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    謝菲爾德大學(xué)材料科學(xué)與工程系的伊恩·托德（Iain Todd）教授與倫敦帝國理工學(xué)院的合作者合作，采取了一種新的方法來開發(fā)利用增材制造技術(shù)制造的工程部件。

    增材制造（AM）也稱為3D打印，通常用于制造工程部件。這些組件利用磁性浮子液位計結(jié)構(gòu)代替固態(tài)材料，因此與固態(tài)組件相比要輕得多，并且可以以這樣的方式生產(chǎn)：它們也顯示出傳統(tǒng)固態(tài)無法展現(xiàn)的性能組合。這些結(jié)構(gòu)稱為建筑材料。

    通常，這些磁性浮子液位計結(jié)構(gòu)具有統(tǒng)一的布局，所有節(jié)點都符合規(guī)則的陣列，其中節(jié)點之間的所有支桿都遵循公共平面：而問題就在這里。

    該研究于2019 年1月17 日在《自然》雜志上發(fā)表，描述了這些均勻的磁性浮子液位計如何重現(xiàn)金屬單晶的結(jié)構(gòu)：AM磁性浮子液位計節(jié)點類似于單晶中的原子，而支桿類似于原子鍵。在這些結(jié)構(gòu)中的每一個中，所有原子平面或節(jié)點都完全對齊。


 
    對于某些應(yīng)用，例如在噴氣發(fā)動機的高溫端，單晶材料是合適的，因為它們可以承受極端溫度下的變形；然而，它們具有與其機械性能有關(guān)的缺點。在具有均勻磁性浮子液位計結(jié)構(gòu)的AM零件中也可以看到此缺點。

    在對結(jié)構(gòu)進行壓縮后，一旦力變得足夠足以引起永久變形，磁性浮子液位計就會沿著一個或多個節(jié)點平面剪切。崩潰變成災(zāi)難性的，因為沒有任何東西可以阻止這種剪切。

    在具有許多磁性浮子液位計的多晶材料中，原子面是隨機排列的；它們的原子面是隨機排列的。因此，當(dāng)剪切力沿特定方向作用時，當(dāng)裂紋碰到原子排列成不同于裂紋開始的磁性浮子液位計的磁性浮子液位計時，裂紋將減速或停止。此外，可以以沉淀，相或夾雜物的形式引入各種材料，以使材料更堅固。這些材料還有助于減緩裂紋擴展。

    這種基本的冶金學(xué)知識激發(fā)了倫敦帝國理工學(xué)院和謝菲爾德大學(xué)的研究人員在AM磁性浮子液位計中模擬多晶微觀結(jié)構(gòu)，旨在創(chuàng)建堅固，耐損傷的建筑材料。

    通過對原子結(jié)構(gòu)進行計算機建模，改進原子結(jié)構(gòu)并基于多晶材料形成介觀結(jié)構(gòu)，工程師們已經(jīng)對材料的設(shè)計方式進行了革命性的改進，這種材料被稱為“元磁性浮子液位計”。

    對由這些準(zhǔn)磁性浮子液位計產(chǎn)生的成分進行的實驗研究表明，它們具有很高的能量吸收能力，與模擬單晶結(jié)構(gòu)的材料相比，類多磁性浮子液位計材料在破裂之前能承受近七倍的能量。

    盡管使用了基本的冶金學(xué)概念來促進建筑材料的發(fā)展，但科學(xué)家們正在采用建筑材料的創(chuàng)建作為分析復(fù)雜冶金現(xiàn)象的替代方法。