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發(fā)現(xiàn)一種不尋常的晶體,可使3D打印金屬更加堅固

時間:2025-04-17 14:50 來源:魔猴 作者:admin 閱讀:

金屬3D打印技術不斷進步,特別是在增強航空航天和汽車工業(yè)的零件方面。最近,研究人員強調了3D打印鋁合金中的一項發(fā)現(xiàn):稱為準晶體的原子結構。這些準晶體很特殊。與食鹽等具有規(guī)則、重復的原子模式的傳統(tǒng)晶體不同,準晶體采用了不同的組織結構。它們的結構填充了空間,但卻從未重現(xiàn)完全相同的圖案。這種有組織的無序性可以提供有趣的機械特性,這解釋了它們在增材制造領域引起人們的興趣。

在觀察一種新型鋁合金樣本時,研究員安德魯·艾姆斯注意到原子的異常排列。通過與美國國家標準與技術研究院(NIST)的其他專家合作,他能夠確認這些是準晶體,這種罕見的結構似乎也能提高合金的強度。

彭羅斯平鋪圖案很好地說明了準晶體的行為。它使用了一些簡單的幾何形狀,但將它們組合在一起卻形成了一種復雜的設計,即使規(guī)模很大,也不會重復。

準晶體使合金強度更高

由于這一發(fā)現(xiàn),我們有可能設計新的增強鋁合金,并特意使用準晶體來提高其性能。NIST團隊不僅發(fā)現(xiàn)了這些罕見的結構,而且還證明它們有助于增強材料的強度。鋁是3D打印中難以控制的金屬。據(jù)NIST物理學家張帆稱,最強大的版本在嘗試打印時往往會破裂,從而無法使用。部分問題在于,為了打印,鋁必須被加熱到極高的溫度,遠遠超過其熔點,這會改變其結構和性質。

2017年,科學家開發(fā)出一種由鋁和鋯制成的特殊合金,可以進行3D打印且不會開裂。受到這一進展的啟發(fā),NIST決定在原子尺度上分析其結構。正如張帆所解釋的那樣,了解原子如何組織對于確保材料的可靠性至關重要,特別是如果它要用于軍事航空等敏感應用。他們的研究表明準晶體在該合金的性能中起著關鍵作用。在金屬中,過于規(guī)則的原子排列會使金屬變得更脆弱,因為它會促進內部滑動,從而導致變形。準晶體通過打破這種規(guī)律,創(chuàng)造出阻止這些運動的區(qū)域,使材料更具抵抗力。

 

編譯整理:3dnatives


(責任編輯:admin)

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