Kreativität: Erkunde die unendlichen Möglichkeiten keramischer Kernmaterialien

Keramikkerne

Die Funktion des keramischen Kerns besteht darin, einen Kühlkanal innerhalb der Klinge zu bilden, daher beeinflussen seine Leistung und Qualität direkt die Qualität der hohlen Klinge. Der keramische Kern muss den folgenden Anforderungen entsprechen: ① Gute chemische und thermische Stabilität; (2) Ein kleiner linearer Ausdehnungskoeffizient, um eine geringe Verformung während des Gießprozesses sicherzustellen; ③ Geeignete Porosität, leicht aus der Guße removeierbar [38⇓-40]. Derzeit halten entwickelte Länder die Technologie zur Entwicklung von keramischen Kernen als hochgradig vertraulich und nicht öffentlich, der internationale Markt wird von ausländischen Firmen dominiert. In der Forschung zu keramischen Kernen haben wir einige Erfolge erzielt.

1 Siliciumbasierter keramischer Kern

Keramischer Kern auf Silicabasis mit Quarzglas als Hauptmaterial, das am weitesten verbreitet ist [41]. Die Brenntemperatur des keramischen Kerns auf Siliciumoxidbasis beträgt normalerweise 1 100 ~ 1 250∘∘C und die Einsatztemperatur liegt bei etwa 1 550 ∘∘C. Wir untersuchten die Auswirkungen der Partikelgröße des Matrixpulvers, des Sinterprozesses und von Zusätzen auf die Gesamteigenschaften siliciumbasierter keramischer Kerne, erforschten die Auswirkungen der Sintertemperatur und der Partikeldistributionsgröße auf die Eigenschaften poröser Silicatkeramikkerne und erfassten die Änderungsgesetze der Festigkeit der keramischen Kerne bei Zimmertemperatur und Hochtemperaturen unter verschiedenen Sintertemperaturen. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, erreicht der keramische Kern aus Siliciumoxid bei einer Sintertemperatur von 1 200 ∘∘C die besten Gesamteigenschaften. Der Einfluss der Partikeldistribution auf die Porosität des keramischen Kerns ist einer der Hauptgründe für die Veränderung der keramischen Kernleistung, wobei ein gleichmäßiger verteiltes Pulverkern die besten Gesamteigenschaften aufweist. Darauf basierend wurde eine Methode zur Vakuuminfiltration von Silikonharz in den siliciumbasierten keramischen Kern vorgeschlagen, um dessen mechanische Eigenschaften zu verbessern.

Mehrfacher Mineralstoff

Außer der Zusatz eines einzelnen Mineralisators haben wir, um die Wirkung von Synergien zwischen mehreren Mineralisatoren auf die Leistung silikabasierter keramischer Kernmaterialien zu untersuchen, zusammengesetzte silikabasierte keramische Kerne hergestellt, indem Zirkonsilikat-Mullitfasern hinzugefügt wurden. Die Auswirkungen von Mullitfasern auf die mechanischen Eigenschaften und Hochtemperatur-Eigenschaften der keramischen Kerne wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem Anstieg des Mullitfaser-Gehalts die lineare Schrumpfung des keramischen Kerns deutlich abnimmt und die Porosität allmählich zunimmt. Wenn der Massenanteil an Mullitfasern 1 % beträgt, wird die Biegestärke des keramischen Kerns bei Raumtemperatur und simulierter Guss-Temperatur im Vergleich zu einem keramischen Kern, der nur Zirkonsilikat als Mineralisator enthält, erheblich verbessert. Dies liegt daran, dass die Fasern im keramischen Matrix unkontinuierlich verteilt sind und die Funktion eines verbindenden Brückenspiels ausüben, den Weg der Rissausbreitung blockieren und somit die Biegestärke des keramischen Kerns erhöhen.

Grenzflächenreaktion des keramischen Kerns und der Superallegierung

Bei den Turbinenschaufeln moderner schwerer Gasturbinen führt die Erhöhung des Schmelzpunktes von Superalleges und die Vergrößerung der Schaufelgröße zu einer hohen Gießtemperatur und einer längeren Erstarrungszeit während der Herstellung von Einkristallschaufeln [49], was die Reaktionsneigung an der Grenzfläche zwischen Superallegium/Ceramikkern/Hülle verstärkt und die Leistungsfähigkeit der Superallegeschaufeln erheblich beeinträchtigt. Um dieses Problem besser zu verstehen, untersuchten wir die Grenzflächenreaktion des nikelbasierten Einkristall-Superalleges CMSX-4 während der direkten Erstarrung mit einem Siliciumoxid-Ceramikkern. Die Ergebnisse zeigen, dass an der Grenzfläche zwischen dem Superallegium und dem Siliciumoxid-Ceramikkern eine kontinuierliche Aluminschicht und eine diskontinuierliche carbidreiche Schicht entstehen. Auf dieser Grundlage analysierten wir das Entstehungsmechanismus der Grenzflächenreaktion zwischen nikelbasierenden Einkristall-Superalleges und Siliciumoxid-Ceramikkernen (siehe Abbildung 17), was eine Grundlage für die Optimierung der Zusammensetzung und Eigenschaften des Ceramikkerns bietet.