耐火材料的需求首先由需要先进耐热材料用于生产工艺的行业的需求推动,这些行业主要是钢铁、水泥/石灰、有色金属、玻璃、能源和化工行业。从长远来看,耐火材料的需求与这些行业的产量有关,而产量又取决于这些材料的终端市场。耐火材料行业最重要的终端市场是建筑、汽车和运输、机械和设备、电子和消费品以及能源、石油和天然气以及石化产品。
对于此类高级应用,使用高精度的电导率测量单元,能够在广泛的电导率范围内进行测量并且对广泛的腐蚀性离子介质具有抵抗力是有益的。最常见的是,使用了两种类型的电导率传感器:基于电极的传感器和电感传感器。电极传感器适用于低电导率和中等电导率,电导率的精度在2×10-8至0.65 s cm -1的范围内±3%至5%。14,15在通用设备中,由于这些传感器的紧凑设计,尤其是针对更高的电导率,准确性降低了。此外,在反应性介质中,电极结垢可以改变细胞常数,并对测量精度产生负面影响。电感传导率传感器特别适用于苛刻的化学环境,因为只有惰性和耐热材料(例如PEEK和PTFE)与样品接触。但是,这些传感器缺乏电极型对应物的灵敏度,并且需要较大的样品体积。16后者在实验室应用中不利,例如,当空间有限或
功能梯度材料 (FGM) 的概念是为了开发高性能耐热材料而提出的,其中耐热陶瓷与金属混合[1]。FGM 是一类先进的异质材料,其成分和性能表现出可控的空间变化,从而导致其性能 (热/电导率、耐腐蚀、机械、生物化学等) 逐渐变化。FGM 背后的主要思想包括一种不能满足所有设计要求的材料和一种适用于特定位置和操作条件的不同材料。由于这种协同效应,FGM 可应用于不同领域,例如生物医学、汽车和航空航天、电子、光学、核应用、反应堆部件和能量转换 [2]。FGM 的特点是材料之间可以逐渐转变,也可以不连续/突然转变。对于突然转变(直接界面),部件会承受巨大的应力和化学不相容性。相反,连续/渐进的转变可以最大限度地减少这些问题,并改善界面处的机械性能 [3、4]。基于电弧的定向能量沉积(DED-arc),通常称为线材和电弧增材制造(WAAM),是制造 FGM 的一种很有价值的制造技术。使用配备多个独立线材送料器的机器可以轻松进行其生产,从而可以创建在多个方向上具有成分和性能梯度的部件。同时使用两根线材被称为双线和电弧增材制造 (T-WAAM)。尽管如此,在同一熔池中结合两种材料会带来令人困惑的挑战,包括可能形成不良的金属间化合物,这会降低可焊性/可打印性(例如,由于形成热裂纹和高硬度区域)并导致过早失效 [2]。此外,热膨胀系数不匹配、熔化温度差异以及溶解度不足都会导致开裂和脆化 [5]。每根焊丝不同的热物理性质也意味着确保零件无缺陷所需工艺参数存在显著差异。316L 不锈钢与 Inconel 625 的 FGM 用于化工厂、石油天然气和核工业应用。特别是在堆焊管道和阀门中,零件插入两种不同的环境中,需要不同的耐腐蚀和耐磨性(内部接触腐蚀性流体,例如含有高 CO2 和 H2S 的原油,外部接触大气 [6e8])。尽管 Inconel 625 的这些性能更胜一筹,但在结构件的关键区域用不锈钢替代 Inconel 可以降低相关部件成本。两种合金的基质均为单个面心立方 (FCC) 相 (g),主要合金元素为 Fe、Cr 和 Ni。根据工艺和制造策略,可能会出现一些问题,其中热裂纹尤为普遍。Shah 等人 [9] 使用激光定向能量沉积 (L-DED) 分析了工艺参数对 316 不锈钢到 Inconel 718 FGM 制造的影响。作者没有证明由激光诱导裂纹的证据