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氧化硅基陶瓷型芯的粒度准备及强化工艺

作　者: 韩向楠
导　师: 刘志义
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: 硅基陶瓷型芯粒度室温抗弯强度高温挠度开气孔率烧成收缩高温强化室温强化
分类号: TG222
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

氧化硅基陶瓷型芯主要用于形成空心涡轮叶片的复杂内腔形状,对其冷却效果的改善、航空发动机推重比的提高具有非常重要的作用。它热膨胀系数小、高温性能良好、易于用碱液脱芯,在国内外被广泛应用。研究表明,氧化硅基陶瓷型芯的粉料粒度及强化工艺直接影响其使用性能。本文采用热压注法制备氧化硅基陶瓷型芯,以硅酸乙酯水解液对其进行高温强化,以聚酰胺、环氧树脂和丙酮的混合溶液对其进行室温强化。系统研究了型芯中微细粉含量的控制工艺,采用测定型芯的室温抗弯强度、烧成收缩、开气孔率及高温挠度等实验方法及SEM、XRD等检测手段研究了粉料粒度及强化工艺对型芯组织与性能的影响,实现了型芯粉料粒度的优化,制定出了最佳强化工艺。主要结论如下：1.采用垂直沉降法控制型芯中微细粉(<10μm)的含量,效果显著。沉降工艺如下：以水为沉降液,体积为180L,沉降高度为50cm,,次添加粉料量为500g,沉降次数为4-5次。2.粉料粒度对型芯的组织与性能具有非常重要的影响,随着粉料粒度的增大,型芯的烧成强度降低,开气孔率增大,烧成收缩减小。然而型芯开气孔率的增大,有利于其室温强化后抗弯强度的提高,开气孔率越大,抗弯强度提高的越多,反之则越少。当基体粉料粒度为：1 0μm以下占19.95%,D50≈27μm,D90≈65μm,最大粒径不超过112μm时,型芯的综合性能良好。3.向型芯中加入适量方石英,有利于降低型芯的烧成收缩和高温挠度,从而改善型芯的高温性能。但其加入量不宜过多,否则其高低温晶型转变所引发的体积变化会在型芯中产生较多微裂纹,造成其烧成强度降低。4.高温强化液的最佳浓度配比(体积分数)为：硅酸乙酯90%,水5%,乙醇3.5%,盐酸1.5%。随着强化次数的增加,型芯的高温挠度逐渐降低,开气孔率及室温抗弯强度也随之大幅度下降,因此在进行高温强化时,应合理控制强化次数,使型芯的室温性能和高温性能达到最优化。型芯经高温强化后,高温挠度可由3.43mm降至0.98mm,满足使用要求。5.室温强化剂的最佳浓度配比(质量分数)为：聚酰胺/环氧树脂=0.8,丙酮为二者质量之和的60%。最佳强化工艺为：环境温度30℃,浸泡时间30min,自然风干时间12h,固化温度170℃,固化时间45min。型芯经室温强化后,抗弯强度可由34.68MPa提高至83.73Mpa。室温强化对型芯的高温性能没有任何影响。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章文献综述  9-29
  1.1 引言  9-12
  1.2 陶瓷型芯的基本要求  12-13
  1.3 陶瓷型芯的分类  13-18
    1.3.1 按成型工艺分  13-15
    1.3.2 按基体材料分  15-18
  1.4 氧化硅基陶瓷型芯的研究现状  18-27
    1.4.1 型芯材料的选择  18-19
    1.4.2 型芯的制备  19-21
    1.4.3 型芯的使用  21-22
    1.4.4 型芯的脱除  22
    1.4.5 影响型芯性能的基本因素  22-27
  1.5 氧化硅基陶瓷型芯的发展方向  27
  1.6 论文研究的目的、意义及内容  27-29
第二章实验方案与方法  29-40
  2.1 实验材料  29
  2.2 试样的制备  29-30
  2.3 实验方案与方法  30-37
    2.3.1 粉料粒度的准备  30-32
    2.3.2 粉料粒度对型芯组织与性能的影响  32-35
    2.3.3 型芯的强化  35-37
  2.4 性能的测定  37-39
    2.4.1 开气孔率(Β)  37
    2.4.2 烧成收缩(δ)  37
    2.4.3 室温抗弯强度(σ_w)  37-38
    2.4.4 高温挠度(△Η)  38-39
  2.5 样品的分析与观察  39-40
    2.5.1 X射线衍射分析(XRD)  39
    2.5.2 扫描电镜断口分析(SEM)  39-40
第三章陶瓷型芯粉料粒度的准备  40-53
  3.1 石英玻璃粉微细粉的去除  40-50
    3.1.1 沉降工艺的研究  40-44
    3.1.2 实验结果与讨论  44-50
  3.2 锆英粉微细粉的分离  50-52
  3.3 本章小结  52-53
第四章粉料粒度对陶瓷型芯组织与性能的影响  53-67
  4.1 A组型芯  53-58
    4.1.1 型芯的成分及粒度分布  53
    4.1.2 实验结果与讨论  53-58
  4.2 B组型芯  58-63
    4.2.1 型芯的成分及粒度分布  58-59
    4.2.2 实验结果与讨论  59-63
  4.3 开气孔率对室温抗弯强度的影响  63-66
  4.4 本章小结  66-67
第五章陶瓷型芯的强化  67-81
  5.1 高温强化  68-73
    5.1.1 强化液浓度的优化  68-71
    5.1.2 强化次数的优化  71-73
  5.2 型芯的室温强化  73-78
    5.2.1 强化剂配比的优化  73-74
    5.2.2 强化工艺的优化  74-78
  5.3 高温强化对型芯室温性能的影响  78-79
    5.3.1 强化液浓度的影响  78
    5.3.2 强化次数的影响  78-79
  5.4 室温强化对型芯高温性能的影响  79
  5.5 本章小结  79-81
第六章结论  81-82
参考文献  82-86
致谢  86-87
攻读硕士期间主要研究成果  87

氧化硅基陶瓷型芯的粒度准备及强化工艺

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