理解設(shè)計用于極端環(huán)境的材料的可靠性對于各種高風(fēng)險應(yīng)用至關(guān)重要。阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校（UAB）領(lǐng)導(dǎo)的一項最新研究發(fā)表在《科學(xué)報告》上，揭示了3D打印超級合金在極端條件下的行為。該研究利用高分辨率成像和計算機(jī)模擬，為這些材料在高壓下的穩(wěn)定性和性能提供了新的見解。

研究人員研究3D打印超級合金在極端條件下的穩(wěn)定性

背散射掃描電子顯微鏡圖像（圖片來源：《科學(xué)報告》（2024）。DOI: 10.1038/s41598-024-67422-x）

在極端環(huán)境材料方面的知識進(jìn)步

阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校物理系教授兼藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院研究與創(chuàng)新副院長Yogesh Vohra博士領(lǐng)導(dǎo)了極端條件下增材制造復(fù)雜系統(tǒng)中心（CAMCSE）。該中心致力于開發(fā)能夠承受極端壓力、溫度和高速沖擊的材料。這些努力對于推動航空航天、發(fā)電和核能等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步至關(guān)重要。

該研究采用聚焦離子束技術(shù)提取了3D打印合金的壓縮樣品，每個樣品僅有幾納米厚。電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，合金的納米層結(jié)構(gòu)在極端壓力暴露后仍然保持完整，證實(shí)了相變的不可逆性。這一發(fā)現(xiàn)意義重大，因為它證明了該材料在通常挑戰(zhàn)傳統(tǒng)材料穩(wěn)定性的條件下保持結(jié)構(gòu)完整性的能力。

Vohra博士強(qiáng)調(diào)了了解導(dǎo)致3D打印合金高強(qiáng)度和延展性的基本結(jié)構(gòu)機(jī)制的重要性?！疤貏e是，晶體結(jié)構(gòu)在高壓下的變化如何影響3D打印合金的機(jī)械性能，”Vohra解釋說。該研究的電子顯微鏡觀察處于前沿地位，因為它們證實(shí)了納米結(jié)構(gòu)層在極端壓力作用下保持穩(wěn)定，化學(xué)成分沒有變化。

對高風(fēng)險應(yīng)用的影響

這項研究對增材制造材料在極端環(huán)境條件下的設(shè)計和應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的影響。這些發(fā)現(xiàn)可能推動航空航天和發(fā)電廠應(yīng)用的材料開發(fā)，這些應(yīng)用中的高溫和高壓是常態(tài)。此外，這些3D打印合金在超高速沖擊和高輻射環(huán)境（如核反應(yīng)堆中）下的穩(wěn)定性表明，它們有潛力用于建造能夠承受惡劣條件的堅固結(jié)構(gòu)。

Vohra強(qiáng)調(diào)了這項研究的合作性質(zhì)，指出該研究“代表了四所不同學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)在極端條件下3D打印超級合金方面的集體專長?！边@種跨學(xué)科的方法不僅推動了高壓引起的晶體結(jié)構(gòu)變化的理解，還為UAB的研究生提供了寶貴的培訓(xùn)機(jī)會。

在材料科學(xué)領(lǐng)域樹立新標(biāo)桿

由UAB和CAMCSE團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)的研究強(qiáng)調(diào)了跨科學(xué)和工程學(xué)科合作的重要性。通過研究3D打印超級合金在極端條件下的行為，該研究為高壓環(huán)境下材料的性能設(shè)定了新的標(biāo)桿。從這項研究中獲得的見解有望影響未來材料的設(shè)計和開發(fā)，為依賴材料在極端條件下穩(wěn)定性和耐久性的行業(yè)鋪平創(chuàng)新之路。