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氧化铝(Al2O3)和氧化锆(Zr O2)全瓷修复体材料具有优良的美学性能及力学性能,因此在临床上得到广泛使用。目前主流的加工方法是采用牙科CAD/CAM系统进行切削成型后再加工,此方法制作的口腔全瓷修复体具有良好的性能,但是存在成本高、难度大等局限性。选择性激光熔覆(Selective Laser Melting,SLM)是一种可以避免材料浪费的增材制造加工技术,加工过程中可以自由成型。但SLM过程中存在成型试件开裂等问题,严重影响了材料性能。研究目的:本实验建立SLM制备Al2O3/Zr O2复合陶瓷材料过程中的瞬态三维温度场有限元模型,并利用此模型分析温度场分布以及工艺参数对温度场分布的影响,最后将温度场数值模拟结果作为SLM实验的理论指导,为制备裂纹较少的Al2O3/Zr O2块体材料奠定基础。方法与内容:本实验利用ANSYS12.1参数化设计语言(ANSYS Parametric Design Language,APDL)、“生死单元”技术、红外温度测定、扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观察及显微力学性能测试等手段,研究分析:(1)利用ANSYS建立选择性激光熔覆Al2O3/Zr O2复合陶瓷过程中的温度场数值模拟模型,对温度场进行模拟分析。(2)采用模拟所用工艺参数进行SLM验证实验,同时使用比色红外测温系统监测熔覆过程中的熔池温度,最后将实验测温结果与模拟结果进行对比以验证温度场模拟模型的正确性。(3)分析工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描方式和预热等)对温度场分布的影响,为SLM实验提供理论指导。(4)在温度场数值模拟结果的指导下进行多层SLM-Al2O3/Zr O2复合陶瓷块体材料的实验研究,并进行试件力学性能测试和扫描电镜观察。研究结果:(1)温度场模拟结果显示熔池最高温度在经历一个快速升温过程后趋于稳定,温度整体呈现上升趋势;第一层熔覆层的节点有两个温度峰值,在激光熔覆第二层时该层被重熔;温度场分布云图显示未熔覆区域温度等值线比已熔覆区域密集,温度场呈不对称分布。(2)实验红外测温结果与模拟结果对比发现两者误差在5%以内,并且在该参数下(层高0.5mm,预热温度1723K,激光功率150W,扫描速度40mm/min,光斑直径10mm)试件表面光滑连续,但是存在球化现象及较多的裂纹和孔隙。(3)工艺参数对温度场分布的影响如下:1)不同工艺参数下,熔覆层粉末所形成的熔池最高温度均经历一个快速升温过程后温度增速减慢或温度趋于稳定,温度整体呈现上升趋势;2)激光功率由100W升高至200W的过程中,熔池最高温度和固-液界面温度梯度上升;3)扫描速度由5mm/min升高至40mm/min的过程中,熔池最高温度和固-液界面温度梯度下降;4)不同扫描方式对熔池最高温度及温度梯度影响较小;5)不预热和低温预热时固-液界面温度梯度较高,预热至2000K可明显降低温度梯度。(4)基于温度场数值模拟结果改变工艺参数进行多层Al2O3/Zr O2块体材料的SLM制备,当激光功率较小或扫描速度较大时,试件层与层之间分离;当工艺参数为层高0.5mm,预热温度2000K,激光功率150W,扫描速度10mm/min,光斑直径10mm,采取往返扫描方式时得到的Al2O3/Zr O2块体材料良好,在扫描电镜下未见明显分层及裂纹,微观结构良好。结论:利用APDL及“生死单元”技术建立的温度场数值模拟模型可以反馈工艺参数对温度场分布的影响,并且经SLM实验表明采用温度场数值模拟结果来指导熔覆实验的方法是可行的。通过改变工艺参数制备出了成型良好的多层SLM-Al2O3/Zr O2块体材料,表明SLM可以很好的应用于口腔领域,有广阔的发展前景。