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【清华团队合作提出米级单晶增材制造新方法】单晶是先进核能与核动力装备,航空发动机与燃气轮机、半导体等领域的战略性基础材料。传统单晶制造方法主要依赖籽晶、模具和定向凝固,难以兼顾大尺寸、复杂构型、多材料适用性和低成本制造。增材制造拓展了单晶的成形自由度,却也让晶体生长进入快速变温、 ​

【清华团队合作提出米级单晶增材制造新方法】单晶是先进核能与核动力装备,航空发动机与燃气轮机、半导体等领域的战略性基础材料。传统单晶制造方法主要依赖籽晶、模具和定向凝固,难以兼顾大尺寸、复杂构型、多材料适用性和低成本制造。增材制造拓展了单晶的成形自由度,却也让晶体生长进入快速变温、快速凝固与反复重熔的强非平衡过程,偏离经典单晶凝固理论通常采用的准稳态热场假设,导致杂晶控制、晶体取向连续保持、复杂结构成型成为核心挑战。

清华大学航院崔一南副教授团队历经十年多学科交叉攻关,建立增材制造力学-凝固学耦合理论模型,提出“深蹲脉冲”热输入增材制造新方法,揭示了强瞬态热循环下间歇式单晶生长的新型动态稳定机制,突破传统单晶生长对准稳态凝固条件的依赖,破解微观晶体有序生长与宏观悬空结构稳定成形的协同控制难题,为强非平衡条件下的单晶增材制造提供了理论依据,实现了无籽晶、无杂晶、无模具、无支撑的米级尺度、复杂构型、跨材料体系、低成本的工业级单晶增材制造。

研究成果以“超长尺寸与复杂结构单晶增材制造”为题,在线发布在《自然》(Nature)上。期刊同步配发News & Views评述,称该工作“为未来技术与科学发展创造了令人振奋的机遇”。论文链接:网页链接 科研速递 清华大学 (来源:航院)