数字光处理三维打印氧化锆与切削氧化锆断裂韧性的对比研究

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目的

探讨数字光处理(digital light processing,DLP)三维打印和数控切削(computer numerical controlmilling,CNC)两种加工工艺对氧化锆力学性能的影响。

方法

分别制备DLP和CNC试件各52个,采用随机数字表随机各选取12个试件,进行密度和晶粒尺寸测量以及晶相成分分析。再根据断裂韧性测试方法将试件分为维氏压痕法(indentation method,IM)组(DLP和CNC试件各30个)和单边V形切口梁法(single-edge-V-notch-beam,SEVNB)组(DLP和CNC试件各10个)。IM组试件在49.03、98.07、196.10 N载荷下进行实验,两种试件每种载荷各10个试件,每个试件测15个点,根据压痕选择最适宜的载荷并计算该载荷下的IM断裂韧性。SEVNB组进行四点弯曲测试,记录试件压断时的最大载荷,计算SEVNB断裂韧性。采用光学显微镜和扫描电镜观察DLP和CNC试件压痕和断面。

结果

DLP和CNC氧化锆微观结构基本一致,DLP氧化锆密度为(6.020±0.021) g/cm3,晶粒尺寸为(0.603±0.033) μm;CNC氧化锆密度为(6.038±0.012) g/cm3,晶粒尺寸为(0.591±0.033) μm;两种试件均由四方相氧化锆组成。两种氧化锆试件IM测试最适宜的载荷均为196.10 N。DLP氧化锆的IM和SEVNB断裂韧性值分别为(6.111±0.179)和(7.221±0.809) MPa·m1/2;CNC氧化锆的IM和SEVNB断裂韧性值分别为(6.126±0.383)和(7.408±0.533) MPa·m1/2;两种氧化锆的IM断裂韧性差异和SEVNB断裂韧性差异均无统计学意义(P>0.05)。断面扫描电镜图像均示以沿晶断裂为主的混合断裂模式。

结论

DLP氧化锆的微观结构与CNC氧化锆几乎相同,DLP和CNC加工工艺对氧化锆断裂韧性的影响差别不大。

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