Enhanced comprehensive properties of stereolithography 3D printed alumina ceramic cores with high porosities by a powder gradation design

立体光刻 级配 材料科学 烧结 陶瓷 抗弯强度 3D打印 复合材料 微观结构 多孔性 计算机科学 计算机视觉
作者
Xiang Li,Haijun Su,Dong Dong,Di Zhao,Yuan Liu,Zhonglin Shen,Hao Jiang,Yinuo Guo,Haifang Liu,Guangrao Fan,Wenchao Yang,Taiwen Huang,Jun Zhang,Lin Liu,Hengzhi Fu
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier]
卷期号:131: 264-275 被引量:84
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2022.04.040
摘要

Ceramic cores with complex structures and optimized properties are critical for hollow turbine blades applied in aeroengines. Compared to traditional methods, additive manufacturing (AM) presents great advantages in forming complex ceramic cores, but how to balance the porosity and strength is an enormous challenge. In this work, alumina ceramic cores with high porosity, moderate strength, and low high-temperature deflection were prepared using stereolithography (SLA) 3D printing by a novel powder gradation design strategy. The contradiction between porosity and flexural strength is well adjusted when the mass ratio of the coarse, medium, and fine particles is 2:1:1 and the sintering temperature is 1600 °C. The fracture mode of coarse particles in sintered SLA 3D printing ceramic transforms from intergranular fracture to transgranular fracture with the increase of sintering temperature and the proportion of fine powders in powder system. The sintered porosity has a greater influence on the high-temperature deflection of SLA 3D printed ceramic cores than grain size. On this basis, a "non-skeleton" microstructure model of SLA 3D printed alumina ceramic cores is created to explain the relationship between the sintering process and properties. As a result, high porosity (36.4%), appropriate strength (50.1 MPa), and low high-temperature deflection (2.27 mm) were achieved by optimizing particle size gradation and sintering process, which provides an insight into the important enhancement of the comprehensive properties of SLA 3D printed ceramic cores.
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