Научный взгляд
на экстрим.
Трёхмерная печать кажется самым простым способом что-либо изготовить. Чтобы производить материалы с нужными характеристиками, учёные Центра сложных систем аддитивного производства в экстремальных условиях (CAMCSE) при Университетом Алабамы в Бирмингеме (UAB) исследовали поведение 3D-печатных изделий под воздействием чрезвычайных значений давления и температуры, а также высокоскоростного удара или ударного сжатия.
Работу, опубликованную в Scientific Reports, возглавил главный исследователь CAMCSE, доктор наук Йогеш Вохра, профессор физического факультета UAB и заместитель декана по исследованиям и инновациям Колледжа искусств и наук. Он считает её своего рода вехой в сотрудничестве с другими научными организациями.
«Этот документ представляет коллективный опыт четырёх различных академических институтов, применяемый к 3D-печатным суперсплавам в экстремальных условиях, ‒ подчёркивает учёный. ‒ Работа в различных научных и инженерных дисциплинах над общей проблемой является заметным достижением и в то же время предоставляет возможности для обучения».
Результатом совместных усилий стало новое понимание поведения материалов, содержащих различные примеси, в условиях высоких давлений.
Профессор Вохра говорит, что опубликованное исследование сосредоточено на фундаментальных структурных причинах высокой прочности и пластичности сплавов, которыми ведётся печать изделий на 3D-принтере.
Исследователи предполагали, что корнем изучаемого вопроса могут стать наличие или отсутствие фазовых переходов, которые обычно являются критическими для твёрдых кристаллических тел. Эти переходы существенно влияют на механические, оптические, электрические и термические свойства различных материалов ‒ от металлов и сплавов до полупроводников и керамики.
Вообще аддитивные технологии производства типа лазерно-порошкового наплавления (оно же ‒ 3D-печать), при использовании композиционно сложных сплавов создают далёкие от равновесия микро- и наноструктуры. Важно установить зависимости ориентации между фазой, вызванной давлением, и фазой, полученной после печати. А ещё ‒ сохраняется ли структура при деформации под высоким давлением или же, вследствие перехода фаз, происходит какое-либо изменение химического состава.
Во время проведения тестов на сжатие, для извлечения сжатого образца толщиной всего в несколько нанометров, была использована технология так называемого сфокусированного ионного пучка. Последовавшие наблюдения подтвердили необратимость фазового превращения: электронная микроскопия показала, что расположение нанопластин оставалось неизменным даже после воздействия экстремальных давлений.
То есть теперь можно целенаправленно разрабатывать материалы с нужными добавками для различных пограничных условий. Например, для экстремально высоких температур, что пригодится как в аэрокосмической промышленности, так и энергетике; для поддержания стабильности геометрии в среде чрезвычайных давлений, допустим, на сверхскоростях или в условиях высокой радиации внутри ядерных реакторов.
Профессор признаётся, что он в восторге от этой разработки, поскольку она представляет собой прогресс в понимании изменений кристаллической структуры, и сулит немало новых идей и производственных методов.
По материалам АРМК.
