Ingenuità: Esplora le infinite possibilità dei nuclei ceramici

Nucleo ceramico

La funzione del nucleo ceramico è quella di formare un canale di raffreddamento all'interno della lama, quindi le sue prestazioni e qualità influiscono direttamente sulla qualità della lama cava. Il nucleo ceramico deve soddisfare i seguenti requisiti: ① buona stabilità chimica e termica; (2) il coefficiente di dilatazione lineare è basso per garantire una bassa deformazione durante il processo di colata; ③ porosità adeguata, facile da rimuovere dal prodotto fondito [38⇓-40]. Attualmente, i paesi sviluppati considerano la tecnologia di sviluppo dei nuclei ceramici come altamente confidenziale e non aperta, e il mercato internazionale è stato monopolizzato dalle aziende straniere. Abbiamo ottenuto alcuni risultati nella ricerca sui nuclei ceramici.

1 Nucleo ceramico a base di silicio

Nucleo ceramico a base di silicio con vetro al quarzo come materiale principale, il più ampiamente utilizzato [41]. La temperatura di cottura del nucleo ceramico a base di ossido di silicio è generalmente di 1 100 ~ 1 250∘∘C e la temperatura di funzionamento è di circa 1 550 ∘∘C. Abbiamo studiato gli effetti della dimensione delle particelle della polvere matrice, del processo di sintesi e degli additivi sulle proprietà complessive dei nuclei ceramici a base di silicio, esplorando l'effetto della temperatura di sintesi e della distribuzione delle dimensioni delle particelle sulle proprietà dei nuclei ceramici porosi a base di silice e comprendendo le leggi di variazione della resistenza dei nuclei ceramici a temperatura ambiente e alta temperatura sotto diverse temperature di sintesi. Come si può vedere dal grafico, quando la temperatura di sintesi è di 1 200 ∘∘C, le prestazioni complessive del nucleo ceramico all'ossido di silicio sono le migliori. L'effetto della distribuzione delle dimensioni delle particelle sulla porosità del nucleo ceramico è una delle principali cause del cambiamento delle prestazioni del nucleo ceramico, e la distribuzione uniforme del nucleo in polvere ha le migliori prestazioni complessive. Su questa base, è stata proposta un metodo per infiltrare la resina di silicone nel nucleo ceramico a base di silice sotto condizioni di vuoto per migliorarne le proprietà meccaniche.

Mineralizzatore composto

In aggiunta all'aggiunta di un singolo mineralizzatore, al fine di esplorare gli effetti delle sinergie tra più mineralizzatori sulle prestazioni dei nuclei ceramici a base di silicio, abbiamo preparato nuclei ceramici compositi a base di silicio aggiungendo zirconio silicato-fibra di mulletta. Sono stati studiati gli effetti della fibra di mulletta sulle proprietà meccaniche e le proprietà a alta temperatura dei nuclei ceramici. I risultati mostrano che con l'aumento del contenuto di fibra di mulletta, la contrazione lineare del nucleo ceramico diminuisce in modo evidente e la porosità aumenta gradualmente. Quando la frazione di massa della fibra di mulletta è del 1%, la resistenza a flessione del nucleo ceramico a temperatura ambiente e a temperatura simulata di versamento è significativamente migliorata rispetto a quella del nucleo ceramico con solo zirconio silicato come mineralizzatore. Questo è dovuto al fatto che le fibre sono distribuite in modo discontinuo nella matrice ceramica e svolgono il ruolo di connessione tra i ponti, bloccando il percorso di propagazione delle crepe e quindi migliorando la resistenza a flessione del nucleo ceramico.

Reazione interfaciale del nucleo ceramico e dell'alluminio superlega

Per le pale delle turbine di gas pesanti avanzate, l'aumento del punto di fusione dei superleghe e la dimensione delle pale porta a temperature elevate di versamento e a tempi di solidificazione prolungati durante la preparazione delle pale monocrystalliche [49], il che rende la tendenza alla reazione all'interfaccia tra superlega/cuore ceramico/guscio più evidente, influenzando gravemente le prestazioni delle pale in superlega. Per comprendere meglio questo problema, abbiamo studiato la reazione interfaciale della superlega monocrystallica a base di nichel CMSX-4 durante la solidificazione direzionale con un nucleo ceramico di ossido di silicio. I risultati mostrano che si forma una layer continua di alumina e una layer discontinua arricchita di carburi all'interfaccia tra la superlega e il nucleo ceramico di ossido di silicio. Su questa base, abbiamo analizzato il meccanismo di formazione della reazione interfaciale tra la superlega monocrystallica a base di nichel e il nucleo ceramico di ossido di silicio (vedi Figura 17), fornendo così un fondamento per ottimizzare la composizione e le proprietà del nucleo ceramico.