Ingeniozitate: Explorăți posibilitățile infinite ale nucleurilor ceramice

Nucleu ceramic

Funcția carcaselor ceramice este de a forma un canal de răcire în interiorul lamei, astfel că performanța și calitatea lor afectează direct calitatea lamei goale. Carcasa ceramică trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: ① stabilitate chimică și termică bună; (2) Coeficientul de extensie liniar este mic pentru a asigura o deformare minimă în timpul procesului de turnare; ③ Porozitate potrivită, ușor de eliminat din casting [38⇓-40]. În prezent, țările dezvoltate țin tehnologia dezvoltării carcasei ceramice ca fiind extrem de confidențială și ne-deschisă, iar piața internațională a fost monopolizată de companii străine. Am obținut câteva rezultate în cercetarea carcasei ceramice.

1 Carcasa ceramică bazată pe siliciu

Nucleul ceramic bazat pe siliciu cu sticlă de cuarz ca material principal, cel mai utilizat [41]. Temperatura de copt a nucleului ceramic bazat pe oxid de siliciu este de obicei între 1 100 ~ 1 250∘∘C, iar temperatura de funcționare este de aproximativ 1 550 ∘∘C. Am studiat efectele dimensiunii particulelor de pudră a matricei, procesului de sintetizare și aditivelor asupra proprietăților generale ale nucleului ceramic bazat pe siliciu, am explorat efectele temperaturii de sintetizare și distribuției dimensiunilor particulelor asupra proprietăților nucleului ceramic poros bazat pe siliciu, și am înțeles legile de schimbare a rezistenței nucleului ceramic la temperaturi ambiente și ridicate sub diferite temperaturi de sintetizare. După cum se poate vedea din imagine, când temperatura de sintetizare este de 1 200 ∘∘C, performanța generală a nucleului ceramic de oxid de siliciu este cea mai bună. Efectul distribuției dimensiunilor particulelor asupra porozității nucleului ceramic este una dintre principalele cauze ale schimbării performanței nucleului ceramic, iar distribuția uniformă a corelui de pudră are cele mai bune proprietăți generale. Pe baza acestui lucru, s-a propus o metodă de infiltrare a resinelor de silicon în nucleul ceramic bazat pe siliciu sub condiții de vid pentru a îmbunătăți proprietățile sale mecanice.

Mineralizor compus

Pe lângă adăugarea unui singur mineralizator, pentru a explora efectele sinergiilor dintre mai mulți mineralizatori asupra performanței nuclelor ceramice bazate pe siliciu, am pregătit nuclee ceramice bazate pe siliciu prin adăugarea de silicat de circon-mullit fiber. S-au studiat efectele fibrilor de mullit asupra proprietăților mecanice și ale temperaturii ridicate ale nuclelor ceramice. Rezultatele arată că cu creșterea conținutului de fibre de mullit, retrasul liniar al nucleei ceramice scade semnificativ, iar porozitatea crește treptat. Când fracția de masă a fibrilor de mullit este de 1%, rezistența la flexiune a nucleului ceramic la temperatură ambientă și la temperaturile simulate de turnare este îmbunătățită semnificativ față de nucleul ceramic care conține doar silicat de circon ca mineralizator. Acest lucru se datorează faptului că fibrele sunt distribuite în mod discontinuu în matricea ceramică și joacă rolul de legătură, blocând calea de propagare a crăpăturilor, ceea ce contribuie la îmbunătățirea rezistenței la flexiune a nucleului ceramic.

Reacția interfațială a nucleului ceramic și a superalielei

Pentru palele de turbină ale turbinelor cu gaz grele avansate, creșterea punctului de topire al superaloiurilor și a dimensiunii palei conduce la o temperatură ridicată de turnare și la un timp lung de solidificare în timpul pregătirii palelor monocristalină [49], ceea ce face ca tendința de reacție la interfața superaloi/cerc ceramic/shell să fie mai pronunțată, afectând grav performanța pâlorilor de superaloi. Pentru a înțelege mai bine această problemă, am studiat reacția interfațială a superaloiului monocristalin bazat pe nicle CMSX-4 în timpul solidificării direcționale cu nucle ceramice bazate pe oxid de siliciu. Rezultatele arată că se formează un strat continuu de aluminiu și un strat discontinuu bogat în carburi la interfața dintre superaloi și nucleul ceramic de oxid de siliciu. Pe această bază, am analizat mecanismul de formare al reacțiilor interfațiale între superaloiul monocristalin bazat pe nicle și nucleul ceramic de oxid de siliciu (vezi Figura 17), ceea ce oferă o bază pentru optimizarea compoziției și proprietăților nuclelor ceramice.