Í varmastjórnun og rafleiðni er mikilvægt að hafa getu til að framleiða kopar (Cu) hluta sem eru að fullu þéttir, mjög hita-/leiðandi leiðandi og hafa framúrskarandi vélræna eiginleika. Aukaframleiðsla (AM), eða þrívíddarprentun, veitir áður óþekkt tækifæri til að framleiða Cu hluta með flóknum rúmfræði. Hins vegar endurspeglar hreint Cu mjög innrauða leysigeisla, þannig að hreinir Cu hlutar sem eru prentaðir með almennum leysibúnaðarframleiðslubúnaði hafa tilhneigingu til að hafa mikla porosity, sem dregur úr vélrænni og varma/rafleiðni þeirra. Þrátt fyrir að hægt sé að framleiða háan þéttleika hreins koparhluta með aukefnaframleiðslubúnaði sem búinn er stuttbylgjulengdum grænum leysigeislum eða rafeindageislum, hefur eðlislægur lítill styrkur hreins kopars og vanhæfni hans til að standast varmamýkingu komið í veg fyrir notkun á koparhlutum sem eru framleiddir með leysiviðbót á mikið vélrænt álag og hátt hitastig.
Til að leysa ofangreind vandamál hefur teymi prófessors Xingxing Zhang frá háskólanum í Queensland, Ástralíu, í samvinnu við prófessor Christopher Hutchinson frá Monash háskóla, prófessor Julie Cairney frá háskólanum í Sydney, prófessor Miao-Quan Li. frá Northwestern Polytechnical University, prófessor Xiaoxu Huang frá Chongqing háskóla, prófessor Jesper Henri Hattel frá Vísinda- og tækniháskóla Danmerkur og prófessor Mark Easton frá RMIT háskóla, hafa unnið saman að því að framleiða koparhluta með miklum þéttleika. Prófessor Mark Easton, RMIT háskólanum, og önnur teymi hafa unnið saman að því að leggja til hönnunarstefnu fyrir þrívíddarprentun á kopar með miklum styrkleika og mikilli leiðni. Lykillinn að hönnunarstefnunni er að velja aukefnisögn sem er einsleitt blandað saman við hreina koparduftið til að tryggja að það auki leysir frásog hreins kopars þegar leysirinn hefur samskipti við duftið. Aukaefnisagnirnar dreifast að auki í kopargrunninu með því að leysast upp í bræðslupottinn þegar duftið er brætt og falla út aftur við storknun og styrkja þannig koparinn án þess að draga verulega úr hita-/rafleiðni hans. Skimunarviðmiðin fyrir aukefnisagnirnar eru sem hér segir: (1) leysni í föstu formi efnisþátta agnanna í kopar ætti að vera í lágmarki til að lágmarka skaðleg áhrif þeirra á hita-/rafleiðni og til að hámarka möguleika á endurútfellingu nanóagnanna við storknun; (2) agnirnar ættu að hafa lágt bræðslumark til að auðvelda bráðnun þeirra í bráðnu laugina og til að veikja möguleikann á að endurútfelldar nanóagnir grófst við storknun; (3) agnirnar ættu að hafa lágt vætumark í fljótandi kopar ætti að hafa lágt vætuhorn til að koma í veg fyrir þéttingu endurútfellda nanóagnanna í fljótandi kopar. Byggt á þessari hönnunarhugmynd komumst við að því að lanthanum hexaboride (LaB6) uppfyllir ofangreind skilyrði. Með því að bæta við snefilmagni af LaB6 nanóögnum var háþéttni og afkastamikil kopar og rúmfræðilega flóknir hlutar hans að veruleika með laseraukefnaframleiðslu.
Tengda verkið var birt í efsta alþjóðlega tímaritinu Nature Communications undir titlinum "Framleiðsla á kopar með miklum styrkleika og mikilli leiðni með samruna laserdufts". Fjarskipti. Dr. Yinggang Liu (nú prófessor við School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University) og Dr. Jingqi Zhang við háskólann í Queensland eru fyrstu höfundarnir, en prófessor Mingxing Zhang við háskólann í Queensland, Dr. Ranming Niu frá háskólanum í Sydney, og prófessor Christopher Hutchinson frá Monash háskólanum eru samsvörunarhöfundar.
Mynd.
Aukaframleiðsla (AM), eða þrívíddarprentun, gerir hraðvirka framleiðslu á rúmfræðilega flóknum koparhlutum og hefur fjölbreytt úrval af forritum í hitastjórnun og rafleiðni. Hins vegar er hreinn kopar mjúkur, á meðan mikil endurskinsgeta hans fyrir innrauða leysigeisla leiðir venjulega til þrívíddarprentaðra hluta með miklum gropleika, sem dregur úr afköstum þeirra. Þrátt fyrir að aukefnaframleiðsla með grænum leysigeislum eða rafeindageislum geti prentað hreina koparhluta með miklum þéttleika, takmarkar eðlislægur lítill styrkur hreins kopar við stofuhita og vanhæfni hans til að standast hitamýkingu notkun á koparhlutum sem eru framleiddir í samsetningu sem verða fyrir miklu vélrænu álagi og miklu álagi. hitastig. Að bæta frumefnum eins og Cr, Co, Fe og Zr við hreinan kopar með því að blanda hann getur aukið frásog leysis og styrkt undirlagið, en þessi aðferð dregur verulega úr varma/rafleiðni kopars vegna mikillar leysni í föstu formi í kopar. Önnur aðferð er að bæta við ytri ögnum (Al2O3, TiB2, o.s.frv.) sem eru óblandanlegar með hreinum kopar til að styrkja koparinn en viðhalda mikilli hita-/rafleiðni. Hins vegar, í reynd, vegna þéttingar nanóagna, reynist það afar erfitt að fá verulega styrkingu án þess að skerða sveigjanleika og skaðaþol. Fyrir vikið getur málmblöndur eða bætt við ósamrýmanlegum ytri ögnum aukið styrkleika og bætt leysigeislunareiginleika, en venjulega hefur það í för með sér verulega minnkun á hita-/rafleiðni og sveigjanleika. .
Hér sýnum við leysisaukandi framleiðsluaðferð til að útbúa háþéttni, hágæða koparhluta með því að bæta litlu magni af lanthanum hexaboride (LaB6) nanóögnum við hreint koparduft með leysirduftsbræðslu (L-PBF). Lykillinn að þessari aðferð er innleiðing viðeigandi agna í hreina koparinn sem auka leysir frásog hreins kopars, fylgt eftir með upplausn í bræðslupottinum og endurfelling við storknun. LaB6 var valið á grundvelli mikillar leysigeislunar, góðrar rafleiðni, lágs bræðslumarks og lágs bleytuhorns með fljótandi kopar. LaB6 hefur tvöfalt hlutverk. Í fyrsta lagi bætir það leysir frásog hreins kopar og stuðlar þannig að betri samruna duftsins. Í öðru lagi eykur hæfileiki þess til að bráðna við duftsamruna og síðan endurfellast sem dreifðar nanóagnir við storknun ekki aðeins styrk efnisins heldur heldur einnig meiri sveigjanleika og mikilli hita-/rafleiðni. 346,8 MPa flæðistyrkur, 3,7 sinnum hærri en hreinn kopar, auk brotsveigjanleika upp á 22,8%, 98,4% og hár varma/rafleiðni upp á 1,4%1wt% LaB6-dópaður kopar er einnig góður kandídat fyrir IACS (International Annealed Pure Copper Scheme). IACS (International Annealed Copper Standard) rafleiðni, hitaleiðni upp á 387 W/mK og framúrskarandi mótstöðu gegn mýkingu við 1050 gráður, sem er nálægt bræðslumarki hreins kopars. Að auki er einnig sýnt fram á notagildi aðferðarinnar á rúmfræðilega flókna hluta í þessari rannsókn. Nýþróaður LaB6-dópaður kopar fyllir mikilvægt skarð í þrívíddarprentun á málmblöndur og er hentugur fyrir mikið vélrænt álag og háhitaumhverfi. Þar sem jafndreifðar nanóagnir eru almennt notaðar til að styrkja málmefni, er hægt að útvíkka þessa hönnunarstefnu um endurfellingu við bráðnun og storknun til annarra málmblendikerfa til að þróa prentfært, afkastamikið efni.
Mynd 1 Niðurstöður úr örbyggingu og endurspeglun leysir af hreinum og LaB6-dópuðum kopar sem útbúinn er með leysiduftbræðslu
Mynd 2 Nanóagnagreining á LaB6-dópuðum kopar sem útbúinn er með leysiduftsbræðslu
Mynd 3 APT frumefnislýsing á LaB6 dópuðum kopar sem er útbúinn með leysirduftsbræðslu
Mynd 4 Vélrænir eiginleikar og rafleiðniprófunarniðurstöður LaB6-dópaðs kopars sem búið er til með leysirduftsbræðslu.
Mynd 5 Niðurstöður þjöppunarprófa á LaB6 dópuðum koparpunktum sem eru unnar með leysirduftsbræðslu
