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陶瓷點(diǎn)陣結構及陶瓷點(diǎn)陣-樹(shù)脂復合結構在無(wú)人潛水器的應用
陶瓷點(diǎn)陣-樹(shù)脂復合結構的制備工藝
耐壓艙是無(wú)人潛水器的關(guān)鍵部件之一。傳統耐壓艙多以金屬材料構建，但金屬密度大、變形抗力差，為更好達到減重效果，迫切需要設計一種既具備優(yōu)異力學(xué)性能又具有輕質(zhì)特性的結構材料。
近日，中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所工藝裝備與智能機器人研究室科研團隊通過(guò)基于立體光刻的增材制造技術(shù)與樹(shù)脂滲透工藝，設計并制備了一種氧化鋁陶瓷晶格與酚醛樹(shù)脂復合的新型增強晶格結構（以下稱(chēng)陶瓷點(diǎn)陣-樹(shù)脂復合結構），這一新型增強晶格結構兼具陶瓷材料的高強度、高模量和樹(shù)脂材料的高韌性，可實(shí)現優(yōu)異力學(xué)性能與輕量化的結合。
科研團隊系統表征了不同構型（SC、BCC、Gyroid、Oct、SchwarzP）、相對密度及晶胞尺寸的陶瓷點(diǎn)陣—樹(shù)脂復合結構在壓縮載荷下的力學(xué)響應特性，同時(shí)采用Johnson-Holmquist-II（JH-2）模型開(kāi)展了數值模擬以預測和研究其力學(xué)行為。
研究結果表明，陶瓷點(diǎn)陣-樹(shù)脂復合結構的壓縮性能排序為簡(jiǎn)單立方（SC）>體心立方（BCC）>Gyroid>八桁架（Oct）>SchwarzP（Sch）；隨著(zhù)相對密度和晶胞尺寸的增大，陶瓷點(diǎn)陣—樹(shù)脂復合結構的力學(xué)性能顯著(zhù)提升。
數值模擬結果與實(shí)驗數據高度吻合，揭示了壓縮過(guò)程中材料內部損傷與裂紋擴展機理。與傳統氧化鋁陶瓷晶格相比，陶瓷點(diǎn)陣-樹(shù)脂復合結構展現出了更優(yōu)異的抗壓強度（提升約3倍）與能量吸收性能（提升約2.5倍）。該研究為無(wú)人潛水器的輕量化設計提供了新型的復合材料解決方案。
該研究成果以Mechanical behavior of reinforced Al2O3 lattice structures: Effects of structural parameters from experiments and simulations為題發(fā)表于薄壁結構領(lǐng)域國際期刊Thin-Walled Structures。沈陽(yáng)自動(dòng)化所研究生鐘科為第一作者，沈陽(yáng)自動(dòng)化所趙吉賓研究員和趙宇輝研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )等項目的支持。（工藝裝備與智能機器人研究室）
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.112753
來(lái)源：中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號