Ingéniosité : Explorez les possibilités infinies des noyaux céramiques

Cœur céramique

La fonction du cœur céramique est de former un canal de refroidissement à l'intérieur de la lame, donc ses performances et sa qualité affectent directement la qualité de la lame creuse. Le cœur céramique doit répondre aux exigences suivantes : ① une bonne stabilité chimique et thermique ; (2) un faible coefficient de dilatation linéaire pour garantir une faible déformation pendant le processus de coulage ; ③ une porosité appropriée, facile à retirer du moulage [38⇓-40]. Actuellement, les pays développés considèrent la technologie de développement des cœurs céramiques comme hautement confidentielle et non ouverte, et le marché international est monopolisé par des entreprises étrangères. Nous avons obtenu certains résultats dans la recherche sur les cœurs céramiques.

1 Cœur céramique à base de silicium

Cœur céramique à base de silice avec du verre au quartz comme matériau principal, le plus largement utilisé [41]. La température de cuisson du cœur céramique à base d'oxyde de silicium est généralement de 1 100 ~ 1 250 ∘∘C, et la température de service est d'environ 1 550 ∘∘C. Nous avons étudié les effets de la taille des particules de poudre matricielle, du processus de frittage et des additifs sur les propriétés globales des cœurs céramiques à base de silicium, exploré les effets de la température de frittage et de la distribution de taille des particules sur les propriétés des cœurs céramiques poreux à base de silice, et compris les lois de variation de la résistance des cœurs céramiques à température ambiante et élevée sous différentes températures de frittage. Comme on peut le voir sur le graphique, lorsque la température de frittage est de 1 200 ∘∘C, les performances globales du cœur céramique à base d'oxyde de silicium sont optimales. L'effet de la distribution de taille des particules sur la porosité du cœur céramique est l'une des principales raisons du changement des performances du cœur céramique, et la distribution uniforme de la poudre a les meilleures performances globales. À cet égard, une méthode consistant à infiltrer de la résine de silicone dans un cœur céramique à base de silice sous vide a été proposée pour améliorer ses propriétés mécaniques.

Minéraliseur composé

En plus de l'ajout d'un seul minéralisateur, afin d'explorer les effets des synergies entre plusieurs minéralisateurs sur les performances des cœurs céramiques à base de silice, nous avons préparé des cœurs céramiques composites à base de silice en ajoutant du zirconium silicate-fibre de mullite. Les effets de la fibre de mullite sur les propriétés mécaniques et les propriétés à haute température des cœurs céramiques ont été étudiés. Les résultats montrent qu'avec l'augmentation de la teneur en fibres de mullite, la rétraction linéaire du cœur céramique diminue de manière évidente et la porosité augmente progressivement. Lorsque la fraction massique de fibre de mullite est de 1 %, la résistance à la flexion du cœur céramique à température ambiante et à la température simulée de coulée est significativement améliorée par rapport à celle du cœur céramique avec uniquement du zirconium silicate comme minéralisateur. Cela est dû au fait que les fibres sont distribuées de manière discontinue dans la matrice céramique et jouent le rôle de ponts connecteurs, bloquant le chemin de propagation des fissures, et ainsi améliorant la résistance à la flexion du cœur céramique.

Réaction interfaciale du cœur céramique et de la superalliage

Pour les pales de turbines des turbines à gaz lourdes avancées, l'augmentation du point de fusion des superalliages et la taille des pales entraîne une température de coulée élevée et un temps de solidification long lors de la préparation des pales en monocristal [49], ce qui rend la tendance à la réaction à l'interface entre le superalliage/cœur céramique/enveloppe plus prononcée, et affecte gravement les performances des pales en superalliage. Afin de comprendre davantage ce problème, nous avons étudié la réaction interfaciale du superalliage monocristallin à base de nickel CMSX-4 lors de la solidification directionnelle avec un cœur céramique à base d'oxyde de silicium. Les résultats montrent qu'une couche continue d'alumine et une couche discontinue enrichie en carbure sont formées à l'interface entre le superalliage et le cœur céramique en oxyde de silicium. À cette base, nous avons analysé le mécanisme de formation de la réaction interfaciale entre le superalliage monocristallin à base de nickel et le cœur céramique en oxyde de silicium (voir figure 17), ce qui fournit un fondement pour optimiser la composition et les propriétés du cœur céramique.