Ingenuity: Udforsk de uendelige muligheder med keramiske kerner

Keramisk kernen

Funktionen af keramiske kernen er at danne en kølekanal indeni bladet, så dens ydelse og kvalitet påvirker direkte kvaliteten af det hule blad. Keramisk kernen skal opfylde følgende krav: ① god kemisk stabilitet og termisk stabilitet; (2) Lille lineær udvidelseskoefficient for at sikre lav deformation under gietningsprocessen; ③ Passende porøsitet, nem at fjerne fra gietningen [38⇓-40]. For øjeblikket beholder de udviklede lande teknologien til udvikling af keramiske kerner som højst fortrolig og åbner ikke op for den. Den internationale marked er blevet monopoliseret af fremmede virksomheder. Vi har gjort nogle fremskridt i forskningen af keramiske kerner.

1 Siliciumbaseret keramisk kernen

Keramisk kernen baseret på silicium med kvartsglas som hovedmateriale, det mest brugte [41]. Afbrændingstemperaturen for keramisk kernen baseret på siliciumoxid er normalt 1 100 ~ 1 250∘∘C, og tjenestetemperaturen er omkring 1 550 ∘∘C. Vi har undersøgt virkningen af partikelforholdet af matrixpulver, sinteringsprocessen og tilføjelsesstoffer på de generelle egenskaber af keramiske kerner baseret på silicium, udforsket virkningen af sinteringstemperaturen og partikelforholdets distribution på egenskaberne af porøse siliciumbaserede keramiske kerner, og forstået de ændringslove for styrken af keramiske kerner ved rumtemperatur og høj temperatur under forskellige sinteringstemperaturer. Som det kan ses af figuren, når sinteringstemperaturen er 1 200 ∘∘C, er den generelle ydelse af keramisk kernen af siliciumoxid den bedste. Virkningen af partikelforholdet på porositeten af keramisk kernen er en af de hovedårsager for ændringen i keramikkernes egenskaber, og den ligefordelte pulverbaserede kernen har den bedste generelle ydelse. På baggrund af dette foreslår vi en metode til at indfiltrere silikonresin i siliciumbaserede keramiske kerner under vakuumforhold for at forbedre deres mekaniske egenskaber.

Sammensat mineralisator

Uden for tilføjelsen af en enkelt mineraliserende stof, for at udforske virkningen af synergier mellem flere mineraliserende stoffer på ydeevne af siliciumbaserede keramiske kerner, forberedte vi sammensatte siliciumbaserede keramiske kerner ved at tilføje zirkoniumsilikat-mullitfiber. Virkningen af mullitfiber på mekaniske egenskaber og højtemperatur egenskaber af keramiske kerner blev undersøgt. Resultaterne viser, at med øgningen af indholdet af mullitfiber aftager lineære kontraktionen af keramisk kernen tydeligt, mens porositeten øges gradvist. Når massefraktionen af mullitfiber er 1%, forbedres bøjstyrken af keramisk kernen ved rumtemperatur og simulering af giettemperatur betydeligt i forhold til keramisk kernen med kun zirkoniumsilikat som mineraliserende stof. Dette skyldes, at fiberne er fordelt uforbundet i keramisk matrix og spiller rollen som forbinderbro, blokerer sprækpropagationsspor, og dermed forbedrer bøjstyrken af keramisk kernen.

Grænsefladereaktion af keramisk kjerne og superlegering

For turbinebladene i avancerede tunge gas-turbiner medfører øgningen af smeltepunktet for superalloy og bladets størrelse højere giettemperatur og en længere solidificeringstid under fremstillingen af enkristalblad [49], hvilket gør reaktionsånden ved grænsefladen mellem superalloy/keramisk kernen/skal mere prominent, og påvirker alvorligt ydeevnen af superalloy-bladene. For at forstå dette problem bedre undersøgte vi grænsefladesreaktionen af nickelbaseret enkristalsuperalloy CMSX-4 under rettet solidificering med siliciumoxidkeramisk kernen. Resultaterne viser, at der dannes et kontinuert alumina-lag og et diskontinuert karbidrigt lag ved grænsefladen mellem superalloyen og siliciumoxidkeramisk kernen. På denne grundlag analyserede vi opstodemekanismen for grænsefladesreaktionen mellem nickelbaseret enkristalsuperalloy og siliciumoxidkeramisk kernen (se figur 17), hvilket giver et grundlag for optimering af sammensætningen og egenskaberne af keramiske kerner.