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晶格孔隙率量化

對(dui)晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)(ge)結構打印態和熱(re)等(deng)靜壓(ya)態（HIP）分(fen)(fen)別進行(xing)X 射線斷層掃描，并(bing)提出(chu)了(le)晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)(ge)體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)數、空(kong)隙(xi)(xi)(xi)率(lv)(lv)和孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)(xi)率(lv)(lv)的(de)(de)概念(nian)。晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)(ge)體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)是指(zhi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)(ge)內材(cai)料的(de)(de)體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)，空(kong)隙(xi)(xi)(xi)體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)是掃描晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)(ge)內空(kong)隙(xi)(xi)(xi)的(de)(de)體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)。空(kong)隙(xi)(xi)(xi)體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)比(bi)(bi)是由總晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)(ge)體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)歸一化的(de)(de)空(kong)隙(xi)(xi)(xi)總體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)。計算空(kong)隙(xi)(xi)(xi)體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)比(bi)(bi)，以量化孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)(xi)率(lv)(lv)占總晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)(ge)體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)百分(fen)(fen)比(bi)(bi)。可以觀(guan)察(cha)到，熱(re)等(deng)靜壓(ya)在降(jiang)低(di)(di)(di)晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)(ge)(ge)結構的(de)(de)孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)(xi)率(lv)(lv)方(fang)面(mian)是有效的(de)(de)，4mm晶(jing)(jing)(jing)(jing)胞(bao)尺(chi)(chi)(chi)寸(cun)(cun)對(dui)HIP的(de)(de)響(xiang)應更(geng)大，空(kong)隙(xi)(xi)(xi)體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)比(bi)(bi)降(jiang)低(di)(di)(di)了(le)40%，而2mm晶(jing)(jing)(jing)(jing)胞(bao)尺(chi)(chi)(chi)寸(cun)(cun)樣(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)空(kong)隙(xi)(xi)(xi)體(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)(ji)比(bi)(bi)僅(jin)降(jiang)低(di)(di)(di)了(le)22%。還(huan)觀(guan)察(cha)到基(ji)于(yu)樣(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)胞(bao)尺(chi)(chi)(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)(xi)率(lv)(lv)變(bian)化。具有4mm晶(jing)(jing)(jing)(jing)胞(bao)的(de)(de)HIP樣(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)(xi)率(lv)(lv)降(jiang)低(di)(di)(di)了(le)57%，2mm晶(jing)(jing)(jing)(jing)胞(bao)尺(chi)(chi)(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)樣(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)(xi)率(lv)(lv)減(jian)少了(le)44%。

這意味著(zhu)，孔(kong)隙(xi)率受晶胞(bao)尺寸(cun)和熱處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)影響(xiang)，2mm晶胞(bao)尺寸(cun)的(de)(de)樣(yang)品(pin)不易形成孔(kong)隙(xi)。對比(bi)經過熱等(deng)靜壓(ya)(ya)處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)樣(yang)品(pin)，發現熱處(chu)(chu)理(li)可降低(di)孔(kong)隙(xi)率，而(er)且4mm單元晶格比(bi)2mm單元晶格對熱等(deng)靜壓(ya)(ya)熱處(chu)(chu)理(li)更敏(min)感。

變形機制

剪切帶(dai)已被認為(wei)是結(jie)(jie)晶金屬適應塑性的(de)局部變形機制之一。位(wei)錯的(de)集體運動或(huo)機械孿生(sheng)經常導(dao)致顯微剪切帶(dai)發生(sheng)。剪切帶(dai)也可(ke)以在(zai)結(jie)(jie)構(gou)層(ceng)面(mian)表現出來。據報道(dao)，結(jie)(jie)構(gou)剪切帶(dai)出現在(zai)金屬泡沫和晶格結(jie)(jie)構(gou)中。晶格結(jie)(jie)構(gou)中結(jie)(jie)構(gou)剪切帶(dai)的(de)出現是通(tong)常與(yu)負(fu)載下降同時發生(sheng)，從而導(dao)致能量吸收能力的(de)損(sun)失。更好地了解觸發結(jie)(jie)構(gou)剪切帶(dai)形成(cheng)的(de)潛在(zai)微觀和宏觀機制，可(ke)能會獲得(de)控制它們的(de)必要知識。

3D打(da)印GRCop-84銅合金晶(jing)(jing)(jing)格(ge)結(jie)(jie)構(gou)的變形(xing)和坍塌機制(zhi)取決于熱處理(li)和晶(jing)(jing)(jing)格(ge)的晶(jing)(jing)(jing)胞尺寸。在GRCop-84銅合金晶(jing)(jing)(jing)格(ge)結(jie)(jie)構(gou)的壓縮測(ce)試中(zhong)觀(guan)察到(dao)兩種主要的變形(xing)機制(zhi)。第(di)一種機制(zhi)是剪切(qie)帶形(xing)成(cheng)(cheng)，導(dao)致結(jie)(jie)構(gou)中(zhong)的晶(jing)(jing)(jing)胞以45度角塌陷；第(di)二(er)種機制(zhi)是逐層塌陷直至致密(mi)化。在未接受熱等靜壓的4mm晶(jing)(jing)(jing)胞樣品(pin)中(zhong)，剪切(qie)帶形(xing)成(cheng)(cheng)導(dao)致的失效(xiao)成(cheng)(cheng)為主要變形(xing)機制(zhi)。

準靜態和動態壓縮測試結果表明，變形趨勢與相對密度無關。無論拓撲結構和晶胞大小如何，打印態樣品在屈服后突然負載下降與結構剪切帶形成或局部不穩定導致層突然坍塌一致。具有4mm晶胞的GRCop-84結構在經熱等靜壓后可以在屈服開始時去除剪切帶。由2mm晶胞制成的熱等靜壓態結構增加了流動應力，并消除了準靜態測試期間的突然負載下降。在動態加載過程中，熱等靜壓帶來的微觀結構變化并未顯著改善相同拓撲結構樣品之間的流動應力。

熱等靜壓過程所帶來的孔隙率降低是將主要坍塌機制從剪切帶變為逐層坍塌的主要因素。準靜態和動態測試結果表明熱等靜壓能夠改變晶格結構的機械響應，其通過降低孔隙率和釋放樣品內的殘余應力來改變微觀結構。由于殘余應力的存在，打印態樣品表現出更高的屈服點，在10%應變下強度急劇下降，一直持續到晶格結構完全致密化。

END

具有晶格結構的GRCop-84可制造具有更高換熱效率的器件，這是由于GRCop-84的高導熱性和表面積增加所致，晶格結構的可控固有空間和表面積使它們非常適合熱交換器等熱應用。除此之外，在如今結構、功能一體化設計的趨勢下，研究高功能下的結構性能是不可忽視的重要組成部分。總的來說，這項研究首次看到了采用3D打印制造的GRCop銅合金晶格結構。