RU2410196C1 - Procedure for production of semi-transparent material - Google Patents
Procedure for production of semi-transparent material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2410196C1 RU2410196C1 RU2009124949/02A RU2009124949A RU2410196C1 RU 2410196 C1 RU2410196 C1 RU 2410196C1 RU 2009124949/02 A RU2009124949/02 A RU 2009124949/02A RU 2009124949 A RU2009124949 A RU 2009124949A RU 2410196 C1 RU2410196 C1 RU 2410196C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sintering
- plane
- planes
- pulses
- duration
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, точнее к технологии лазерного упрочнения, спекания, синтеза изделий из порошковых материалов с полосами прозрачности для диапазона рабочих длин волн технологических лазеров, предназначено для спекания материалов при изготовлении трехмерных сложнофасонных изделий, как композиционных, так и керамических, при создании тепло-, огнезащитных спецсредств (покрытий и материалов) в различных отраслях промышленности, например в области энергетического машиностроения, также может быть использовано при изготовлении точных биосовместимых пористых медицинских имплантатов для протезирования.The invention relates to mechanical engineering, and more specifically to the technology of laser hardening, sintering, synthesis of products from powder materials with transparency bands for the range of working wavelengths of technological lasers, is intended for sintering materials in the manufacture of three-dimensional complex shapes, both composite and ceramic, when creating heat , flame retardant special equipment (coatings and materials) in various industries, for example, in the field of power engineering, can also be used for and making accurate biocompatible porous medical implants for prosthetics.
Известен способ формирования материала теплоизолирующего покрытия камеры сгорания ДВС, заключающийся в послойном нанесении на подложку исходного порошкового вещества с определенными показателями поглощения и рассеивания, спекаемого высокотемпературной плазмой (RU 2323357, 2008), при котором получают покрытие в виде слоя пористого полупрозрачного материала толщиной 0,1-2 мм, с показателем поглощения 1-5 (1/м) и показателем рассеяния 50-100 (1/м), позволяющее обеспечить объемное подповерхностное поглощение лучистой компоненты теплового потока при эксплуатации данного покрытия. При этом температуры нагрева, включая их формирующийся подповерхностный максимум внутри облучаемого покрытия, не достигают критических и не оказывают должного влияния на структуру (физико-механические параметры) покрытий. Требуемые же высокие температуры (свыше 2000 К), например, для спекания полупрозрачных порошковых композиций не достигаются, что снижает их теплопрочностные характеристики.A known method of forming the material of the heat-insulating coating of the ICE combustion chamber, which consists in layer-by-layer deposition of the initial powder substance with certain absorption and dispersion indicators sintered by high-temperature plasma (RU 2323357, 2008), in which a coating is obtained in the form of a layer of porous translucent material with a thickness of 0.1 -2 mm, with an absorption index of 1-5 (1 / m) and a scattering index of 50-100 (1 / m), which allows for volumetric subsurface absorption of the radiant component of the heat flux at an operation of this coating. In this case, the heating temperatures, including their forming subsurface maximum inside the irradiated coating, do not reach critical values and do not have the proper effect on the structure (physicomechanical parameters) of the coatings. The required high temperatures (over 2000 K), for example, for sintering translucent powder compositions are not achieved, which reduces their heat-resistance characteristics.
Известен способ изготовления из порошковых материалов точных биосовместимых пористых медицинских имплантатов для протезирования, методом селективного лазерного послойного спекания порошковых композиций (RU 2218242, 2003), при котором реализуется контролируемая лазерным излучением реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза пористой интерметаллидной фазы - никелида титана (NiTi) в защитной газовой среде. Таким способом обеспечивается также только поверхностное спекание и синтез с многократным повторением процедуры наращивания материала до заданной толщины с использованием конструктивно усложненной оснастки многоступенчатой подачи порошкового материала.There is a method of manufacturing accurate biocompatible porous medical implants from prosthetic materials for prosthetics, by the method of selective laser layer-by-layer sintering of powder compositions (RU 2218242, 2003), which implements a laser-controlled reaction of self-propagating high-temperature synthesis of a porous intermetallic phase - titanium nickelide in nickel (NiTi) environment. In this way, only surface sintering and synthesis with repeated repetition of the procedure of building the material to a predetermined thickness using the structurally complicated equipment of a multi-stage supply of powder material is also provided.
Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является способ изготовления трехмерных изделий из порошковых материалов (RU 2080963, 1997), заключающийся в послойном нанесении исходного полупрозрачного порошкового вещества на подложку и его спекании под воздействием лазерного нагревающего лучистого потока, который подают по нормали к облучаемой поверхности материала в режиме избирательного сканирования согласно системе плоскостей, секущих изделие параллельно формирующим его слоям. Перед нанесением слоя к исходному порошку добавляют часть другого порошка, в частности металлического, обладающего повышенной по сравнению с исходным способностью поглощения лазерного излучения. Тип и количество добавляемого порошка выбирают с учетом требований, предъявляемых к свойствам готового изделия.The closest analogue (prototype) of the invention is a method for manufacturing three-dimensional products from powder materials (RU 2080963, 1997), which consists in layer-by-layer deposition of the initial translucent powder substance on a substrate and its sintering under the influence of a laser heating radiant flux, which is fed along the normal to the irradiated surface of the material in the mode of selective scanning according to a system of planes cutting the product parallel to its forming layers. Before applying the layer to the original powder, a part of another powder, in particular metal, is added, which has an increased ability to absorb laser radiation compared to the initial one. The type and amount of added powder is selected taking into account the requirements for the properties of the finished product.
К основному недостатку прототипа следует отнести возможность только поверхностного спекания без прогрева и последующего спекания в подповерхностных слоях во внутреннем объеме из-за сниженной проникающей способности исходной порошковой композиции для сканирующего излучения. Спекание металлизированной порошковой смеси в прототипе реализуется, в основном, поверхностным поглощением лучистого теплового потока во всех диапазонах излучения применяемых технологических лазеров, и хотя возрастает поглощенная энергия в поверхностных слоях, глубинные зоны каждого последующего слоя, после первого, не подвергаются воздействию сканирующего излучения, т.к. показатель поглощения металлизированной порошковой композиции возрастает на несколько порядков. Способ-прототип следует также отнести к трудоемким и функционально ограниченным из-за принятой послойной многоступенчатой схемы процесса с переходом от одной плоскости сканирования к другой путем изменения местоположения либо источника излучения, либо самого материала и из-за отсутствия условий качественного спекания многих материалов, например спекания керамик на основе оксидов металлов.The main disadvantage of the prototype should include the possibility of only surface sintering without heating and subsequent sintering in subsurface layers in the internal volume due to the reduced penetration of the original powder composition for scanning radiation. Sintering of the metallized powder mixture in the prototype is realized mainly by surface absorption of the radiant heat flux in all emission ranges of the used technological lasers, and although the absorbed energy in the surface layers increases, the depth zones of each subsequent layer, after the first, are not exposed to scanning radiation, t. to. the absorption rate of the metallized powder composition increases by several orders of magnitude. The prototype method should also be attributed to the time-consuming and functionally limited due to the adopted layered multi-stage process scheme with the transition from one scanning plane to another by changing the location of either the radiation source or the material itself and due to the lack of conditions for the quality sintering of many materials, for example, sintering ceramics based on metal oxides.
Решаемая изобретением задача и достигаемый им технический результат заключаются в создании условий подповерхностного внутриобъемного поглощения излучения полупрозрачными материалами и достижения заданных температур, вплоть до температур фазового перехода, например для термического спекания в глубине слоя материала, а также в расширении функционального и технологического диапазона возможностей процесса, снижении его трудоемкости, упрощении используемой оснастки.The problem solved by the invention and the technical result achieved by it consists in creating conditions for subsurface intracavity absorption of radiation by translucent materials and reaching specified temperatures, up to phase transition temperatures, for example, for thermal sintering in the depth of the material layer, as well as expanding the functional and technological range of the process capabilities, reducing its complexity, simplifying the equipment used.
Для достижения технического результата в способе получения полупрозрачного материала путем спекания исходного порошка из полупрозрачного вещества под воздействием нагревающего лучистого потока, включающем подачу лучистого потока по нормали к фронтальной поверхности формируемого материала и последовательное сканирование материала вдоль принятого направления спекания по плоскостям, секущим объем материала по толщине, согласно изобретению используют исходный порошок из вещества с показателями рассеяния излучения в интервале от 30 до 3000 (1/м) и поглощения излучения - не превышающим 15 (1/м), при этом спекание осуществляют по задаваемой координатной сетке с предварительной технологической разметкой плоскостей сканирования, причем подают коллимированный лучистый поток в виде серии одинаковых для каждой из этих плоскостей импульсов, длительность которых задают для каждой плоскости из условия обеспечения внутриобъемного спекания в толще материала между предыдущей и этой плоскостью, а переход к последующей по принятому направлению спекания плоскости сканирования осуществляют изменением длительности импульсов в большую или меньшую сторону в зависимости от координаты плоскости.To achieve a technical result in a method for producing a translucent material by sintering an initial powder from a translucent material under the influence of a heating radiant flux, including the supply of a radiant flux normal to the front surface of the formed material and sequential scanning of the material along the accepted sintering direction along planes that cut the volume of material through the thickness, according to the invention, an initial powder of a substance is used with radiation scattering indices in the range of 30 about 3000 (1 / m) and radiation absorption - not exceeding 15 (1 / m), while sintering is carried out on a given coordinate grid with preliminary technological marking of the scanning planes, and a collimated radiant flux is supplied in the form of a series of identical pulses for each of these planes , the duration of which is set for each plane from the condition of ensuring intracavity sintering in the thickness of the material between the previous and this plane, and the transition to the next in the accepted direction of sintering of the scanning plane is carried out tvlyayut pulse duration change in the higher or lower depending on the coordinate plane.
Дополнительные отличия заключаются в том, что:Additional differences are that:
- для стабилизации температурного режима фронтальной и тыльной сторон области внутриобъемного спекания основной нагревающий лучистый поток сопровождают совмещенными с ним по направлению распространения двумя дополнительными лучистыми потоками;- to stabilize the temperature regime of the front and back sides of the volumetric sintering region, the main heating radiant flux is accompanied by two additional radiant fluxes combined with it in the direction of propagation;
- дополнительные потоки подают коллимированными и в виде серии импульсов, длительность которых задают не равными длительности импульсов основного потока;- additional streams are fed collimated and in the form of a series of pulses, the duration of which is set not equal to the duration of the pulses of the main stream;
- основной нагревающий лучистый поток сопровождают, по меньшей мере, одним дополнительным лучистым потоком меньшей мощности, значение которой определяют, исходя из допустимого градиента температуры со смежными зонами воздействия основного и дополнительного потоков, и при этом дополнительный лучистый поток перемещают в поперечной плоскости без перекрытия зоны основного потока.- the main heating radiant flux is accompanied by at least one additional radiant flux of lower power, the value of which is determined based on the permissible temperature gradient with adjacent zones of the main and additional fluxes, and the additional radiant flux is moved in the transverse plane without overlapping the main flow.
Использованием для формирования полупрозрачного материала мощных потоков излучения, отличительной особенностью которых является их коллимация и проникающая способность на заданную технологией глубину и подачей воздействующих лучистых потоков в виде последовательности коротких импульсов обеспечивают внутриобъемное поглощение проникающего излучения на заданной глубине.The use of powerful radiation fluxes for the formation of a translucent material, the distinguishing feature of which is their collimation and penetration to a depth specified by the technology and the supply of acting radiant fluxes in the form of a sequence of short pulses provide intracavity absorption of penetrating radiation at a given depth.
Короткоимпульсным излучением достигается возможность с высокой точностью определять координату области внутриобъемного нагрева, что позволяет в отличие от известных аналогов переход от одной плоскости сканирования к другой осуществлять изменением длительности импульсов в зависимости от координаты плоскости, как в большую, так и в меньшую сторону, чем обеспечивается вариантность фронтальных плоскостей материала, с которых можно изначально подавать лучистые потоки, расширяя тем самым технологические и функциональные возможности способа, и сокращается операционное время, тогда как в аналогах для такого перехода необходима многоступенчатая процедура с фиксированным шагом селективного выбора каждой следующей насыпки спекаемого порошка, а упомянутая вариантность недостижима.By means of short-pulse radiation, it is possible to determine the coordinate of the volumetric heating region with high accuracy, which allows, in contrast to the known analogues, the transition from one scanning plane to another by changing the pulse duration depending on the coordinate of the plane, both up and down, which ensures variance frontal planes of the material from which radiant fluxes can be initially supplied, thereby expanding the technological and functional capabilities of Soba, and reduced operating time, whereas in prior art for such a transition requires a multi-stage procedure with a fixed step of selective choice of every next application phase sintered powder, and said variance is unattainable.
Длительностью импульсов, задаваемой в зависимости от оптических и теплофизических характеристик конкретного исходного материала, а также плотности лучистого потока, обеспечивают заданные технологические температуры и глубины областей внутриобъемного нагрева расширенной номенклатуры оптических и теплофизических характеристик спекаемого материала.The pulse duration, which is set depending on the optical and thermophysical characteristics of a particular source material, as well as the density of the radiant flux, is ensured by the specified process temperatures and depths of the regions of internal volumetric heating of the expanded range of optical and thermophysical characteristics of the sintered material.
Проведенный авторами анализ температурных профилей и функций распределения поглощенной полупрозрачными материалами энергии потока лазерного излучения показал, что имеют место не только количественные, но и качественные различия в характеристиках лучистых и температурных полей, формируемых в слабо поглощающих, рассеивающих (по изобретению) и сильно поглощающих, слабо рассеивающих (по прототипу) материалов под действием коллимированного потока (по изобретению).The analysis of temperature profiles and distribution functions of the energy of the laser radiation absorbed by translucent materials by the authors showed that there are not only quantitative, but also qualitative differences in the characteristics of radiant and temperature fields formed in weakly absorbing, scattering (according to the invention) and strongly absorbing, weakly scattering (prototype) materials under the influence of a collimated flow (according to the invention).
В качестве иллюстрации этого в прилагаемой ниже таблице приведены значения температурных профилей в толстом слое полупрозрачного материала, нагреваемом единичным прямоугольным импульсом излучения с энергией Q=5·107 Дж/м2 при различных длительностях импульсов Δt. Расчеты теплового состояния проведены на основе решения системы уравнений переноса излучения и неоднородного уравнения теплопроводности с внутренним источником при следующих условиях.As an illustration of this, the table below shows the values of temperature profiles in a thick layer of a translucent material heated by a single rectangular radiation pulse with an energy of Q = 5 · 10 7 J / m 2 for various pulse durations Δt. The calculations of the thermal state were carried out based on the solution of the system of radiation transfer equations and the inhomogeneous heat equation with an internal source under the following conditions.
В рассеивающих, так называемых объемно-поглощающих материалах, происходит нагрев значительной подповерхностной области и может образоваться максимум температурного распределения (поз.1, 2, 4, 5 таблицы). В то же время в сильно поглощающих материалах возникает только поверхностный нагрев с отрицательным градиентом температур (поз.3 таблицы).In scattering, so-called volume-absorbing materials, a significant subsurface region is heated and a maximum temperature distribution can form (pos. 1, 2, 4, 5 of the table). At the same time, only surface heating with a negative temperature gradient (item 3 of the table) occurs in strongly absorbing materials.
Такое же качественное различие в температурных распределениях в полупрозрачных материалах имеет место соответственно при воздействии коллимированным и диффузным потоками излучения (поз.6 таблицы). Так, если для диффузного потока функция внутриобъемного лучистого теплового источника является монотонно затухающей, то при направленном потоке она имеет локальный максимум, смещающийся в направлении к фронтальной поверхности материала с усилением рассеивающих свойств среды.The same qualitative difference in temperature distributions in translucent materials occurs, respectively, when exposed to collimated and diffuse radiation fluxes (item 6 of the table). So, if for a diffuse flux the function of the intracavity radiant heat source is monotonically decaying, then with a directed flux it has a local maximum that shifts towards the front surface of the material with an increase in the scattering properties of the medium.
поглощения 100 (1/м);* - highly absorbing, slightly scattering material indicator
absorption of 100 (1 / m);
Именно существование экстремума функции объемного тепловыделения в рассеивающей среде, нагреваемой коллимированным импульсивным лучистым потоком, обусловливает возможность появления локального максимума в температурном поле нагреваемого объекта. Естественно, что теплопроводность материала сглаживает этот эффект, поэтому наиболее яркого его проявления следует ожидать в случае слаботеплопроводных материалов при малых временах воздействия мощных потоков излучения (поз.5 таблицы).It is the existence of an extremum of the volumetric heat release function in a scattering medium heated by a collimated impulsive radiant flux that makes it possible to have a local maximum in the temperature field of a heated object. Naturally, the thermal conductivity of the material smooths out this effect, therefore its most pronounced manifestation should be expected in the case of weakly conductive materials at short times of exposure to powerful radiation fluxes (item 5 of the table).
Из таблицы видно также, что при уменьшении длительности импульса коллимированного излучения все более ярко проявляется локальный экстремум в температурном поле (поз.1, 2, 4) и при Δt=0,001 с (поз.5) теплопроводность материала слабо сказывается на температурном поле, которое в этом случае в основном определяется функцией объемных источников тепла, т.е. полем излучения.The table also shows that as the pulse duration of collimated radiation decreases, the local extremum in the temperature field (pos. 1, 2, 4) becomes more pronounced and at Δt = 0.001 s (pos. 5), the thermal conductivity of the material weakly affects the temperature field, which in this case, it is mainly determined by the function of volumetric heat sources, i.e. radiation field.
Качественная особенность нагрева сильно рассеивающих материалов импульсами коллимированного излучения, принципиальным образом влияющая на механизм его локального внутриобъемного нагрева и изменения физического состояния исходного вещества, в совокупности с другими отличительными свойствами изобретения способствует созданию условий для расширения функционального диапазона способа путем обеспечения спекания не только нагревом, но и плавлением, испарением, что определяют задаваемым режимом спекания полупрозрачного материала на заданной глубине, включая режим соединения полупрозрачного покрытия с подложкой. В последнем случае расширяются технологические возможности способа по соединяемым материалам и устраняется недостаток известных аналогов с послойными циклами спекания, в которых процесс соединения, например, оксидной керамики с нержавеющей сталью является многоступенчатым, трудоемким и вместе с тем не обеспечивает высокие адгезионные характеристики подложки.A qualitative feature of heating strongly scattering materials by collimated radiation pulses, which fundamentally affects the mechanism of its local internal volume heating and changes in the physical state of the starting material, together with other distinctive properties of the invention, helps to create conditions for expanding the functional range of the method by providing sintering not only by heating, but also melting, evaporation, which is determined by the specified mode of sintering of translucent material at depth, including the mode of joining a translucent coating to a substrate. In the latter case, the technological capabilities of the method for joining materials are expanded and the disadvantage of known analogues with layer-by-layer sintering cycles is eliminated, in which the process of joining, for example, oxide ceramics with stainless steel is multi-stage, time-consuming and at the same time does not provide high adhesive characteristics of the substrate.
Установленные параметры рассеяния и поглощения исходного вещества обусловлены следующим:The established parameters of scattering and absorption of the starting material are due to the following:
- при показателе рассеяния менее 30 (1/м) возникают условия слабого объемного рассеяния, что вызывает монотонно убывающий температурный прогрев слоя как поглощающей среды по закону Бугера;- when the scattering index is less than 30 (1 / m), conditions of weak volume scattering arise, which causes a monotonously decreasing temperature heating of the layer as an absorbing medium according to Bouguer’s law;
- при значении показателя рассеяния более 3000 (1/м) имеет место высокое отражение и поглощение лучистого потока в тонком пристеночном слое, что обусловливает температурный максимум у поверхности, что фактически представляет вариант непрозрачной среды;- when the value of the scattering index is more than 3000 (1 / m), there is a high reflection and absorption of the radiant flux in a thin near-wall layer, which determines the temperature maximum at the surface, which actually represents a variant of an opaque medium;
- при значении показателя поглощения более 15 (1/м) будет иметь место высокое поглощение, уменьшение коэффициента пропускания и снижение рассеяния.- when the absorption index is more than 15 (1 / m), there will be high absorption, a decrease in transmittance and a decrease in scattering.
Для устранения коробления синтезируемого полупрозрачного материала или, например, отслаивания покрытия от подложки, улучшения конструктивной прочности за счет снижения градиентов температур при получении материала, основной нагревающий луч сопровождают совмещенными с ним по направлению распространения двумя дополнительными подогревающими коллимированными импульсными лучистыми потоками с длительностью импульсов воздействия каждого из них соответственно на 10-50% меньше или больше длительности основного. С той же целью в плоскости, поперечной направлению распространения основного лучистого потока, последний сопровождают, по меньшей мере, одним дополнительным лучистым потоком, но с меньшей мощностью и смещением в поперечной плоскости без перекрытия зоны основного.To eliminate distortion of the synthesized translucent material or, for example, peeling the coating from the substrate, to improve structural strength by reducing temperature gradients in the preparation of the material, the main heating beam is accompanied by two additional heating collimated pulsed radiant fluxes combined with it in the direction of propagation with the duration of the exposure pulses of each of them, respectively, by 10-50% less or more than the duration of the main one. For the same purpose, in the plane transverse to the direction of propagation of the main radiant flux, the latter is accompanied by at least one additional radiant flux, but with less power and displacement in the transverse plane without overlapping the main zone.
Таким образом, как видно из таблицы, предлагаемый способ получения полупрозрачных материалов по сравнению с известными обеспечивает:Thus, as can be seen from the table, the proposed method for producing translucent materials in comparison with the known provides:
- внутриобъемное поглощение лучистого теплового потока при значениях показателей рассеяния 30-3000 (1/м) и поглощения 1-15 (1/м);- intracavity absorption of the radiant heat flux at values of scattering of 30-3000 (1 / m) and absorption of 1-15 (1 / m);
- заданный последовательный прогрев толщи материала от глубинных слоев до поверхностных за счет смещения формируемого температурного максимума;- a predetermined sequential heating of the thickness of the material from deep layers to surface due to the displacement of the formed temperature maximum;
- уменьшение перепада температур области внутриобъемного нагрева спекаемого материала и прилегающей к ней зоны за счет применения дополнительных подогревающих импульсных лучистых потоков с меньшей мощностью или с длительностью воздействия импульсов.- reducing the temperature difference of the region of intracavity heating of the sintered material and the adjacent zone due to the use of additional heating pulsed radiant fluxes with less power or with a duration of exposure to pulses.
Предложенный способ осуществляется с помощью известных устройств для изготовления изделий из порошкового материала, содержащих горизонтально или вертикально расположенную подложку, установленную с возможностью перемещения; средство для подачи материала на подложку и набор лазеров, снабженных средствами сканирования с целью направленного нагрева порошковой композиции в заданном глубинном внутреннем объеме, окружающее пространство которого может дополнительно подогреваться для уменьшения перепада температур с соседними областями.The proposed method is carried out using known devices for the manufacture of products from powder material containing a horizontally or vertically located substrate mounted with the possibility of movement; means for supplying the material to the substrate and a set of lasers equipped with scanning means for the purpose of directing the heating of the powder composition in a given deep internal volume, the surrounding space of which can be additionally heated to reduce the temperature difference with neighboring regions.
Учитывая, что большинство оксидных керамик, полимерных материалов и других диэлектрических соединений являются полупрозрачными в диапазоне длин волн лазеров вплоть до 3-4 мкм (Новицкий Л.А. и др. Оптические свойства материалов при низких температурах. 1980, с. 243), в качестве исходного вещества используют порошки оксидов металлов и неметаллов.Given that most oxide ceramics, polymeric materials, and other dielectric compounds are translucent in the laser wavelength range up to 3-4 μm (L. Novitsky et al. Optical properties of materials at low temperatures. 1980, p. 243), powders of metal oxides and nonmetals are used as the starting material.
ПРИМЕР №1 изготовления теплоизолирующего покрытия, например поверхности поршня камеры сгорания дизеля.EXAMPLE No. 1 manufacturing a heat-insulating coating, for example the surface of the piston of a diesel combustion chamber.
В качестве исходного вещества берут гранулированный порошок стабилизированной окиси циркония с показателями поглощения 14 (1/м) и рассеяния 2400 (1/м), наносят его на покрываемую поверхность поршня (подложку) слоем 2 мм. Проводят разметку плоскостей спекания в соответствии с заданной технологической координатной сеткой спекания. После чего обеспечивают подвод коллимированного лазерного излучения на длине волны 3,39 мкм с энергией 5·107 Дж/м2 сериями одинаковых импульсов длительностью, изменяемой от 0, 0001 с до 1 с при переходе от одной плоскости спекания к другой при обеспечении температуры внутриобъемного нагрева между соседними этими плоскостями в соответствии с приведенной выше таблицей. Для снижения значительных градиентов температуры с фронтальной и тыльной сторон зоны спекания одновременно с подачей основного импульсного потока излучения подают совмещенные с ним по направлению два дополнительных лучистых потока с длительностями импульсов от 0,00005 с до 1 с.A granulated powder of stabilized zirconium oxide with absorption indices of 14 (1 / m) and scattering of 2400 (1 / m) is taken as a starting material, and it is applied to a coated piston surface (substrate) with a layer of 2 mm. Marking of the sintering planes is carried out in accordance with a given technological sintering coordinate grid. After that, collimated laser radiation is supplied at a wavelength of 3.39 μm with an energy of 5 · 10 7 J / m 2 by a series of identical pulses of a duration varying from 0, 0001 s to 1 s during the transition from one sintering plane to another, while ensuring an intracavity temperature heating between these adjacent planes in accordance with the table above. To reduce significant temperature gradients from the front and back sides of the sintering zone, simultaneously with the main pulsed radiation flux, two additional radiant fluxes with pulse durations from 0.00005 s to 1 s are fed in direction.
В вариантном решении этого примера используют технологический лазер с генерацией излучения на длине волны 1,15 мкм, которому будут соответствовать оптические параметры того же исходного вещества с показателями поглощения 6 (1/м) и рассеяния 2430 (1/м).In a variant solution of this example, a technological laser is used with the generation of radiation at a wavelength of 1.15 μm, which will correspond to the optical parameters of the same starting material with absorption indices of 6 (1 / m) and scattering 2430 (1 / m).
ПРИМЕР №2 изготовления сложноконтурного изделия - керамической кварцевой втулки, например, для фотометрических приборов, с параметрами Д=20 мм, d=10 мм, Н=5 мм.EXAMPLE No. 2 of the manufacture of a complex-contour product - a ceramic quartz sleeve, for example, for photometric devices, with parameters D = 20 mm, d = 10 mm, N = 5 mm.
В качестве исходного вещества берут порошок синтетического оксида кремния, например марки ОСЧ, с показателями поглощения 1 (1/м) и рассеяния 100 (1/м). Засыпают порошок слоем 5 мм в форму из огнестойкого и жаропрочного материала с цилиндрическими коаксиальными боковыми стенками, диаметры которых соответствуют диаметрам готовой втулки. Проводят разметку плоскостей спекания в соответствии с заданной технологической координатной сеткой спекания. После чего обеспечивают подвод коллимированного лазерного излучения на длине волны 1,15 мкм с энергией 5·107 Дж/м2 сериями одинаковых импульсов длительностью, изменяемой от 0,0001 с до 1 с при переходе от одной плоскости спекания к другой, обеспечивая заданную температуру внутриобъемного нагрева между соседними этими плоскостями. Для снижения значительных градиентов температуры с фронтальной и тыльной сторон зоны спекания, как и в предыдущем примере, одновременно с подачей основного импульсного потока излучения подают совмещенные с ним по направлению два дополнительных лучистых потока с длительностями импульсов от 0,00005 с до 1 с. При этом сканирование импульсным потоком излучения, спекающим внутренний объем формируемой керамической втулки, обеспечивают по поверхности сечения, ограниченного коаксиальными стенками формы.As the starting material, a synthetic silicon oxide powder is taken, for example, grade OCP, with an absorption rate of 1 (1 / m) and a scattering rate of 100 (1 / m). The powder is poured with a 5 mm layer into a mold made of fire-resistant and heat-resistant material with cylindrical coaxial side walls, the diameters of which correspond to the diameters of the finished sleeve. Marking of the sintering planes is carried out in accordance with a given technological sintering coordinate grid. After that, a supply of collimated laser radiation at a wavelength of 1.15 μm with an energy of 5 · 10 7 J / m 2 is provided by a series of identical pulses of a duration varying from 0.0001 s to 1 s during the transition from one sintering plane to another, providing a given temperature volumetric heating between these adjacent planes. To reduce significant temperature gradients from the front and back sides of the sintering zone, as in the previous example, two additional radiant fluxes with pulse durations from 0.00005 s to 1 s are combined with it in the direction along with the main pulsed radiation flux. In this case, the scanning by a pulsed radiation flux sintering the internal volume of the formed ceramic sleeve is provided over the section surface limited by the coaxial walls of the mold.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009124949/02A RU2410196C1 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Procedure for production of semi-transparent material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009124949/02A RU2410196C1 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Procedure for production of semi-transparent material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2410196C1 true RU2410196C1 (en) | 2011-01-27 |
Family
ID=46308324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009124949/02A RU2410196C1 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Procedure for production of semi-transparent material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2410196C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710819C2 (en) * | 2014-08-27 | 2020-01-14 | Нубуру, Инк. | Applications, methods and systems for processing materials using visible-range raman laser |
-
2009
- 2009-07-01 RU RU2009124949/02A patent/RU2410196C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710819C2 (en) * | 2014-08-27 | 2020-01-14 | Нубуру, Инк. | Applications, methods and systems for processing materials using visible-range raman laser |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102574204B (en) | Ceramic or glass-ceramic article and methods for producing such article | |
| Ding et al. | Stereolithography‐based additive manufacturing of gray‐colored SiC ceramic green body | |
| Mühler et al. | Slurry‐based additive manufacturing of ceramics | |
| Datsiou et al. | Additive manufacturing of glass with laser powder bed fusion | |
| BR112015008352B1 (en) | ADDITIVE MANUFACTURING METHOD OF MANUFACTURING AN OBJECT | |
| RU2550670C2 (en) | Production of metal article by laser cyclic application of powder and unit to this end | |
| Batani et al. | Use of low-density foams as pressure amplifiers in equation-of-state experiments with laser-driven shock waves | |
| Samant et al. | Three-dimensional laser machining of structural ceramics | |
| Dimonte et al. | Turbulent Richtmyer–Meshkov instability experiments with strong radiatively driven shocks | |
| Guo et al. | Optimisation of modulation period of TiO2/Al reactive multilayer films for laser-driven flyer plates | |
| RU2410196C1 (en) | Procedure for production of semi-transparent material | |
| Smelov et al. | Particularly selective sintering of metal powders by pulsed laser radiation | |
| CN109507194A (en) | The evaluation method of metal material crack sensitivity during a kind of increasing material manufacturing | |
| Liu et al. | Effect of solid loading on the property of Al2O3 ceramics in stereolithographic additive manufacturing | |
| Lanin et al. | Thermal stress resistance of materials | |
| Jia et al. | High-energy continuous wave laser ablation of alumina ceramic | |
| Meyers et al. | Laser powder bed fusion as a net-shaping method for reaction bonded SiC and B4C | |
| Gopal et al. | Laser-Based Manufacturing of Ceramics: A Review | |
| Ghalamdaran et al. | Two-dimensional simulation of laser ablation with 235 nanosecond pulses | |
| Shukla | Viability and characterization of the laser surface treatment of engineering ceramics | |
| Liu et al. | Research on hole depth in femtosecond laser deep micropore processing technology based on filament effect | |
| Lang et al. | Efficient fabrication of quartz glass using laser coaxial powder-fed additive manufacturing approach | |
| RU2674685C1 (en) | Method for producing parts from heat-resistant nickel alloys, including technology of selective laser alloys and heat treatment | |
| Kapin et al. | Hydrodynamic simulations of laser interactions with low-density foams | |
| Osterhoff et al. | Radiative shell thinning in intense laser-driven blast waves |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120216 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170702 |