本公開(kāi)涉及一種生產(chǎn)包含鈹?shù)奈矬w的方法。特別地，該方法涉及沉積相繼的層，將這些層凝固以形成具有等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)鈹基體。

背景技術(shù)：

0、背景

1、鈹是一種具有非常理想性質(zhì)的金屬。這些包括高剛度(楊氏模量＝287gpa)、低密度(1.85g/cc)、高彈性模量(130gpa)、高比熱(1925j/kg·k)、高熱導(dǎo)率(216w/m·k)和低線性熱膨脹系數(shù)(11.4×106/°k)。因此，鈹及其復(fù)合材料可用于航空和航天結(jié)構(gòu)、高性能發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器以及電子元件以提供熱性能和振動(dòng)阻尼。鈹及其復(fù)合材料也可用于多種不同的應(yīng)用，包括燃燒應(yīng)用、高超音速飛行器(hypersonic?vehicles)、計(jì)算機(jī)部件、用于天基系統(tǒng)和陸基系統(tǒng)的光學(xué)器件、衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、太陽(yáng)能收集器和核能增長(zhǎng)應(yīng)用。

2、一個(gè)限制在于鑄造方法不適用于制造鈹產(chǎn)品，并且導(dǎo)致柱狀凝固。鈹是具有高熔點(diǎn)的高反應(yīng)性金屬，使得其容易與模具壁材料反應(yīng)以形成被截留在固化金屬中的鈹化合物(beo等)。此外，晶粒度(grain?size)大于500微米，并且通常高得多，高達(dá)50,000微米。這太大以致無(wú)法滿(mǎn)足強(qiáng)度要求并導(dǎo)致脆性材料。通過(guò)機(jī)械加工細(xì)化晶粒的進(jìn)一步嘗試尚未取得商業(yè)成功。為了克服鈹生產(chǎn)問(wèn)題，已經(jīng)使用鈹粉末。鈹粉末可以通過(guò)球磨、圓盤(pán)研磨或氣體霧化工藝形成。將該粉末固結(jié)成錠，其可以進(jìn)一步加工成鈹?shù)某尚徒M件。這種方法需要小心處理鈹粉末。此外，該粉末工藝具有低材料利用率，這導(dǎo)致低效率和增加的成本。該粉末工藝在其形成復(fù)雜形狀的能力方面也受到限制。

3、通過(guò)沉積層而構(gòu)建的物體可以允許復(fù)雜的形狀，但是由于缺乏來(lái)自機(jī)械成形的塑性變形，仍然遭受不良晶體結(jié)構(gòu)。由于層在一個(gè)方向上構(gòu)建，凝固傾向于導(dǎo)致不良微結(jié)構(gòu)，并且柱狀晶粒是普遍的。機(jī)械性質(zhì)的不合意降低導(dǎo)致強(qiáng)度和耐久性的損失。

4、仍然需要消除柱狀凝固從而以高效方式生產(chǎn)具有減小的晶粒度(grain?size)的鈹制品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

0、概述

1、本公開(kāi)涉及通過(guò)減少或更優(yōu)選地消除柱狀結(jié)構(gòu)(columnar?structure)來(lái)制造鈹制品的方法。通過(guò)添加孕育劑(inoculant)改善鈹制品的微結(jié)構(gòu)，由此改善機(jī)械性質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，本文公開(kāi)的方法提供了將熔融鈹成型為包含具有等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)(crystalline?structure?of?equiaxed?grains)的連續(xù)鈹基體(continuous?berylliummatrix)的層。等軸晶粒的增加是優(yōu)選的，以獲得更一致的微結(jié)構(gòu)。通過(guò)所公開(kāi)的實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)的晶粒細(xì)化(grain?refinement)還使得能夠生產(chǎn)由具有1至80微米的平均晶粒度，優(yōu)選5至40微米的平均晶粒度的鈹制成的復(fù)雜物體。

2、在一個(gè)方面，提供一種制造包含鈹?shù)奈矬w的方法，所述方法包括制備鈹粉末和至少一種金屬孕育劑的混合物；將包含所述混合物的層沉積在表面上；在還原氣氛中向所述層的至少一部分施加能量以形成熔融鈹；將所述熔融鈹凝固成包含具有等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)鈹基體的層；和對(duì)后續(xù)層重復(fù)所述沉積/施加/凝固直至獲得具有幾何形狀的物體。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述金屬孕育劑的至少一部分結(jié)合到所述鈹粉末的表面。所述金屬孕育劑可包括至少一種包含be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc、be5zr、be7cu13、befe3、cu3mo、cu9w、mo、nb、rbo2、rerh、ta、tiv或w的粒子。優(yōu)選的金屬孕育劑可包括be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc或be5zr。可通過(guò)摻合、霧化、機(jī)械合金化或共振混合制備的混合物包含90至99.99重量％的鈹和0.01至10重量％的所述至少一種金屬孕育劑。所述鈹粉末可具有10至50微米的d50平均粒度。所述金屬孕育劑可具有0.001至5微米的d50平均粒度。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用電子束或激光向所述層的至少一部分施加能量。

3、在一個(gè)方面，提供一種晶粒細(xì)化(grain?refining)包含鈹?shù)奈矬w的方法，所述方法包括合并鈹和選自be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc、be5zr、be7cu13、befe3、cu3mo、cu9w、mo、nb、rbo2、rerh、ta、tiv和w的至少一種金屬孕育劑以形成預(yù)合金組合物；將包含所述預(yù)合金組合物的層沉積在表面上；通過(guò)施加能量而使所述層的至少一部分循環(huán)(cycling)以形成熔融鈹；凝固所述熔融鈹；和對(duì)后續(xù)層重復(fù)所述沉積/循環(huán)/沉淀，其中各后續(xù)層包含所述預(yù)合金組合物并且具有1至80微米的平均晶粒度。優(yōu)選的金屬孕育劑可包括be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc或be5zr。所述預(yù)合金組合物包含90至99.99重量％的鈹和0.01至10重量％的所述至少一種金屬孕育劑。

4、在另一個(gè)方面，提供一種物體，其包含鈹，其中鈹為包含鈹?shù)牡容S晶粒晶體結(jié)構(gòu)；和選自be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc、be5zr、be7cu13、befe3、cu3mo、cu9w、mo、nb、rbo2、rerh、ta、tiv和w的至少一種金屬孕育劑，以形成與所述鈹晶粒1:1或2:1晶格匹配的晶粒；其中鈹?shù)牡容S晶粒具有1至80微米的平均晶粒度。所述晶體結(jié)構(gòu)可包含50體積％至100體積％的等軸晶粒。優(yōu)選的金屬孕育劑可包括be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc或be5zr。

5、下面更特別描述這些和其它非限制性特征。

6、詳述

7、通過(guò)參考預(yù)期實(shí)施方案的以下詳述和其中包含的實(shí)施例，可以更容易地理解本公開(kāi)。在以下說(shuō)明書(shū)和隨后的權(quán)利要求書(shū)中，將提到許多術(shù)語(yǔ)，它們應(yīng)被定義為具有以下含義。

8、除非另有定義，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。在沖突的情況下，以本文件(包括定義)為準(zhǔn)。下面描述優(yōu)選的方法和材料，盡管在本公開(kāi)的實(shí)踐或測(cè)試中可以使用與本文所述的那些類(lèi)似或等效的方法和材料。本文提到的所有出版物、專(zhuān)利申請(qǐng)、專(zhuān)利和其它參考文獻(xiàn)全文經(jīng)此引用并入本文。本文公開(kāi)的材料、方法和實(shí)例僅是示例性的并且無(wú)意構(gòu)成限制。

9、除非上下文另有明確規(guī)定，單數(shù)形式“一”、“一種”和“該”包括復(fù)數(shù)對(duì)象。

10、說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中所用的術(shù)語(yǔ)“包含”可包括“由…組成”和“基本由…組成”的實(shí)施方案。本文所用的術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”、“擁有”、“具有”、“可以”、“含有”及其變型意為開(kāi)放式過(guò)渡短語(yǔ)，其要求存在指定的成分/步驟并允許存在其它成分/步驟。但是，這樣的描述應(yīng)該被解釋為也涉及將組合物或方法描述為“由”和“基本由”所列舉的成分/步驟“組成”，這只允許存在指定的成分/步驟，以及可能由其產(chǎn)生的任何雜質(zhì)，而不包括其它成分/步驟。

11、本技術(shù)的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中的數(shù)值，當(dāng)它們涉及混合物、預(yù)合金組合物或物體時(shí)，反映了可能含有不同特性的單獨(dú)聚合物的組合物的平均值。本文公開(kāi)的數(shù)值應(yīng)被理解為包括當(dāng)縮減到相同的有效數(shù)字位數(shù)時(shí)相同的數(shù)值和與指定值的差值小于本技術(shù)中描述的用于測(cè)定該值的常規(guī)測(cè)量技術(shù)類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)誤差的數(shù)值。

12、本文公開(kāi)的所有范圍包括所列舉的端點(diǎn)并且可獨(dú)立地組合(例如，范圍“1微米至80微米”包括端點(diǎn)1微米和80微米，以及所有中間值)。本文公開(kāi)的范圍的端點(diǎn)和任何值不限于精確范圍或值；它們足夠不精確以包括接近這些范圍和/或值的值。

13、如本文所用，近似語(yǔ)可用于修飾任何數(shù)量表示，其可能變化而不造成其涉及的基本功能的改變。因此，被“大約”和“基本”之類(lèi)的術(shù)語(yǔ)修飾的值在一些情況下可能不限于指定的精確值。修飾詞“大約”也應(yīng)該被認(rèn)為公開(kāi)了由兩個(gè)端點(diǎn)的絕對(duì)值界定的范圍。例如，表述“大約2至大約4”也公開(kāi)了范圍“2至4”。術(shù)語(yǔ)“大約”可以是指所示數(shù)值的加或減10％。例如，“大約10％”可以是指9％至11％的范圍，并且“大約1”可以是指0.9-1.1。

14、對(duì)于本文中的數(shù)值范圍的列舉，明確考慮了其之間的具有相同精度的各中間數(shù)字。例如，對(duì)于6-9的范圍，除6和9外還考慮數(shù)字7和8，對(duì)于范圍6.0-7.0，明確考慮數(shù)字6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9和7.0。

15、如本文所述，存在一種生產(chǎn)鈹制品的方法。鈹粉末和金屬孕育劑用于形成具有等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)鈹基體。首先，制備鈹(優(yōu)選鈹粉末)和金屬孕育劑的混合物。在一些實(shí)施方案中，該混合物可被稱(chēng)為預(yù)合金組合物。該混合物可以將金屬孕育劑均勻分布在鈹粉末中。使鈹粉末和金屬孕育劑的混合物暴露于能量源，并通過(guò)循環(huán)經(jīng)過(guò)加熱和冷卻而凝固，以產(chǎn)生具有等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)鈹基體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，添加的金屬孕育劑在凝固過(guò)程中充當(dāng)用于形成細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的成核位點(diǎn)。可以重復(fù)這些步驟，直至獲得具有幾何或三維形狀的物體。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使鈹(優(yōu)選鈹粉末)和金屬孕育劑的混合物循環(huán)經(jīng)過(guò)加熱和冷卻，以使各層具有擁有等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)鈹基體。在一個(gè)實(shí)施方案中，在加熱/冷卻循環(huán)之后，鈹制品的晶粒結(jié)構(gòu)可具有等軸晶粒。

16、不受制于理論，但等軸晶粒的存在據(jù)顯示有助于鈹制品的晶粒細(xì)化。當(dāng)形成具有一系列層的制品時(shí)，鈹制品的晶粒細(xì)化可以帶來(lái)改進(jìn)的強(qiáng)度和加工。在一個(gè)實(shí)施方案中，鈹制品可具有1至80微米，例如1至75微米、1至60微米、1至50微米、1至40微米、5至40微米、5至25微米、5至15微米、或10至15微米的平均晶粒度。在一個(gè)實(shí)施方案中，鈹制品的一部分晶粒可具有小于3:1的縱橫比。特別地，鈹制品的75％的晶粒可具有小于3:1，例如小于2.5:1或小于2:1的縱橫比。平均晶粒度和縱橫比可以使用光學(xué)成像，如sem成像以及通過(guò)使用astme?112-12的比較、平面(planimetric)或截距(intercept)參數(shù)來(lái)測(cè)定。

17、與不包括所公開(kāi)的金屬孕育劑的方法相比，包含鈹?shù)奈矬w的所得晶粒結(jié)構(gòu)具有顯著減小的平均晶粒度。

18、鈹基體包含形成晶粒的鈹晶體，每個(gè)晶粒具有其自己獨(dú)特取向(distinctorientation)。晶粒經(jīng)由在施加能量和凝固的循環(huán)工藝的過(guò)程中形成的晶界(grainboundaries)連接在一起。晶界可影響機(jī)械性質(zhì)。由于形成許多晶粒細(xì)化位點(diǎn)的金屬孕育劑，該晶體結(jié)構(gòu)包含等軸晶粒。在一個(gè)實(shí)施方案中，包含鈹?shù)奈矬w具有擁有等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)鈹基體。等軸晶粒在長(zhǎng)度、寬度和高度上大致相似。在一個(gè)實(shí)施方案中，晶體結(jié)構(gòu)包含50體積％以上的等軸晶粒，例如75體積％以上的等軸晶粒、或90體積％以上的等軸晶粒。就范圍而言，晶體結(jié)構(gòu)可包含50體積％至100體積％的等軸晶粒，例如75體積％至100體積％或90體積％至100體積％。增加等軸晶粒的量減少了柱狀晶粒的量。可以使用顯微鏡技術(shù)，如x射線衍射分析進(jìn)行晶粒的定量。

19、在一個(gè)實(shí)施方案中，與鈹組合的金屬孕育劑包括與鈹晶粒的邊緣形成1:1或2:1界面的金屬。在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬孕育劑的至少一部分結(jié)合到鈹粉末的表面。這可以使金屬孕育劑分布在整個(gè)鈹基體中。金屬孕育劑可以作為可與鈹組合的松散粉末、糊料或懸浮液存在。在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬孕育劑在結(jié)合到鈹粉末的表面時(shí)保持未反應(yīng)。有幾種方法將金屬孕育劑和鈹組合，如混合、摻合、霧化、機(jī)械合金化、共振混合或其組合。當(dāng)鈹粉末和金屬孕育劑具有不同尺寸時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)充分混合，共振混合是有用的。在一個(gè)實(shí)施方案中，共振混合用頻率為20至80hz的聲波誘導(dǎo)非接觸式聲學(xué)混合，以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好混合，而不會(huì)引起鈹和金屬孕育劑的破裂或應(yīng)力。相應(yīng)地，可以將一種金屬孕育劑與鈹組合，而在一些實(shí)施方案中，可存在金屬孕育劑的混合物。

20、在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬孕育劑可包含be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc、be5zr、be7cu13、befe3、cu3mo、cu9w、mo、nb、rbo2、rerh、ta、tiv或w。在一個(gè)實(shí)施方案中可以使用金屬孕育劑的組合。更優(yōu)選地，金屬孕育劑可包含be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc或be5zr。特別地，金屬孕育劑引入晶粒細(xì)化并提供等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)。這些金屬孕育劑可以在原子間距錯(cuò)配(interatomic?spacing?misfit)和晶面間距錯(cuò)配(interplanar?spacing?misfit)方面與鈹高效匹配。可以通過(guò)偏振光學(xué)顯微術(shù)和/或ebsd(電子背散射衍射)測(cè)量晶體取向。

21、在一個(gè)實(shí)施方案中，混合物制備步驟可以是任選的，并且鈹和金屬孕育劑可以作為層沉積而不形成混合物。相應(yīng)地，提供一種生產(chǎn)鈹制品的方法，其包括將包含鈹和金屬孕育劑的層沉積在表面上，通過(guò)施加能量而加熱所述層的至少一部分以形成熔融鈹，凝固所述熔融鈹，和對(duì)后續(xù)層重復(fù)所述沉積/循環(huán)/沉淀。在構(gòu)建所需層之后，可以形成該物體，其中鈹基制品具有1至80微米的平均晶粒度。

22、在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬孕育劑可以是金屬粉末。該金屬粉末可具有1:1至100:1，例如1:1至50:1、1:1至20:1、1:1至10:1或1:1至5:1的縱橫比(平均長(zhǎng)度比平均寬度)。該金屬粉末可以小于鈹粉末。該金屬粉末可具有小于10微米，例如小于8微米、小于5微米、小于2.5微米、小于2微米或小于1微米的平均(d50)粒度。在一些實(shí)施方案中，該金屬粉末可以是納米粒子；例如可具有小于1微米的平均(d50)。在一些實(shí)施方案中，納米粒子可具有10至1000納米，例如25至950納米、50至900納米、100至800納米、或300至700納米的平均(d50)。因此，該金屬粉末可具有0.0001至10微米，例如0.0005至7.5微米、0.001至5微米、0.01至2.5微米、或0.1至1.5微米的平均(d50)粒度。該粒度是d50，或達(dá)到50體積％的粒子累積百分比時(shí)的直徑。

23、在一個(gè)實(shí)施方案中，各沉積層可包含基于各層的總重量計(jì)90至99.99重量％的量的鈹。更優(yōu)選地，各層可包含95至99.9重量％，例如97至99.5重量％或98至99重量％的量的鈹。

24、在一個(gè)實(shí)施方案中，鈹包括鈹粉末。示例性的鈹粉末包括s-65等級(jí)(99.2％最低be含量，0.9％最大beo)，s-200等級(jí)(98.5％最低be含量)、0-30(熱等靜壓鈹(hotisostatically?pressed?beryllium)，最低99％be含量，0.5％最大beo)，并且都可獲自materion?corporation。鈹粉末可具有1:1至100:1，例如1:1至50:1、1:1至20:1、1:1至10:1或1:1至5:1的縱橫比(平均長(zhǎng)度比平均寬度)。在一個(gè)實(shí)施方案中，鈹粉末可以是球形的。鈹粉末可具有1微米至200微米，例如5微米至175微米、10微米至150微米、15微米至100微米、25微米至70微米或25微米至50微米的平均(d50)粒度。該粒度是d50，或達(dá)到50體積％的粒子累積百分比時(shí)的直徑。小于200微米的粉末可以建設(shè)性地(constructively)用于形成具有降低的晶粒細(xì)化的鈹制品。當(dāng)需要時(shí)，可以篩選鈹粉末以達(dá)到所需尺寸。

25、在一個(gè)實(shí)施方案中，鈹粉末可以是具有核-殼結(jié)構(gòu)的粒子形式，其中鈹構(gòu)成核，連續(xù)或半連續(xù)涂層構(gòu)成殼。在一些實(shí)施方案中，連續(xù)或半連續(xù)涂層可包含金屬孕育劑。鈹?shù)耐坎伎梢酝ㄟ^(guò)球磨(ball?milling)、共振混合(resonance?mixing)、噴霧粘合(spraybinding)、噴霧干燥(spray?drying)、激光燒蝕(laser?ablation)、電火花加工(electrical-discharge?machining)和原子層沉積(atomic?layer?deposition)實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施方案中，涂層包括鎳——純鎳或鎳合金的形式。核可以是該粒子的0.1重量％至99.9重量％，或50重量％至99.9重量％，或該粒子的大約92重量％至小于100重量％。在一些實(shí)施方案中，涂層可以是該粒子的0.1重量％至99.9重量％，或0.1重量％至50重量％，或大于0重量％至大約8重量％的鎳。在特定實(shí)施方案中，鈹粉末包括大約92重量％至小于100重量％的鈹和大于0重量％至大約8重量％的鎳。通常，認(rèn)為涂層形成用于晶粒細(xì)化的粒子。

26、金屬孕育劑可以以有效量與鈹組合以在凝固過(guò)程中增加晶粒數(shù)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，基于各層的總重量計(jì)，金屬孕育劑可以0.01至10重量％的量存在。更優(yōu)選地，金屬孕育劑可以以0.1至5重量％，例如0.5至3重量％、或1至2重量％的量存在。

27、通過(guò)循環(huán)幾個(gè)沉積層，可以形成包含鈹制品的物體。特別地，該方法可以實(shí)現(xiàn)三維鈹制品。在該方法中，該循環(huán)可涉及向所述層的至少一部分施加能量以形成熔融鈹，和通過(guò)冷卻將所述熔融鈹凝固成層。在高于形成熔融鈹?shù)臏囟认卵h(huán)之后，將熔融鈹凝固。提供等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)的形成以實(shí)現(xiàn)所需晶粒細(xì)化。等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)也可以減少或消除柱狀晶粒生長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，可由具有多個(gè)層的制品形成復(fù)雜形狀。在一個(gè)實(shí)施方案中，所得形狀可以是由多個(gè)層形成的幾何形狀或三維形狀。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法沉積初始層，優(yōu)選以相對(duì)較高的速率。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以通過(guò)在基底的表面上沉積該混合物而均勻地沉積初始層。在一些實(shí)施方案中，初始層可以沉積在表面如基底、平臺(tái)或基板上。

28、該方法可以通過(guò)在構(gòu)建盒中沉積初始層開(kāi)始。優(yōu)選地，在最小的損失或周?chē)鷧^(qū)域污染下將包含鈹粉末和金屬孕育劑的混合物轉(zhuǎn)移到構(gòu)建盒。構(gòu)建盒包含表面，例如構(gòu)建平臺(tái)，和側(cè)壁。構(gòu)建平臺(tái)通常是平坦表面，在其上沉積后續(xù)層。構(gòu)建平臺(tái)可以基于由計(jì)算機(jī)操作的控制器提供的信號(hào)沿垂直z軸移動(dòng)。側(cè)壁與構(gòu)建平臺(tái)配合以形成含有沉積的混合物的“盒子”。通常，側(cè)壁保持在固定位置，構(gòu)建平臺(tái)向下移動(dòng)以允許沉積下一混合物層。

29、各層可以以預(yù)定圖案沉積在表面上。在一些實(shí)施方案中，基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)模型的層確定預(yù)設(shè)圖案。任何合適的沉積初始層的技術(shù)適用于該方法，包括鋪展、涂布、刷涂、輥涂、噴涂或分配(dispensing)。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用一個(gè)或多個(gè)沉積頭并在水平x-y平面中移動(dòng)。控制器可用于移動(dòng)由設(shè)計(jì)指定的所述一個(gè)或多個(gè)沉積頭。水平x-y平面是由x軸和y軸限定的平面，其中x軸、y軸和z軸彼此正交。

30、在一些實(shí)施方案中，該沉積在惰性氣體氣氛下進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，該沉積可以在還原氣氛中進(jìn)行以減少氧化物的形成。在沉積鈹和金屬孕育劑的層之后，可以在還原氣氛中施加能量。在一個(gè)實(shí)施方案中，還原氣氛含有小于20體積％的氧氣或其它氧化劑，例如小于15體積％、小于10體積％或小于5體積％。

31、在一個(gè)實(shí)施方案中，各層可以以均勻的方式沉積。初始層可具有20至200微米，例如25至150微米、25至110微米、30至100微米、35至75微米、或40至60微米的厚度。在一些實(shí)施方案中，可以通過(guò)以任選的壓實(shí)方法壓實(shí)沉積的材料來(lái)形成該層。可能需要使用機(jī)械壓實(shí)器如刮刀或雙向輥軋(double?rolling)或靜電力來(lái)壓實(shí)粉末以提供薄層。在一些實(shí)施方案中，可以沉積這些層。

32、在沉積初始層之后，該方法使用循環(huán)過(guò)程向該層的至少一部分施加能量(優(yōu)選來(lái)自電子束或激光)以形成熔融鈹，然后將熔融鈹凝固成層。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法涉及將熔融鈹凝固成包含具有等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)鈹基體的層。該循環(huán)以高速率通過(guò)熱梯度轉(zhuǎn)變以形成熔融鈹。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以將能量源引導(dǎo)至初始層的至少一部分。該能量源可以產(chǎn)生局部化或聚焦能量以加熱初始層的至少一部分，優(yōu)選以加熱初始層的至少一部分。在一個(gè)實(shí)施方案中，該能量源可足以形成熔融鈹。能量源可以是具有103w/mm2至107w/mm2，例如104w/mm2至107w/mm2、或105w/mm2至106w/mm2的功率密度的電子束或激光束。以小于107w/mm2的功率操作能量源足以形成熔融鈹。在一個(gè)實(shí)施方案中，該能量源的有效直徑可為10至200微米，例如25至150微米，或35至100微米。該能量源的掃描速度可為10mm/s至2000mm/s，例如50至1500mm/s或100至1000mm/s。該能量源的光柵寬度(raster?width)可為50至500微米，例如75至450微米、75至400微米、或100至350微米。在一個(gè)實(shí)施方案中，層厚度可為20微米至200微米，例如25微米至175微米或50微米至150微米。

33、在一個(gè)實(shí)施方案中，能量源和/或另一來(lái)源將初始層加熱到1000℃至1600℃，例如1100℃至1450℃、1200℃至1400℃、或1290℃至1325℃的溫度。在一個(gè)實(shí)施方案中，將施加的能量施加小于300秒，例如小于240秒、小于180秒、小于120秒、小于90秒、小于60秒、小于50秒、小于45秒、小于30秒、小于25秒、小于20秒、小于10秒、小于5秒、小于1秒或小于0.5秒的持續(xù)時(shí)間。就范圍而言，在一個(gè)實(shí)施方案中，將能量施加0.01至300秒，例如0.01至240秒、0.1至180秒、0.2至120秒、0.2至90秒、0.25至60秒、0.5至60秒、0.5至30秒、0.5至15秒、或0.5至10秒的時(shí)間。

34、除非使用預(yù)熱，初始層可以在室溫(20至25℃)下沉積。在一些實(shí)施方案中，沉積的初始層可以在構(gòu)建盒中預(yù)熱到至少100℃，例如至少120℃、或150℃、至少200℃、至少400℃、至少450℃、或至少500℃的溫度。

35、可以使用紅外溫度傳感器、熱電偶、電阻溫度檢測(cè)器、熱敏電阻或其它合適的溫度傳感器監(jiān)測(cè)該制品的熱條件。傳感器可以監(jiān)測(cè)施加能量和/或冷卻劑的區(qū)域中的溫度。響應(yīng)于溫度，該方法可以通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻劑的流量、持續(xù)時(shí)間或溫度來(lái)調(diào)節(jié)冷卻速率。

36、在降低的大氣壓下或在真空下操作該方法可以為層和鈹制品材料提供質(zhì)量控制。盡管如此，在一些實(shí)施方案中，該方法可以在大氣壓下操作。

37、作為該循環(huán)過(guò)程的一部分，該方法還將沉積層冷卻。在一個(gè)實(shí)施方案中，最小冷卻速率可大于10℃/min，例如大于15℃/min或大于20℃/min。在一些實(shí)施方案中，冷卻速率可大于1000℃/min，例如大于10,000℃/min，以實(shí)現(xiàn)凝固。可以以10℃/min至10,000℃/min，例如20℃/min至5,000℃/min、50℃/min至3,000℃/min或100℃/min至1000℃/min的冷卻速率實(shí)現(xiàn)冷卻或過(guò)冷。在一個(gè)實(shí)施方案中，冷卻可以是在層的構(gòu)建方向(buildingdirection)上。在凝固過(guò)程中，熔融鈹形成為具有等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)鈹基體。在一個(gè)實(shí)施方案中，該晶體結(jié)構(gòu)不僅在構(gòu)建方向上取向。

38、在一個(gè)實(shí)施方案中，由于金屬孕育劑和連續(xù)鈹基體的晶格匹配和低界面能，可以減少用于凝固的冷卻或過(guò)冷。在各層凝固以產(chǎn)生包含鈹?shù)奈矬w的過(guò)程中，可以改善應(yīng)力減小。

39、冷卻劑可用于實(shí)現(xiàn)所需冷卻。冷卻劑可以進(jìn)一步降低傾向于提供柱狀晶粒形成的層中的溫度梯度并由此改善晶粒細(xì)化。在一個(gè)實(shí)施方案中，冷卻劑可以是惰性氣體，如氮?dú)饣蛳∮袣怏w(noble?gas)，特別是氬氣。冷卻劑可以是氣體的混合物。冷卻劑可以在小于或等于100℃，例如小于或等于75℃、小于或等于50℃、小于或等于25℃、小于或等于0℃、小于或等于-10℃、小于或等于-25℃或小于或等于-50℃的溫度下作為聚焦氣體料流(focusedgaseous?stream)遞送到該層。就范圍而言，冷卻劑可以在-200℃至100℃，例如-150℃至50℃或-100℃至25℃的溫度下施加，包括其中的子范圍。可以在沉積層時(shí)調(diào)節(jié)冷卻劑的流量，并且流量可為小于500l/min，例如小于250l/min或小于100l/min。

40、該方法可以以類(lèi)似的方式對(duì)后續(xù)層繼續(xù)，由此對(duì)每個(gè)沉積混合物層循環(huán)并形成具有等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)鈹基體層。在留出足夠的時(shí)間以便沉淀之后，可以在與表面相反的初始層的至少一部分上以預(yù)定圖案沉積一個(gè)或多個(gè)后續(xù)層。這繼續(xù)構(gòu)建鈹制品，其中每個(gè)后續(xù)層沉積在先前沉積的層的至少一部分上。在一個(gè)實(shí)施方案中，沉積后續(xù)層以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀，如三維形狀。后續(xù)層可以在室溫下沉積，或者可以與初始層類(lèi)似地預(yù)熱。以類(lèi)似的方式，將能量源引導(dǎo)至后續(xù)層的至少一部分，以在高于形成熔融鈹?shù)臏囟认卵h(huán)。在一個(gè)實(shí)施方案中，將能量源控制在與初始層類(lèi)似的操作參數(shù)內(nèi)。根據(jù)制品，每個(gè)后續(xù)層的圖案可以是不同的。在一些實(shí)施方案中，后續(xù)層可以沉積在先前層或初始層的至少一部分上。

41、在一些實(shí)施方案中，可以將表面或構(gòu)建板降低下一個(gè)后續(xù)層的厚度。后續(xù)層的厚度可能有所不同，并且在一個(gè)實(shí)施方案中，后續(xù)層可具有20至200微米，例如25至150微米、25至110微米、30至100微米、35至75微米、或40至60微米的厚度。在一些實(shí)施方案中，每個(gè)后續(xù)層可具有類(lèi)似的厚度，或者該厚度可以適應(yīng)鈹制品。該方法可以繼續(xù)重復(fù)沉積、循環(huán)和沉淀，直至形成所需鈹制品。在一個(gè)實(shí)施方案中，形成三維物體。在一個(gè)實(shí)施方案中，鈹制品可以由一個(gè)或多個(gè)后續(xù)層形成，例如至少5個(gè)后續(xù)層、至少10個(gè)后續(xù)層或至少20個(gè)后續(xù)層。對(duì)于一些制品，可以使用幾百個(gè)層，因此層數(shù)不受限制。

42、每個(gè)后續(xù)層可包含金屬孕育劑，并且該方法可以對(duì)每個(gè)層重復(fù)沉積/施加/凝固步驟。

43、微結(jié)構(gòu)的取向不限于后續(xù)層的構(gòu)建方向。包含鈹?shù)奈矬w的微結(jié)構(gòu)可能含有相對(duì)于彼此具有不同的初級(jí)生長(zhǎng)方向角度的多個(gè)枝晶層。這提供無(wú)裂紋的包含鈹?shù)奈矬w，其具有復(fù)雜形狀，可以在成本、材料和時(shí)間方面以高效方式生產(chǎn)。金屬孕育劑的存在進(jìn)一步改善該物體的無(wú)裂紋性質(zhì)。

44、在一些實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括在燒結(jié)預(yù)成型坯(preform)之前固化所述多個(gè)層。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以將鈹制品固溶(solutionized)，然后淬火(quench)。可以將鈹制品退火6至12小時(shí)，例如8至10小時(shí)。淬火速率可以大于25℃/min，例如大于50℃/min或大于100℃/min。淬火可以在室溫下緩慢進(jìn)行。退火的制品可以進(jìn)行精加工，例如通過(guò)拋光或電鍍。可以降低制品的表面粗糙度，例如通過(guò)噴砂(bead?blasting)或滾筒清理(barrel?finishing)。在一些實(shí)施方案中，制成的鈹制品可能在一個(gè)或多個(gè)層中具有散落或未熔合的粒子。可根據(jù)需要通過(guò)吹氣或抽真空來(lái)除去未熔合的粒子。

45、已經(jīng)參考示例性實(shí)施方案描述了本公開(kāi)。顯然，在閱讀和理解前述詳細(xì)說(shuō)明后，其他人將想到修改和變動(dòng)。本公開(kāi)旨在被解釋為包括所有這樣的修改和變動(dòng)，只要它們落在所附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)。

46、如下文所用，對(duì)一系列實(shí)施方案的任何提及被理解為是分別提及這些實(shí)施方案的每一個(gè)(例如“實(shí)施方案1-4”被理解為是“實(shí)施方案1、2、3或4”)。

47、實(shí)施方案1是一種制造包含鈹?shù)奈矬w的方法，所述方法包括制備鈹粉末和至少一種金屬孕育劑的混合物；將包含所述混合物的層沉積在表面上；在還原氣氛中向所述層的至少一部分施加能量以形成熔融鈹；將所述熔融鈹凝固成包含具有等軸晶粒晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)鈹基體的層；和對(duì)后續(xù)層重復(fù)所述沉積/施加/凝固直至獲得具有幾何形狀的物體。

48、實(shí)施方案2是實(shí)施方案1的實(shí)施方案，其中所述金屬孕育劑的至少一部分結(jié)合到所述鈹粉末的表面。

49、實(shí)施方案3是實(shí)施方案1或2任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述至少一種金屬孕育劑包含選自be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc、be5zr、be7cu13、befe3、cu3mo、cu9w、mo、nb、rbo2、rerh、ta、tiv和w的至少一種粒子。

50、實(shí)施方案4是實(shí)施方案1或2任一項(xiàng)的實(shí)施方案，所述至少一種金屬孕育劑包含選自be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc和be5zr的至少一種粒子。

51、實(shí)施方案5是實(shí)施方案1-4任一項(xiàng)的實(shí)施方案，所述連續(xù)鈹基體具有1至80微米的平均晶粒度。

52、實(shí)施方案6是實(shí)施方案1-5任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述連續(xù)鈹基體具有5至40微米的平均晶粒度。

53、實(shí)施方案7是實(shí)施方案1-6任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述連續(xù)鈹基體具有5至25微米的平均晶粒度。

54、實(shí)施方案8是實(shí)施方案1-7任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述混合物通過(guò)摻合、霧化、機(jī)械合金化或共振混合制備。

55、實(shí)施方案9是實(shí)施方案1-8任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述混合物包含90至99.99重量％的鈹。

56、實(shí)施方案10是實(shí)施方案1-9任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述混合物包含0.01至10重量％的所述至少一種金屬孕育劑。

57、實(shí)施方案11是實(shí)施方案1-10任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中使用電子束或激光向所述層的至少一部分施加能量。

58、實(shí)施方案12是實(shí)施方案1-11任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述還原氣氛具有10體積％或更少的體積濃度的氧氣或其它氧化劑。

59、實(shí)施方案13是實(shí)施方案1-12任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述鈹粉末具有10至50微米的d50平均粒度。

60、實(shí)施方案14是實(shí)施方案1-13任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述至少一種金屬孕育劑具有0.001至5微米的d50平均粒度。

61、實(shí)施方案15是實(shí)施方案1-14任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中通過(guò)所述方法制成的物體包含鈹，其中所述鈹為包含鈹?shù)牡容S晶粒的晶體結(jié)構(gòu)；和選自be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc、be5zr、be7cu13、befe3、cu3mo、cu9w、mo、nb、rbo2、rerh、ta、tiv和w的至少一種金屬孕育劑，以形成與所述鈹晶粒1:1或2:1晶格匹配的晶粒。

62、實(shí)施方案16是一種晶粒細(xì)化包含鈹?shù)奈矬w的方法，所述方法包括合并鈹和選自be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc、be5zr、be7cu13、befe3、cu3mo、cu9w、mo、nb、rbo2、rerh、ta、tiv和w的至少一種金屬孕育劑以形成預(yù)合金組合物；將包含所述預(yù)合金組合物的層沉積在表面上；通過(guò)施加能量而使所述層的至少一部分循環(huán)以形成熔融鈹；凝固所述熔融鈹；和對(duì)后續(xù)層重復(fù)所述沉積/循環(huán)/沉淀，其中各后續(xù)層包含所述預(yù)合金組合物并且具有1至80微米的平均晶粒度。

63、實(shí)施方案17是實(shí)施方案16的實(shí)施方案，其中所述預(yù)合金組合物包含鈹粉末。

64、實(shí)施方案18是實(shí)施方案16或17任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述至少一種金屬孕育劑包含選自be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc和be5zr的至少一種粒子。

65、實(shí)施方案19是實(shí)施方案16-18任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述平均晶粒度為5至40微米。

66、實(shí)施方案20是實(shí)施方案16-18任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述平均晶粒度為5至25微米。

67、實(shí)施方案21是實(shí)施方案16-20任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述預(yù)合金組合物通過(guò)摻合、霧化、機(jī)械合金化或共振混合制備。

68、實(shí)施方案22是實(shí)施方案16-21任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述預(yù)合金組合物包含90至99.99重量％的鈹。

69、實(shí)施方案23是實(shí)施方案16-22任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述預(yù)合金組合物包含0.01至10重量％的所述金屬孕育劑。

70、實(shí)施方案24是實(shí)施方案16-23任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中使用電子束或激光向所述層的至少一部分施加能量。

71、實(shí)施方案25是實(shí)施方案16-24任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述還原氣氛具有10體積％或更少的體積濃度的氧氣或其它氧化劑。

72、實(shí)施方案26是實(shí)施方案16-25任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述鈹粉末具有10至50微米的d50平均粒度。

73、實(shí)施方案27是實(shí)施方案16-26任一項(xiàng)的實(shí)施方案，其中所述至少一種金屬孕育劑具有0.001至5微米的d50平均粒度。

74、實(shí)施方案28是一種包含鈹?shù)奈矬w，其中所述鈹為包含鈹?shù)牡容S晶粒的晶體結(jié)構(gòu)；和選自be2co、be2nb、be2ta、be2ti、be2w、be5hf、be5sc、be5zr、be7cu13、befe3、cu3mo、cu9w、mo、nb、rbo2、rerh、ta、tiv和w的至少一種金屬孕育劑，以形成與所述鈹晶粒1:1或2:1晶格匹配的晶粒；其中鈹?shù)牡容S晶粒具有1至80微米的平均晶粒度。

75、實(shí)施方案29是實(shí)施方案28的實(shí)施方案，其中所述晶體結(jié)構(gòu)包含50體積％至100體積％的等軸晶粒。

76、盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，但基于上文的論述、本領(lǐng)域中的相關(guān)知識(shí)和上文聯(lián)系“背景”和“詳述”論述的參考文獻(xiàn)(其公開(kāi)內(nèi)容全部經(jīng)此引用并入本文)，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易看出在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的修改。此外，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的方面和各種實(shí)施方案的部分以及在下文中和/或在所附權(quán)利要求書(shū)中列舉的各種特征可全部或部分組合或互換。在各種實(shí)施方案的先前描述中，參考另一實(shí)施方案的那些實(shí)施方案可如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)適當(dāng)?shù)嘏c其它實(shí)施方案組合。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，之前的描述僅作為實(shí)例并且無(wú)意構(gòu)成限制。