高溫燃機(jī)葉片用氧化鋁基陶瓷型芯的研究.pdf

1、渦輪葉片是高溫燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，提高渦輪前的燃?xì)鉁囟瓤梢蕴岣甙l(fā)動(dòng)機(jī)的熱功轉(zhuǎn)換效率。提高燃機(jī)葉片耐高溫性能的主要途徑之一是采用精密鑄造技術(shù)在葉片內(nèi)部形成高效的冷卻通道，其關(guān)鍵技術(shù)是制造出形成空心內(nèi)腔的可溶性陶瓷型芯，以實(shí)現(xiàn)通過溶解排除型芯材料形成復(fù)雜流道，因此本論文擬研究開發(fā)既有較好可溶性、又能在高溫苛刻環(huán)境中長(zhǎng)期工作的陶瓷型芯。
　　 常用的陶瓷型芯主要有氧化硅基和氧化鋁基兩大類。氧化鋁基陶瓷型芯具有熔點(diǎn)高(2054℃)

2、、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、在焙燒使用過程中無晶型轉(zhuǎn)變、不與熔融金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，適合于高級(jí)別高效汽輪機(jī)葉片型芯制造。因此本文系統(tǒng)地研究了氧化鋁基陶瓷型芯的原材料成分、粒度與粒度級(jí)配、制備工藝、排蠟工藝、燒結(jié)溫度等因素對(duì)陶瓷型芯材料的室溫抗彎強(qiáng)度、顯氣孔率、體積密度、熱變形量、熱膨脹量及溶失性等性能的影響規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　 (1)通過原材料成分及性能對(duì)陶瓷型芯性能影響的研究表明，陶瓷型芯原材料的粉料特性對(duì)陶

3、瓷型芯的綜合性能具有顯著影響，相對(duì)于未考慮原材料的粉料特性情況的陶瓷型芯試樣，考慮了原材料的粉料粒度及級(jí)配型芯的綜合性能得到明顯的提高，顯氣孔率從50～60％降低到45～46％，室溫抗彎強(qiáng)度從最初的3.8Mpa提到11.3～14.9Mpa等。
　　 (2)揭示了最佳原材料粒度范圍及其分布特征，即基體材料氧化鋁以三種不同粒度分布的顆粒組成，分別是粗粒度為80～116μm、中粒度為23～281μm、細(xì)粒度為9～10μm，并且氧化鋁的

4、粒度分布應(yīng)具有雙峰或多峰尺寸分布特征，另外，礦化劑二氧化硅為6～7μm。所得的陶瓷型芯室溫抗彎強(qiáng)度達(dá)11～14MPa，孔隙率為43～46％，體積密度為1.93～1.96g/cm3，燒成尺寸收縮率為0.16～0.37％，熱變形量(1300℃，1h)/mm為0.8～0.73，滿足預(yù)期要求的相應(yīng)性能指標(biāo)要求。
　　 (3)陶瓷型芯的焙燒過程分為低溫下的排蠟與高溫下的燒結(jié)過程。排蠟工藝是依據(jù)增塑劑中各組元的物理化學(xué)性能而制定，以逐步去除

5、陶瓷型芯坯體中的增塑劑，通過對(duì)比增塑劑的加入量與排蠟后陶瓷型芯試樣的失重率，結(jié)果表明，本研究制定的排蠟工藝能夠完全脫除陶瓷型芯坯體中的增塑劑，并且排蠟后的試樣表面光潔，試樣具有一定的強(qiáng)度。合理的燒結(jié)溫度是保證陶瓷型芯獲得良好綜合性能的重要因素，通過對(duì)比試樣在不同終燒溫度下獲得的性能情況，結(jié)果表明，在1350℃時(shí)試樣的燒成尺寸收縮率較小，為0.05～0.08％，但室溫抗彎強(qiáng)度只有5.98～6.34MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足預(yù)期的要求。當(dāng)燒結(jié)溫度

6、為1550℃時(shí)，礦化劑SiO2的加入量為8～10％時(shí)，陶瓷型芯的顯氣孔率達(dá)到44.7～46.9％、體積密度達(dá)到1.93～1.99g/cm3、彎曲強(qiáng)度達(dá)到10.65～11.93MPa，試樣顯示出最良好的綜合性能。
　　 (4)氧化鋁基型芯材料目前存在的主要問題是脫芯困難。在本課題中，米用71.4％KOH溶液對(duì)氧化鋁基陶瓷型芯進(jìn)行溶失性的研究實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，氧化鋁基陶瓷型芯的溶失性好壞與型芯的孔隙率存在著密切的關(guān)系，型芯溶失性隨著孔