[发明专利]一种用于3D打印氧化锆陶瓷结构的残余应力无损检测方法

权利要求书

1.一种用于3D打印氧化锆陶瓷结构的残余应力无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)标定3D打印陶瓷结构中被掺杂应力传感材料的荧光峰位与所受应力关系式；

2)利用步骤1)得到的荧光峰位与所受应力关系式，测定该3D打印陶瓷结构关键部的残余应力。

2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印氧化锆陶瓷结构的残余应力无损检测方法，其特征在于，步骤1)的具体实现方法如下：

101)将用于3D打印的陶瓷粉末材料与相应的具有荧光光谱效应的应力传感粉末按预设的质量比混合，搅拌，得到混合粉末；

102)利用可打印陶瓷的3D打印机将上述混合粉末打印成陶瓷块材；

103)在上述陶瓷块材不受任何外界载荷的条件下，利用荧光光谱仪测定陶瓷块材中掺杂的应力传感元素的荧光光谱，得到无应力条件下被掺杂应力传感元素的光谱响应曲线；然后将陶瓷块材夹持于微型压缩台，并置于荧光光谱仪下，对其施加不同的载荷，记录不同应力水平下陶瓷块材中掺杂的应力传感元素的荧光光谱响应曲线；

104)将荧光光谱曲线数据导出，并使用MATLAB软件对曲线进行Gauss拟合，寻找被掺杂稀土元素的典型荧光光谱峰位，确定零应力下的荧光光谱峰位值W(0)及一系列不同应力P下的荧光光谱峰位值W(P)；

105)根据步骤104)中得到的一系列不同应力下的荧光光谱峰位数据，绘制应力-峰位关系图，并对其进行线性拟合，获得频移系数Π，并得到被掺杂应力传感材料的荧光峰位与所受应力关系式：W(P)＝W(0)+Π·P。

3.根据权利要求2所述的一种用于3D打印氧化锆陶瓷结构的残余应力无损检测方法，其特征在于，步骤101)中，应力传感粉末为Y₂O₃、ZrO₂和Eu₂O₃粉末，其按质量分数为0.1％～5.0％，3.0％～7.9％和87.1％～92.0％均匀混合、除湿后，在1300℃～1700℃下保温15小时以上，随炉冷却，之后使用高能球磨机研磨成粉末，得到掺杂稀土元素Eu3+的YSZ:Eu混合陶瓷粉末。

4.根据权利要求3所述的一种用于3D打印氧化锆陶瓷结构的残余应力无损检测方法，其特征在于，将质量分数为3.0％～10.0％和90.0％～97.0％的Y₂O₃和ZrO₂粉末均匀混合，按照类似YSZ:Eu陶瓷粉末的制备工艺，得到不掺杂任何稀土元素的YSZ陶瓷粉末。

5.根据权利要求2所述的一种用于3D打印氧化锆陶瓷结构的残余应力无损检测方法，其特征在于，步骤102)中，陶瓷块材的尺寸为3mm*3mm*3mm。

6.根据权利要求2所述的一种用于3D打印氧化锆陶瓷结构的残余应力无损检测方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法如下：

201)设计所需的3D打印陶瓷结构，确定需要检测残余应力的关键部位；

202)利用可打印陶瓷的3D打印机打印所需的陶瓷结构，在无需残余应力信息的部位使用未掺杂应力传感粉末的3D打印粉末，在需要测量残余应力的关键部位使用掺杂应力传感粉末的3D打印粉末，达到在3D打印陶瓷结构的关键部位植入应力传感元素；

203)待3D打印陶瓷结构服役一段时间之后，将荧光光谱仪的激光发射及荧光信号接收探头置于3D打印陶瓷结构关键部位所对应的表面上方，接收透过陶瓷发射到外界的荧光信号，得到关键部位荧光光谱响应曲线；

204)将上述关键部位荧光光谱响应曲线导出，并使用MATLAB软件对其进行Gauss拟合，确定其荧光峰位W(P)；

205)根据步骤1)中得到的光谱峰位与所受应力的关系、W(0)及频移系数Π，进而求出对应的应力P。