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氧化锆陶瓷的性能突破之旅

更新时间: 2024-12-13 16:59:48  查看次数: 106    
Neovius 样品在相对密度差不多的情况下,抗压强度的波动范围比较大。这可能是因为在烧结的时候,样品出现了咱们肉眼看不到的裂纹,而且在有机物排出的过程中,也许引起了样品里有了空隙,所以就导致误差比较大了。不过呢,可以通过增加做实验的次数,来让这个误差变小点儿。把报道里提到的多孔陶瓷的抗压强度和这篇文章里用氧化锆制备的 TPMS 的抗压强度做了比较。文章里有两条虚线,这两条虚线就是区分开口结构和闭口结构的界限。从图上能看出来,TPMS 结构属于多孔结构,位置是在这两条虚线之间,也就是介于开口和闭口之间。在文献里,大部分用传统方法做出来的多孔结构,要么是介于闭口和开口之间,要么就是开口结构,并且在相对密度比较大的那个范围里,抗压强度都不是很高。
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TPMS 这种多孔结构的抗压强度,在相对密度大概是 20%的时候,它的抗压强度比起大部分其他结构来说,机械性能要好一些。其中,pcell 因为自身结构比较特殊,是开口结构,所以在轻量化应用方面是挺有潜力的。相对密度越高的话,那种壁厚统一、有连续表面的 TPMS 结构,就更容易分散应力。
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多孔结构的机械性能和相对密度(相对密度说的就是相对于基础材料密度的结构密度)、固体成分还有晶胞结构都有关系,它是由这些因素决定的。当受到比较大的载荷时,这个结构会因为支杆构件出现弯曲、扭曲或者拉伸这些情况的组合而发生变形。在以拉伸为主的变形模式里,蜂窝结构的刚度或者强度会按照相对密度线性变化,而在以弯曲为主导的变形模式里,刚度或者强度是随着相对密度按二次方的规律变化的。另外呢,以弯曲为主的变形模式的韧性要比以拉伸为主的变形模式的韧性大。当多孔结构和相对密度都固定下来的时候,多孔结构的机械性能在很大程度上得看基础材料是啥种类以及它有啥基本性能了。大家也一直在做研究,想找到那种能用最少的材料就能提供最好机械性能的结构拓扑,好让刚度/强度和重量的比值达到最大。结果呢,就有一些研究把重点放在了细胞拓扑结构对增强机械性能能起到啥作用上了。我们还把陶瓷 TPMS 结构和用金属、高分子制备的 TPMS 结构放在相对密度差不多的情况下,对比了它们的抗压强度,发现金属材料做出来的强度是最高的,用高分子制备的 TPMS 结构强度最差,陶瓷的 TPMS 结构强度处在中间的水平。