Issiqlik boshqaruvi va elektr o'tkazuvchanligini qo'llashda to'liq zich, yuqori issiqlik / o'tkazuvchanlik va mukammal mexanik xususiyatlarga ega bo'lgan mis (Cu) qismlarini ishlab chiqarish qobiliyatiga ega bo'lish juda muhimdir. Qo'shimcha ishlab chiqarish (AM) yoki 3D bosib chiqarish murakkab geometriyali Cu qismlarini ishlab chiqarish uchun misli ko'rilmagan imkoniyatni beradi. Biroq, sof Cu infraqizil lazerlarni yuqori darajada aks ettiradi, shuning uchun tez-tez ishlatiladigan lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish uskunalari bilan bosilgan sof Cu qismlari yuqori porozlikka ega bo'lib, bu ularning mexanik va issiqlik / elektr o'tkazuvchanligini pasaytiradi. Sof mis qismlarining yuqori zichligi qisqa to'lqinli yashil lazerlar yoki elektron nurlar bilan jihozlangan qo'shimcha ishlab chiqarish uskunalari tomonidan ishlab chiqarilishi mumkin bo'lsa-da, sof misning past kuchliligi va uning termal yumshatilishga qarshi tura olmasligi lazer qo'shimchalari bilan ishlab chiqarilgan mis qismlarni qo'llashga to'sqinlik qildi. yuqori mexanik yuklar va yuqori haroratlar.
Yuqoridagi muammolarni hal qilish uchun Avstraliyaning Kvinslend universiteti professori Xingxing Chjan jamoasi Monash universiteti professori Kristofer Xatchinson, Sidney universiteti professori Julie Keyrni, professor Miao-Quan Li bilan hamkorlikda. Shimoli-g‘arbiy politexnika universitetidan, Chongqing universitetidan professor Xiaoxu Huang, Daniya fan va texnologiya universitetidan professor Jesper Anri Xattel va RMIT universiteti professori Mark Easton yuqori zichlikka ega bo‘lgan mis qismlarni ishlab chiqarish bo‘yicha hamkorlikda ishlamoqda. Professor Mark Easton, RMIT universiteti va boshqa jamoalar yuqori quvvatli va yuqori o'tkazuvchanlik misini 3D bosib chiqarish uchun dizayn strategiyasini taklif qilish uchun hamkorlik qilishdi. Dizayn strategiyasining kaliti, lazer kukun bilan o'zaro ta'sirlashganda, sof misning lazerning so'rilishini kuchaytirishni ta'minlash uchun sof mis kukuni bilan bir hil aralashtirilgan qo'shimcha zarrachani tanlashdir. Bundan tashqari, qo'shimchalar zarralari mis matritsasida kukun eritilganda eritilgan hovuzga eriydi va qattiqlashuv vaqtida qayta cho'kadi, shu bilan misni issiqlik / elektr o'tkazuvchanligini sezilarli darajada kamaytirmasdan mustahkamlaydi. Qo'shimcha zarrachalar uchun skrining mezonlari quyidagilardan iborat: (1) misdagi zarrachalarning tarkibiy elementlarining qattiq eruvchanligi ularning issiqlik/elektr o'tkazuvchanligiga salbiy ta'sirini minimallashtirish va nanozarrachalarning cho'ktirish potentsialini maksimal darajada oshirish uchun minimal bo'lishi kerak. qotib qolish; (2) zarralar eritilgan hovuzga erishini osonlashtirish va qotib qolgan nanozarrachalarning qotib qolish potentsialini zaiflashtirish uchun past erish nuqtasiga ega bo'lishi kerak; (3) zarralar suyuq misda past namlanish nuqtasiga ega bo'lishi kerak, suyuq misda cho'kma nanopartikullarning aglomeratsiyasini oldini olish uchun past namlanish burchagi bo'lishi kerak. Ushbu dizayn g'oyasiga asoslanib, biz lantan geksaboridi (LaB6) yuqoridagi mezonlarga javob berishini aniqladik. LaB6 nanozarrachalarining iz miqdorini qo'shib, yuqori zichlikli va yuqori samarali mis va uning geometrik jihatdan murakkab qismlari lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish orqali amalga oshirildi.
Tegishli ish Nature Communications nufuzli xalqaro jurnalida "Yuqori mustahkamlik va yuqori o'tkazuvchanlikka ega misni lazerli kukunli qatlam termoyadroviy bilan ishlab chiqarish" sarlavhasi ostida nashr etilgan. Aloqa. Doktor Yinggang Liu (hozirgi Shimoli-g‘arbiy politexnika universiteti Aeronavtika maktabi professori) va Kvinslend universitetidan doktor Jingqi Chjan birinchi mualliflar, Kvinslend universiteti professori Mingxing Chjan esa doktor Ranming Niu. Sidney universiteti professori va Monash universiteti professori Kristofer Xatchinson hammuallif mualliflardir.
Rasm.
Qo'shimcha ishlab chiqarish (AM) yoki 3D bosib chiqarish, geometrik jihatdan murakkab mis qismlarni tez ishlab chiqarish imkonini beradi va issiqlik boshqaruvi va elektr o'tkazuvchanligi bo'yicha keng ko'lamli ilovalarga ega. Biroq, sof mis yumshoq, shu bilan birga infraqizil lazerlarga nisbatan yuqori aks ettirish odatda yuqori poroziteli 3D bosilgan qismlarga olib keladi, bu ularning ishlashini pasaytiradi. Yashil lazerlar yoki elektron nurlar yordamida qo'shimcha ishlab chiqarish yuqori zichlikka ega bo'lgan sof mis qismlarni bosib chiqarishi mumkin bo'lsa-da, xona haroratida sof misning past kuchi va uning termal yumshatilishga qarshilik ko'rsata olmasligi yuqori mexanik yuklarga va yuqori bosimga duchor bo'lgan qo'shimchalar yordamida ishlab chiqarilgan mis qismlarini qo'llashni cheklaydi. haroratlar. Sof misga Cr, Co, Fe va Zr kabi elementlarni qotishma yo‘li bilan qo‘shish lazerning absorbsiyasini oshirishi va substratni mustahkamlashi mumkin, ammo bu usul misda qattiq eruvchanligi yuqori bo‘lganligi sababli uning issiqlik/elektr o‘tkazuvchanligini sezilarli darajada kamaytiradi. Yana bir yondashuv - yuqori issiqlik / elektr o'tkazuvchanligini saqlab, misni mustahkamlash uchun sof mis bilan aralashmaydigan tashqi zarrachalarni (Al2O3, TiB2 va boshqalar) qo'shishdir. Biroq, amalda, nanozarrachalar aglomeratsiyasi tufayli egiluvchanlik va shikastlanishga bardoshlilikni buzmasdan sezilarli mustahkamlanishni olish juda qiyin. Natijada, qotishma yoki mos kelmaydigan tashqi zarrachalarni qo'shish kuchini oshirishi va lazerni yutish xususiyatlarini yaxshilashi mumkin, lekin odatda issiqlik/elektr o'tkazuvchanligi va egiluvchanligi sezilarli darajada pasayishiga olib keladi. Yuqori quvvatli, yuqori o'tkazuvchanlik mis qismlarini 3D bosib chiqarish dolzarb muammo bo'lib qolmoqda. .
Bu erda biz lazer kukunli qatlam termoyadroviy (L-PBF) orqali sof mis kukuniga oz miqdorda lantan geksaboridi (LaB6) nanozarrachalarini qo'shib, yuqori zichlikdagi, yuqori samarali mis qismlarini tayyorlash uchun lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish usulini namoyish qilamiz. Bu usulning kaliti sof misning lazerli singishini kuchaytiruvchi mos zarrachalarni sof misga kiritish, so'ngra eritma hovuzida erishi va qotib qolish vaqtida cho'ktirishdir. LaB6 yuqori lazerni yutish qobiliyati, yaxshi elektr o'tkazuvchanligi, past erish nuqtasi va suyuq mis bilan past namlanish burchagi asosida tanlangan. LaB6 ikki tomonlama rolga ega. Birinchidan, u sof misning lazerning so'rilishini yaxshilaydi va shu bilan kukunning yaxshiroq birlashishiga yordam beradi. Ikkinchidan, uning kukun sintezi vaqtida erishi va keyinchalik qattiqlashuv vaqtida diffuz tarzda tarqalgan nanozarrachalar sifatida cho‘kma hosil qilish qobiliyati nafaqat materialning mustahkamligini oshiradi, balki ko‘proq egiluvchanlik va yuqori issiqlik/elektr o‘tkazuvchanligini ham saqlaydi. oquvchanligi 346,8 MPa, bu sof misdan 3,7 baravar yuqori, shuningdek, sinish egiluvchanligi 22,8%, 98,4% va yuqori issiqlik/elektr o'tkazuvchanligi 1,4%.1wt% LaB6-qoralangan mis shuningdek, IACS (Xalqaro tavlangan sof mis sxemasi) uchun yaxshi nomzoddir. IACS (Xalqaro tavlangan mis standarti) elektr o'tkazuvchanligi, issiqlik o'tkazuvchanligi 387 Vt / mK va sof misning erish nuqtasiga yaqin bo'lgan 1050 daraja yumshatishga mukammal qarshilik. Bundan tashqari, ushbu tadqiqotda usulning geometrik murakkab qismlarga nisbatan qo'llanilishi ham ko'rsatilgan. Yangi ishlab chiqilgan LaB{23}}doplangan mis qotishmalarni 3D bosib chiqarishda muhim boʻshliqni toʻldiradi va yuqori mexanik yuklar va yuqori haroratli muhitlarga mos keladi. Bir xil tarqalgan nanozarrachalar odatda metall materiallarni mustahkamlash uchun qo'llanilganligi sababli, erish va qotib qolganda cho'kmaning ushbu dizayn strategiyasi chop etishga tayyor, yuqori samarali materiallarni ishlab chiqish uchun boshqa qotishma tizimlariga ham kengaytirilishi mumkin.
1-rasm. Lazer kukuni eritish yo'li bilan tayyorlangan sof va LaB6-qo'shib qo'yilgan misning mikro tuzilmasi va lazerni aks ettirish sinovi natijalari
2-rasm Lazerli kukunli qatlam eritish yoʻli bilan tayyorlangan LaB6-qoralangan misning nanozarracha tahlili
Shakl 3 Lazerli kukunli qatlam eritish yo'li bilan tayyorlangan LaB6 qo'yilgan misning APT elementar tavsifi
4-rasm Lazerli kukunli eritish yo'li bilan tayyorlangan LaB6-qo'shib qo'yilgan misning mexanik xususiyatlari va elektr o'tkazuvchanlik sinovi natijalari.
Shakl 5 Lazerli kukunli eritish yo'li bilan tayyorlangan LaB6 qo'yilgan mis nuqtalarining siqish sinovi natijalari
