿为生物陶瓷的应用目标,以激光选区熔化Al2O3/ZrO2生物陶瓷打印为研究对象,分析不同工艺参数(扫描功率、扫描速率及扫描间距)对熔化陶瓷样件的宏观质量、微观形貌及力学性能的影响;另外,添加氧化钇(Y2O3)作为第三相进行试验研究;最后利用ANSYS有限元软件进行预热仿真,具体如下:首先对熔化扫描轨迹(直线形、蛇形及岛形)及单因素(扫描功率、扫描速率及扫描间距)进行试验分析,利用正交实验法获得最优工艺参数,并且探索单因素对成型样件的影响程度。其次,为探究添加Y2O3是否能够提高样件力学性能,添加3mol%(3Y)Y2O3进行Al2O3/ZrO2熔化试验,获得较优的扫描速率,在此基础上,进行掺杂不同含量Y2O3(1.5Y、3Y、4.5Y、6Y、8Y及10Y)试验,分析样件微观形貌、物相组织及力学性能,得到Y2O3最优比例参数。最后,在以上所得出的最优参数试验条件下进行了 ANSYS有限元仿真,通过改变预热温度,分析熔化温度场及应力场变化,为裂纹成型机理提供理论基础,而后进行试验研究,以减少裂纹的产生,提高样件力学性能。研究结果表明:扫描轨迹的不同对熔化样件有不同的成型效果,力学性能也有较大影响,且扫描速率对成型样件的影响最大、其次为扫描功率,最后为扫描间距;掺杂Y2O3不仅能够提高样件的力学性能,而且需较优的比例参数;通过预热仿真及试验可知,不同预热温度使得熔化温度场及应力场发生了变化,随着预热温度的升高可有效减少裂纹的产生。
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