基体材料对氧化硅基陶瓷型芯性能的影响

摘要

航空发动机空心叶片的研制过程中，其复杂内腔形状是依靠陶瓷型芯成型实现的。与其他型芯材料相比，氧化硅基陶瓷型芯具有热膨胀系数小、力学性能优越、易溶失等优点，是目前研制涡轮空心叶片的首选材料。实验以石英玻璃粉、方石英、纳米石英玻璃粉为实验材料，制备出一系列氧化硅基陶瓷型芯。根据粒度级配原则，研究了石英玻璃粉粒度及其分布对陶瓷型芯性能的影响；根据加入量的不同，研究了方石英及纳米石英玻璃粉含量对陶瓷型芯性能的影响；利用三点弯曲法测定型芯的力学性能；通过XRD和SEM等分析手段研究了型芯的相组成和微观形貌。主要研究结论如下：
　　⑴对石英玻璃粉粒度分布的研究表明：石英玻璃粉双峰分布制备的陶瓷型芯，由于粒度结构较为单一，型芯的综合性能还有待提高。当采用多峰分布，由D(50)分别为48μm、32μm及9μm的三种粉体按质量比为1:1:1进行级配时，陶瓷型芯的综合性能最佳，收缩率为0.23％，溶失性能为0.32 g/min，气孔率为29.3%，室温强度为（27.0±1.1） MPa，高温强度为（29.0±1.2）MPa，挠度为0.40 mm。
　　⑵当方石英的预添加量控制为6wt.%时，陶瓷型芯的收缩率为0.42%，气孔率为29.4%，高温强度为（28.7±0.9） MPa，溶失性为0.32g/min，室温强度为（25.2±0.7）MPa，挠度为0.10 mm，析出的方石英含量为26%；随着方石英粒度由粗变细，陶瓷型芯的收缩率、体积密度和溶失性能呈现先降低后增高的趋势，陶瓷型芯力学性能变化相对缓慢，当D(50)为3μm时，高温强度和室温强度急剧降低。D(50)为5μm的方石英的陶瓷型芯的收缩率为0.35%，气孔率为31.2%，溶失性为0.31g/min，室温强度为（23.5±0.4）MPa，高温强度为（26.0±1.1）MPa，挠度为0.12mm，析出的方石英含量为35%。
　　⑶对纳米石英玻璃粉加入量的研究表明：随着纳米石英玻璃粉的加入量的增多，陶瓷型芯的方石英的析出量快速增大。当纳米石英玻璃粉的添加量为0.6wt.%时，陶瓷型芯在模拟浇注中能够快速析出大量方石英晶体，为金属液的浇注提供足够的强度和抗变形能力，陶瓷型芯的综合性能最佳，收缩率为0.63%，气孔率为27.9%，溶失性为0.27 g/min，室温强度为（30.0±1.3）MPa，高温强度为（29.0±1.1）MPa，挠度为0.20mm。

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第一章 绪论

1.1前言

1.2涡轮空心叶片的发展概述

1.3涡轮空心叶片用陶瓷型芯的研究现状

1.4影响氧化硅基陶瓷型芯性能的因素

1.5氧化硅基陶瓷型芯目前存在的问题

1.6课题研究思路及主要研究内容

第二章 实验部分

2.1试样制备

2.2测试仪器及测试方法

2.3材料分析

第三章 石英玻璃粉粒度级配对硅基陶瓷型芯性能的影响

3.1前言

3.2石英玻璃粉的粒度级配

3.3石英玻璃粉双峰粒度分布对组织和性能影响的研究

3.4石英玻璃粉多峰粒度分布对组织和性能影响的研究

3.5本章小结

第四章 预添加方石英对氧化硅基陶瓷型芯性能的影响

4.1前言

4.2方石英预添加量对氧化硅基陶瓷型芯性能的影响

4.3预添加方石英的粒度分布对氧化硅基陶瓷型芯性能的影响

4.4本章小结

第五章 纳米石英玻璃粉对陶瓷型芯性能的影响

5.1前言

5.2纳米石英玻璃粉的含量研究

5.3模拟浇注中纳米复合硅基型芯的析晶速率

5.4本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢