2023年6月4日，南極熊獲悉，來自麻省理工學院的工程師團隊報告了一種簡單、廉價的方法來制備陶瓷納米纖維強化 Inconel 718材料，以用于金屬 PBF 增材制造工藝。研究團隊認為，他們的這種采用陶瓷納米線強化3D打印金屬粉末的方法同樣可用于改進許多其他材料。航空航天和能源生產領域許多重要應用的關鍵材料必須能夠承受高溫和拉伸應力等極端條件而不會失效，所以，MIT開發的這種新型強化高溫合金在航空航天等高要求領域有著廣闊的應用前景。

Battelle 能源聯盟核工程教授、麻省理工學院材料科學與工程系 (DMSE) 教授 Ju Li 說：“開發更適合極端環境的材料始終是我們的迫切需要，我們相信這種方法在未來對其他材料具有巨大的潛力?！?/span>

這項研究在以題為“Strengthening additivelymanufactured Inconel 718 through in-situ formation of nanocarbides andsilicides”的論文被發表在4 月 5 日的《Additive Manufacturing》期刊上，同樣隸屬于材料研究實驗室(MRL) 的Li是該篇論文的三位通訊作者之一，另外兩位通訊作者是馬薩諸塞大學阿姆赫斯特分校的陳文教授和麻省理工學院機械工程系的A. John Hart教授。

相關論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221486042300091X?via%3Dihub=

△論文圖片概摘要

該篇論文的共同第一作者是麻省理工學院核科學與工程系 (NSE) 的博士后 Emre Teko?lu 和 Alexander O'Brien；NSE 研究生 AlexanderD. O'Brien；和麻省大學阿默斯特分校的劉健。其他作者是 Baoming Wang，麻省理工學院 DMSE 博士后；伊斯坦布爾技術大學的 Sina Kavak；MRL研究專家張勇；DMSE 研究生So Yeon Kim；NSE研究生王詩彤；和伊斯坦布爾技術大學的 Duygu Agaogullari。這項研究得到了 Eni SpA 通過麻省理工學院能源計劃、國家科學基金會和 ARPA-E 的支持。

△研究論文的共同第一作者是（從左到右）：馬薩諸塞大學阿默斯特分校的 Jian Liu，以及麻省理工學院的 Emre Teko?lu 和 Alexander O'Brien。

更好的性能

研究團隊的方法以 Inconel 718材料為基礎，這是一種流行的“高溫合金”，用于增材制造中需要承受極端條件（例如 700 攝氏度，約 1,300 華氏度））等極端條件的應用。該團隊寫道，他們用少量陶瓷納米纖維研磨商用 Inconel 718 粉末，導致納米陶瓷在 Inconel 顆粒表面均勻包覆。

然后將所得粉末用于通過激光粉末床熔合制造零件。研究人員發現，與僅使用 Inconel718 制成的零件相比，使用這種新粉末制成的零件的孔隙率和裂紋明顯減少。而這反過來又會導致零件的強度大大提高，這些零件還具有許多其他優勢。例如，它們更具延展性，或可拉伸性，并且具有更好的抗輻射和高溫載荷能力。

Li說：“此外，這一強化過程本身的成本并不高，并且適用于現有的 3D 打印機。只需使用我們的粉末，您就會獲得更好的性能?！?/span>

未參與這項工作的香港中文大學助理教授徐松評論道：“在這篇論文中，作者提出了一種打印由陶瓷納米纖維增強的鎳基合金 718 金屬基復合材料的新方法。激光熔化過程引起的陶瓷原位溶解增強了 Inconel718 的耐熱性和強度。此外，原位強化減小了晶粒尺寸并消除了缺陷。未來金屬合金的 3D 打印，包括高反射率銅的改性和高溫合金的斷裂抑制，都可以從這項技術中明顯受益?！?/span>

△麻省理工學院的研究團隊報告了一種簡單、廉價的方法來制備航空航天和核能發電應用的關鍵強化材料。這張照片中打印基板上的“海貍“造型和其他形狀是使用新技術創建的。照片來源：亞歷山大·奧布萊恩

巨大的新空間

Li教授說：“這項工作可以為合金設計開辟一個巨大的新空間，因為超薄 3D 打印金屬合金層的冷卻速度比使用傳統熔體凝固工藝制造的散裝部件的冷卻速度快得多。因此，許多適用于鑄造的化學成分規則似乎不適用于這種 3D 打印。因此，我們有更大的成分空間來探索添加陶瓷的基本金屬。”

研究論文的主要作者之一 Emre Teko?lu 補充說：“這種成分是我們設計的首批成分之一，因此在現實生活中獲得這些結果非常令人興奮。還有廣闊的探索空間。我們將繼續探索新的 Inconel 復合材料配方，最終開發出能夠承受更極端環境的材料?！?/span>

另一位主要作者 Alexander O'Brien 總結道：“3D 打印帶來的精度和可擴展性為材料設計開辟了新的可能性世界。我們在這里的結果是一個令人興奮的早期步驟，這個過程肯定會對未來的核能、航空航天和所有能源生產的設計產生重大影響?！?/span>