基于X射线微计算机断层扫描的架构化水泥基材料的增材制造与表征
应用物理
2018-08-02 v1
摘要
通过增材制造(AM)技术制备水泥基材料日益受到关注。然而,加工引起的异质性与界面是一大挑战。加工在形成界面及其特征方面的作用,需要理解三维打印硬化水泥浆体(hcp)的微观结构。本研究探究了架构化水泥基材料的微观结构特征,包括加工引起的异质图案、界面区域(IRs)以及相对于架构图案的孔隙网络分布。对一台三维打印机进行了改装并与挤出系统整合,采用逐层直接墨水书写(DIW)工艺打印试样,该工艺能够制备材料的层状架构。使用实验室X射线显微镜(XRM)进行X射线微计算机断层扫描(micro-CT)评估,在0.4X和4X两个放大倍数下探究了3天龄期完整(即未测试)三维打印试样与浇筑试样的微观结构特征。打印试样的CT扫描揭示了图案化孔隙网络及若干微观结构特征,包括:a)大孔,b)界面区域(IRs)的微米孔,c)大孔附近无水水泥颗粒的聚集,以及d)细丝偏离其设计刀具路径的重排。相比之下,浇筑试样在4X扫描下的微观结构研究显示孔隙随机分布且试样内无连通性。讨论了micro-CT作为一种用于微观结构表征的无损技术的适用性。展示了加工在材料中诱导并图案化诸如IRs等异质性的作用,并讨论了架构在通过界面控制此类异质性及其方向性方面的作用。
引用
@article{arxiv.1808.00396,
title = {Additive Manufacturing and Characterization of Architectured Cement-based Materials via X-ray Micro-Computed Tomography},
author = {Mohamadreza Moini and Jan Olek and Bryan Magee and Pablo Zavattieri and Jeffrey Youngblood},
journal= {arXiv preprint arXiv:1808.00396},
year = {2018}
}