Ingeniørferdighet: Utforske de uendelige mulighetene ved keramiske kjerner

Keramisk kjern

Funksjonen til keramiske kjernen er å danne en kjølingskanal inne i bladet, så dens ytelse og kvalitet påvirker direkte kvaliteten på det hule bladet. Keramisk kjernematerial bør oppfylle følgende krav: ① god kjemisk stabilitet og varmestabilitet; (2) Liten lineær utvidelseskoefisient for å sikre lav deformasjon under gjuteprosessen; ③ Passende porøsitet, lett å fjernes fra gjutningen [38⇓-40]. I dag holder utviklingslandene keramisk kjerneteknologien som høygradig fortrolig og ikke åpen, og den internasjonale markedet er monopolisert av utenlandske selskaper. Vi har oppnådd noen resultater i forskningen på keramiske kjerner.

1 Silisiumbasert keramisk kjernematerial

Keramisk kjerne basert på silikium med kvarts glass som hovedmateriale, det mest brukte [41]. Forningstemperaturen for keramisk kjerne basert på silisiumoksid er vanligvis 1 100 ~ 1 250∘∘C, og tjenstemperaturen er omtrent 1 550 ∘∘C. Vi studerte effekten av partikkelstørrelse på matrisepulver, sinterprosessen og tilsetninger på de generelle egenskapene til silisiumbaserte keramiske kjerner, utforsket effekten av sinteringstemperatur og partikkelstørrelsesfordeling på egenskapene til porøse silisiumkeramiske kjerner, og forsto endringslovene for styrken til keramiske kjerner ved romtemperatur og høy temperatur under ulike sinteringstemperaturer. Som kan ses av figuren, når sinteringstemperaturen er 1 200 ∘∘C, er den generelle ytelsen av silisiumoxidkeramisk kjerne best. Effekten av partikkelstørrelsesfordelingen på porositeten til keramisk kjerne er en av de hovedgrunnene til endringen i keramikkjernens ytelse, og den jevne fordelingen av pulverbasert kjerne har den beste generelle ytelsen. Basert på dette, foreslås en metode for å infiltrere silikonresin inn i silisiumbaserte keramiske kjerner under vakuumforhold for å forbedre dets mekaniske egenskaper.

Sammensatt mineraliser

I tillegg til å legge til en enkelt mineralisator, for å utforske effektene av synergi mellom flere mineralisatorer på ytelsen til silikabaserte keramiske kjerner, har vi laget sammensatte silikabaserte keramiske kjerner ved å legge til zirkonsilikat-mullitfibre. Effekten av mullitfibre på mekaniske egenskaper og høytemperatur-egenskaper til keramiske kjerner ble studert. Resultatene viser at med økningen av mullitfiberinnholdet, synker lineære krymplingen av keramisk kjernemateriale tydelig, mens porositeten øker gradvis. Når massefraksjonen av mullitfibre er 1%, er bøyestyrken av keramisk kjernemateriale ved romtemperatur og simulert gjetningstemperatur betydelig forbedret i forhold til keramisk kjernemateriale med bare zirkonsilikat som mineralisator. Dette skyldes at fiberne er diskontinuerlig fordelt i keramisk matrise og spiller rollen som forbinderbro, blokkerer sprangforplantningsbanen, og dermed forbedrer bøyestyrken til keramisk kjernemateriale.

Grensesnittreaksjon mellom keramisk kjernemateriale og superlegeme

For turbinebladene til avanserte tunge gassrør, fører økningen av smeltepunktet for superlegemer og bladstørrelsen til høyere gjutetemperatur og lengre fastsetningstid under forberedelsen av enkeltkristalblader [49], noe som gjør at reaksjonstendensen ved grensesnittet mellom superlegeme/keramisk kjern/skall blir mer uthevet, og påvirker alvorlig ytelsen til superlegemebladene. For å forstå dette problemet bedre, studerte vi grensesnittsreaksjonen av nikkelbasert enkeltkristallsuperlegeme CMSX-4 under rettlinjet fastsetning med siliksoxidkeramisk kjern. Resultatene viser at et kontinuerlig aluminalag og et diskontinuerlig karbidlag dannes ved grensesnittet mellom superlegemet/silisoksidkeramisk kjern. På denne grunnlaget analyserte vi danningsmekanismen for grensesnittsreaksjonen mellom nikkelbasert enkeltkristallsuperlegeme og silisoksidkeramisk kjern (se figur 17), noe som gir et grunnlag for å optimere sammensetningen og egenskapene til keramisk kjern.