Fabricação aditiva negativa do complexo em forma de carbonetos de boro

Summary

Um método chamado fabricação aditiva negativa é usado para produzir perto de peças totalmente denso complexo em forma de carboneto de boro de várias escalas de comprimento. Esta técnica é possível através da formulação de uma suspensão de romance envolvendo resorcinol-formaldeído como um único agente de coagulação que deixa para trás um carbono homogêneo sinterização auxílio após a pirólise.

Abstract

Carboneto de boro (B₄. C) é um dos materiais mais difíceis em existência. No entanto, essa propriedade atraente também limita sua machineability em formas complexas de alto desgaste, alta dureza e aplicativos leves de material tais como armaduras. Para superar este desafio, fabricação aditiva negativa (AM) é empregada para produzir geometrias complexas de carbonetos de boro em diversas escalas de comprimento. Negativo AM primeiro envolve gelcasting uma suspensão em um molde de plástico 3D-impresso. O molde é então dissolvido, deixando para trás um corpo verde como uma cópia do negativo. Resorcinol-formaldeído (RF) é usado como um agente de coagulação novo porque ao contrário de hidrogel tradicional, há pouco a nenhum encolhimento, que permite a moldes extremamente complexos ser usado. Além disso, este agente de coagulação pode ser desperdiçado para deixar para trás 50 ~ wt % de carbono, que é uma ajuda de sinterização altamente efetiva para B₄C. devido a esta distribuição altamente homogénea de carbono em situ dentro da matriz de₄C B, a menos de 2% de porosidade pode ser alcançado após a sinterização. Este protocolo destaca detalhadamente a metodologia para a criação de perto de carboneto de boro totalmente denso peças com geometrias complexas.

Introduction

Carboneto de boro (B₄. C), com um Vickers dureza de aproximadamente 38 GPa, é conhecido como o terceiro mais difícil material comercialmente disponível, atrás de diamantes (~ 115 GPa) e nitreto de boro cúbico (~ 48 GPa). Esta propriedade particular, juntamente com uma baixa densidade (2,52 g/cm³), o torna atraente para aplicações de defesa como de armaduras¹. B₄C também tem um alto ponto de fusão, resistência ao desgaste superior e absorção de nêutrons de alta cruz seção^2,3,4. No entanto, a utilização destas propriedade....

Protocol

Atenção: Por favor consultar com fichas de dados de segurança (SDS) de todos os materiais e usar equipamentos de proteção adequado (EPI) ao manusear materiais antes de fundição e de cura. Imina resorcinol e polietileno são conhecidos por serem tóxicos. O formaldeído é tóxico e cancerígeno²⁰. Preparação de suspensões cerâmicas deve ser feita em exaustores de fumos químicos ou outros ambientes de trabalho adequadamente ventilados.

1. fabricação de aditiva negativa

1. Preparação de uma suspensão de duas partes de 120 mL
   Nota: Uma suspensão de duas partes estará preparada para ajudar a prolong....

Results

Seguindo o procedimento descrito (Figura 1), partes do complexo em forma de carboneto de boro com carbono (B₄C/C) podem ser sinterizadas até 97.6 ± 0,4% da densidade máxima teórica com dureza de um Vicker de 23.0 ± 1,8 GPa⁸. Vários exemplos de peças sinterizadas de C/C de₄B são demonstrados (Figura 2). Estes exemplos mostram as características texturais bem que podem ser copiadas atra.......

Discussion

A metodologia de fabricação de aditiva negativa descrita no protocolo permite complexa de carboneto de boro em forma de peças a ser produzido em densidade quase completa após a sinterização a uma temperatura ideal de 2290 ° C. Os primeiros passos de diversos relacionados com a preparação e fundição são os mais críticos para a geração de um elenco com defeitos mínimos de alta qualidade. Se a viscosidade da suspensão é muito alta, mistura pobre irá ocorrer. A porosidade da peça sinterizada também é afetada, uma vez que o a.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Carboneto de boro em pó 1250F	Tetrabor Ceramics	Lot 211M419	>96% pureza
Boron carbureto powder 1500F	Tetrabor Ceramics	Lot 209M102/9	>96% pureza
Boron carbureto powder 3000F	Tetrabor Ceramics	Lot 111m53/9	>96% de pureza
Polietileno Imina (PEI)	Sigma Aldrich	MKBP3417V	MW médio ~25.000 por L.S.
Resorcinol	Sigma Aldrich	MKBG6751V	BioXtra, ≥ 99%
Formaldeído	Fisher Scientific	F79-1	37% em peso; Estabilizado com 10-15% de Metanol
Ácido Acético	Sigma Aldrich	SKU 695092	Glacial ≥ 99,7%
Acetona	Sigma Aldrich	SKU 179124	Grau de Reagente ACS ≥ 99,5%
Água	LLNL Misturador Planetário Interno (Milli-Q)
	Thinky	AR-250	Compatível com recipientes Thinky de 150mL e 300mL
Acrilonitrilo, butadieno, estireno (ABS), filamento de plástico	eSUN		Cor natural
Taz 6 (impressora 3D)	Impressora 3D	Lulzbot
4% H2 / 96% Ar gás	Ar Gás	UHP	4% Hidrogênio, balanceado Argônio
Hélio gás	Ar Gás	UHP	Hélio
Forno de aquecimento	Neytech	Vulcan 9493308	Forno para 80 &graus; Forno tubular de quartzo de cura C
	Applied Test Systems, Inc.	LEA 05-000075	Forno para 1050 ° C carbonização
Forno de grafite	Thermal Technology LLC		Forno de sinterização
Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM)	Jeol	JSM-7401F
Medidor de pH	Thermo Scientific	Orion 4 Star	calibrado com padrões de buffer
Reômetro	TA Instrument	AR2000ex	Para medição de viscosidade
Difratômetro de raios X (XRD)		Bruker	AX D8
	Mettler Toledo	XS104
Bruker EVA			Software de análise de XRD