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高温激光选区烧结聚醚醚酮/钽/铌点阵结构的力学性能研究*

2021-08-20蔡昊松王明哲王浩则闫春泽史玉升

航空制造技术 2021年15期
关键词:力学性能复合材料结构

蔡昊松,陈 鹏,苏 瑾,王明哲,王浩则,闫春泽,,3,王 卫,史玉升

在航空业快速发展中,轻量化对节约成本和减少碳排放量起到至关重要的作用,如飞机的结构重量每下降1%,可以使总重降低3%~5%,减少油耗3%~4%[1]。目前,轻量化的实现主要有两种方式:一种是开发高强度低密度的轻质或复合材料代替传统的金属材料[2];另一种是对结构进行优化设计,在满足结构强度的前提下使用多孔点阵结构替换传统的实心结构[3],然而受制于传统加工方式的限制,难以对复杂点阵结构进行自由设计与制造[4]。

激光选区烧结(Selective laser sintering,SLS)是增材制造(Additive manufacturing,AM)技术的一个重要分支[5],主要以热塑性聚合物等粉末为原材料,通过激光束逐层烧结成形粉末,最终形成三维实体零件。相对于传统制造方法,该技术无需模具,理论上可成形任意复杂结构,特别适合个性化、复杂零件的成形制造。然而,目前SLS 材料体系仍以尼龙12 等低熔点聚合物为主,无法满足航空工业零件对于热稳定性和高机械承载的需求。

聚醚醚酮(Polyet heretherketone,PEEK)的熔点为343℃,拥有较高的耐热性和优良的机械性能[6],可在250℃以下长期使用,在500℃左右短时间几乎不分解,适用于航空高温环境。为同步实现轻量化和高机械承载的目的[7–8],本文拟在PEEK 中加入钽(Tantalum,Ta)、铌(Niobium,Nb)制备PEEK/Ta/Nb 复合材料点阵结构,通过Ta、Nb 金属作为复合材料的增强相,在轻量化的同时对PEEK 的拉伸和压缩强度进一步提高,对于制备航空领域轻量化复杂构件具有一定指导意义。

试验及方法

1 材料与成形装备

本试验采用的PEEK 粉末颗粒大多呈椭球状,表面光滑,掺杂有不规则的小颗粒与碎片。……

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