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用于铌硅合金熔模铸造的陶瓷型壳的制备及其与铌硅合金之间的界面反应

作　者: 张芳芳
导　师: 李志宏
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 熔模铸造 陶瓷型壳 铌硅合金 界面反应
分类号: TG249.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


Nb-Si基合金由于具有熔点高（大于1750℃）、密度低、强度高等优点，有望成为1200-1400℃，甚至更高温度使用的航空发动机高温结构材料。因此，制备性能优良的用于Nb-Si基合金熔模铸造的陶瓷型壳则变得至关重要。本文从型壳制备的原材料出发，研究了原材料和型壳制备工艺对陶瓷型壳性能的影响，并对陶瓷型壳与铌硅合金之间的界面反应进行了研究。实验结果发现，粘结剂的选择上，采用碳酸锆氨溶胶和钇溶胶制备的陶瓷型壳的性能较硅溶胶体系和醋酸锆溶胶体系制备的陶瓷型壳的性能有所改善。干燥工艺中，采用ZrO2粉与碳酸锆氨体系较钇溶胶体系制备的陶瓷型壳的层间干燥时间短，生产效率高。型壳的烧结工艺采用温度1550℃，保温4h时所得型壳的综合性能最佳。ZrO2粉粒度分布呈“双峰分布”时，制备的涂料具有良好的流变性，制备的陶瓷型壳面层的致密性最好，陶瓷型壳抗弯强度可达5.06MPa，陶瓷型壳的气孔率可达29.1%。随着粉液比的减小，涂料的粘度随之减小，陶瓷型壳面层的致密性变差，陶瓷型壳的强度减小，显气孔率增大，高温自重变形量增大。由ZrO2粉和钇溶胶制备的型壳试样与Nb-Si合金之间的界面反应结果表明：在1900℃下，陶瓷型壳与铌硅合金之间界面反应不明显；而在2000℃下，陶瓷型壳与铌硅合金之间发生了一定的界面反应，反应层厚度仅为200-325μm；界面反应通过单向传输进行，界面反应层出现Hf元素的聚集，Hf元素与陶瓷型壳间发生高温化学反应生成氧化物。通过界面反应说明所制备的陶瓷型壳可用于Nb-Si合金的熔模铸造。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-22
  1.1 引言  8-9
  1.2 熔模精密铸造型壳材料的发展  9-14
    1.2.1 陶瓷型壳的研究进展  10-12
    1.2.2 型壳耐火材料  12-13
    1.2.3 型壳粘结剂  13-14
    1.2.4 陶瓷型壳制备工艺过程  14
  1.3 型壳性能及其影响因素  14-17
  1.4 制壳的工艺过程对型壳性能的影响  17-20
    1.4.1 涂料的性能对型壳性能的影响  17-19
    1.4.2 型壳干燥过程对型壳性能的影响  19
    1.4.3 型壳撒砂过程对型壳性能的影响  19-20
  1.5 陶瓷型壳与高温合金的界面反应  20-21
  1.6 本课题研究思路及主要内容  21-22
第二章 实验过程与测试方法  22-27
  2.1 实验用原材料的选择  22-23
    2.1.1 型壳耐火材料的选择  22
    2.1.2 型壳粘结剂的选择  22-23
    2.1.3 实验用合金材料的选择  23
  2.2 试样的制备  23-24
    2.2.1 型壳试样的制备工艺  23-24
    2.2.2 型壳试样示例  24
  2.3 性能测试及测试仪器  24-26
    2.3.1 抗弯强度  24-25
    2.3.2 烧结收缩率  25
    2.3.3 高温自重变形分析  25-26
    2.3.4 原料粒度分析  26
    2.3.5 涂料的流变性分析  26
    2.3.6 试样显微结构观察  26
  2.4 实验方案  26-27
第三章 铌硅合金熔模铸造用陶瓷型壳的制备  27-58
  3.1 制壳粘结剂体系的选择  27-29
  3.2 陶瓷型壳制备工艺的研究  29-44
    3.2.1 涂料的制备  29-30
    3.2.2 涂料的涂挂及撒砂  30-31
    3.2.3 型壳的干燥  31-36
    3.2.4 型壳的脱蜡  36
    3.2.5 型壳的焙烧  36-44
  3.3 制壳工艺参数对型壳性能的影响  44-56
    3.3.1 耐火粉料粒度分布对陶瓷型壳性能的影响  44-52
    3.3.2 粉液比对陶瓷型壳性能的影响  52-56
  3.4 本章小结  56-58
第四章 铌硅合金与陶瓷型壳之间的界面反应  58-63
  4.1 陶瓷型壳与铌硅合金之间的界面反应过程  58
  4.2 Y7组型壳试样与铌硅合金之间的界面反应  58-62
    4.2.1 陶瓷型壳与铌硅合金之间1900℃下的界面反应  58-62
  4.3 本章小结  62-63
第五章 结论  63-64
参考文献  64-68
专利申请和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 铸造 > 特种铸造 > 精密铸造
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