SiO_2基陶瓷型芯高温性能强化的研究现状

介绍了涡轮发动机空心叶片用SiO_2基陶瓷型芯的应用背景,及其对硅基陶瓷型芯进行高温强化的重要意义。主要概述了矿化剂强化、水解液强化和纤维增强对SiO_2基陶瓷型芯高温性能强化效果的研究现状,并对硅基陶瓷型芯的发展作出了展望。     

硅基陶瓷型芯的研究进展

硅基陶瓷型芯广泛用于1 550℃以下的Ni、Co基高温合金的精密铸造.综述了硅基陶瓷型芯的研究现状.重点介绍了影响硅基陶瓷型芯的主要因素:方石英含量、矿化剂、粉料粒度、烧成温度,并对脱芯工艺进行了阐述.     

氧化锆纤维对氧化硅陶瓷型芯性能的影响

为提高硅基陶瓷型芯的综合性能,将不同含量的氧化锆短纤维添加至以锆英粉为矿化剂的型芯基体粉料中,通过热压注法制备氧化硅陶瓷型芯,研究型芯收缩率、显气孔率和力学性能的变化,并观察试样断面微观形貌。结果表明,当氧化锆纤维掺入量从0增加到5%,陶瓷型芯试样的室温和1 550℃高温抗弯强度先上升后下降;当氧化锆纤维掺入量为1%时,室温和1 550℃高温抗弯强度最好,分别为18.64 MPa和28.06 MPa,与未纤维强化的陶瓷型芯试样对比,分别提升15.84%和13.46%;氧化锆纤维掺入量为1%的陶瓷型芯试样的收缩率为0.89%,显气孔率为30.4%,高温变形量为0.71mm。分析认为,氧化锆纤维掺入量较高导致纤维的完整性被破坏且出现团聚现象、对基体起割裂作用是陶瓷型芯试样综合性能变差的主要原因。     

氧化钇矿化剂对氧化铝基陶瓷型芯性能的影响

电熔刚玉具有良好的耐高温性能及化学惰性,是制备氧化铝陶瓷型芯的优良原材料。本文采用电熔刚玉粉为主体材料,研究了矿化剂氧化钇的不同含量对氧化铝基陶瓷型芯烧成收缩率、抗弯强度、高温变形量等性能的影响。分析了氧化钇对氧化铝陶瓷型芯的矿化机理。     

单晶叶片用硅基陶瓷型芯制备与性能研究

以石英玻璃粉为基体材料制备了单晶叶片用硅基陶瓷型芯,研究了陶瓷型芯的抗弯强度、热变形、收缩率,采用扫描电镜对试样微观结构进行了表征。结果表明:经1190℃焙烧,型芯的烧成收缩率为0.59%,高温强度可达29.07 MPa,热变形量为0.10 mm。     

电熔莫来石含量对硅基陶瓷型芯性能的影响

以石英玻璃粉为基体,电熔莫来石为矿化剂,石蜡为增塑剂,通过热压注法制备硅基陶瓷型芯,研究了电熔莫来石添加量对硅基陶瓷型芯综合性能的影响。研究结果表明:随着电熔莫来石含量的增加,样品的室温抗弯强度、高温抗弯强度、高温挠度逐渐降低,收缩率随电熔莫来石含量的增加先减小后增大,显气孔率随电熔莫来石含量的增加先增大后减小。当电熔莫来石的添加量为10%时,型芯样品的综合性能最佳,其收缩率为0.83%,显气孔率为31.49%,体积密度为1.50 g/cm~3,室温抗弯强度为12.28 MPa,高温强度为18.17 MPa,高温挠度为0.95 mm。     

空心叶片陶瓷型芯性能强化的研究现状

介绍了熔模精铸陶瓷型芯在航空发动机空心叶片中的应用,阐明了空心叶片陶瓷型芯性能强化的重要意义。概述了陶瓷型芯基体材料、矿化剂和添加剂,以及焙烧温度、炉温均匀性和填料成分等焙烧工艺对陶瓷型芯性能影响的研究现状。另外,分析了强化工艺对陶瓷型芯的增强效果,并对陶瓷型芯性能的强化进行了展望。     

强化对硅基陶瓷型芯高温强度的影响

分别采用硅酸乙酯水解液和氯化钇溶液对硅基(SiO2-Al2O3)型芯试样进行强化处理。结果表明,经硅酸乙酯水解液强化后的试样在1550℃能迅速析出大量方石英,抑制了材料在高温下的粘性流动,型芯高温强度较未强化型芯提高了接近50%;经氯化钇溶液强化后的试样,在1550℃前材料的软化熔融严重,没有强度。     

铸造钛合金用氧化锆掺杂氧化镁陶瓷型芯性能研究

通过热压法制备了掺杂氧化镁的氧化锆基陶瓷型芯试样。研究了不同烧结温度和添加不同含量的细粉氧化钛及氧化铈矿化剂对陶瓷型芯综合性能的影响。结果表明:在1 200℃烧结条件下,氧化钛微粉能促进陶瓷型芯的烧结,并与氧化镁发生固相反应生成Mg_2TiO_4,从而使其常温性能大幅提升;氧化铈对于高温强度提高比较明显。氧化钛添加量为6%,烧结温度为1 200℃时综合性能最好;氧化铈的添加量为4%,烧结温度为1 350℃时综合性能最好。     

添加锆英粉矿化剂的氧化铝基陶瓷型芯试验研究

针对氧化铝基陶瓷型芯不易烧结、脱芯困难的问题,采用电熔刚玉粉为型芯基体材料,添加锆英粉为矿化剂,研究了不同终烧温度下氧化铝基陶瓷型芯室温和高温性能。结合型芯物相组成和断口形貌观测结果,分析了高温烧结过程中莫来石的形成机理,确定了型芯的适宜终烧温度为1 420℃。采用制备的氧化铝基陶瓷型芯拉制出了定向叶片,并进行了脱芯试验,型芯脱出性能良好。     

锆英粉矿化剂对氧化铝基陶瓷型芯性能的影响

采用电熔刚玉粉为主体材料,研究了矿化剂锆英粉的不同含量对氧化铝陶瓷型芯烧成收缩率、室温抗弯强度、高温抗弯强度、高温变形量等性能的影响。从热力学和动力学角度分析了莫来石的形成机理。测试了氧化铝陶瓷型芯的热膨胀性能。利用研制的大尺寸氧化铝陶瓷型芯,在液态金属冷却定向凝固炉上拉制出了某重型燃气轮机大尺寸定向叶片。     

石英玻璃陶瓷型芯和在空心叶片生产中的应用

以透明石英玻璃粉为原料,加入增塑剂,矿化剂,配制成陶瓷浆料,采用热压注法压注成型芯.型芯经过脱塑焙烧,高温烧结和固化处理达到使用要求.文中还介绍了型芯的性能、腐蚀除芯方法及用于空心涡轮叶片的生产情况.     

电熔刚玉对硅基陶瓷型芯性能的影响

以石英玻璃粉为原料,石蜡为增塑剂,添加质量分数0%～30%的电熔刚玉为矿化剂,通过热压注法成功制备了硅基陶瓷型芯,研究了电熔刚玉含量对方石英析晶和硅基陶瓷型芯综合性能的影响。结果表明：随着电熔刚玉含量的增加,样品的收缩率逐渐增加,气孔率先减小后增大,致密化程度增加;而抗弯强度和高温抗蠕变性能呈现先增强后减弱的趋势。当添加10%电熔刚玉时,样品表现出优良的综合性能,收缩率为1.02%,气孔率为20.91%,体积密度为1.7083 g/cm³,室温和高温抗弯强度分别为14.83和20.96 MPa,高温挠度为0.39 mm。     

Al_2O_3纤维含量对硅基陶芯性能的影响及增强机制

为提高硅基陶瓷型芯性能,将不同含量的Al_2O_3纤维添加至型芯浆料中,采用热压注法造芯,研究不同Al_2O_3纤维添加量下型芯抗弯强度及气孔率的变化,并观察试样断面微观形貌。结果表明,添加Al_2O_3纤维对陶瓷型芯抗弯强度和气孔率影响显著,纤维含量为1%,型芯抗弯强度达到最大值,为20.48MPa;纤维含量为0.75%,型芯气孔率达到最大值为36.16%;纤维添加量超过1%,纤维分散性较差,纤维桥联作用发挥不明显,增强效果削弱。Al_2O_3纤维增强陶瓷型芯包括两种机制:桥联增强和拔出增强。     

强化处理对硅基陶瓷型芯高温性能的影响

研究了硅溶胶、铝溶胶、钇溶胶和硅酸乙酯水解液等强化剂对硅基陶瓷型芯高温性能的影响,并利用XRD和SEM分别对陶瓷型芯进行了物相分析和断口形貌分析.结果表明:硅酸乙酯水解液对陶瓷型芯的强化效果最优,型芯同时具有优良的高温抗弯强度和抗变形能力;硅溶胶能显著提高硅基陶瓷型芯的高温抗变形能力.     

添加30wt%ZrSiO4硅基陶瓷型芯高温特性的研究

本文对添加30wt％ZrSiO_4硅基型芯试样在1200～1600℃时的热变形,抗弯强度、收缩率和型芯溶蚀性进行了研究。结果表明:在1550℃的热变形量激增,1350～1400℃的抗弯强度突降,前者因Al_2O_3与SiO_2形成的液相,后者主要与石英玻璃的大量析晶有关,收缩率随温度升高而增加而型芯溶蚀速度减小,是与型芯组织内的粘滞流动导致微观相之间孔隙减小,气孔率下降有关。     

方石英的含量对氧化硅陶瓷型芯性能的影响

以石英玻璃粉为基体,方石英为矿化剂,陶瓷铸造蜡为增塑剂,利用热压注法制备了氧化硅陶瓷型芯,研究了方石英添加量对氧化硅陶瓷型芯性能的影响。研究结果表明:随着方石英添加量的增加,陶瓷型芯样品中石英玻璃析晶含量先增大后减小,样品的收缩率及高温挠度逐渐减小,高温强度先增加后减小,显气孔率随方石英添加量的增加逐渐增大。经验证,在烧结温度为1 200℃下,方石英的最佳添加量为5%时,氧化硅陶瓷型芯的综合性能最好。     

硅铝复合水解液对硅基陶瓷型芯高温性能的影响

以Si/Al质量比可调的硅铝复合水解液为研究对象,对硅基陶瓷型芯进行高温强化,并与硅酸乙酯水解液和硅溶胶强化的型芯进行性能对比。结果表明,采用Si/Al比为1∶3的硅铝复合水解液(SA13)强化后,型芯的密度、显气孔率、高温抗弯强度和抗变形能力介于硅酸乙酯水解液与硅溶胶之间;硅铝复合水解液(SA13)强化型芯的高温尺寸稳定性最佳,与单晶高温合金DD6接触的高温化学稳定性也有所提高。     

陶瓷结合剂金刚石团聚磨料探索

细粒度金刚石微粉大量积压是目前金刚石微粉制造行业面临的问题之一,为促进其应用,以铝硼硅结合剂为黏接剂、Si粉和Ti粉为添加剂制造团聚磨料试样,并将制成的团聚磨料加入铝硼硅结合剂中制成陶瓷结合剂试样,对所制试样的抗弯强度、物相构成和微观形貌进行分析。结果表明：添加Si或Ti的铝硼硅黏结剂均能起到团聚金刚石的作用;当团聚磨料中Si或Ti的质量分数为10.0%时,所制得的陶瓷结合剂试样抗弯强度最大,且添加Si的团聚磨料试样抗弯强度为43.74 MPa;当Si或Ti的质量分数超过10.0%时,团聚磨料试样中出现大量Si或者TiO₂峰,其抗弯强度急剧下降;添加Si的团聚磨料试样与添加Ti的团聚磨料试样相比,其具有更大的粒度和更均匀的粒度分布,添加Si的铝硼硅黏结剂可将1～2μm的磨料团聚为5～10μm的磨料。     

强化对硅基型芯性能的影响

采用热压注法制备氧化硅基陶瓷型芯,以硅酸乙酯水解液为高温强化剂、环氧树脂/聚酰胺为低温强化剂,研究了高低温强化对硅基陶瓷型芯的抗弯强度、热变形的影响,采用扫描电镜对型芯微观结构进行了表征.结果表明,随着强化时间增加,型芯的强度提高;高温强化将型芯的热变形量由1.10 mm降低到0.35 mm.