高气孔率氧化铝基陶瓷型芯的制备与性能研究

作     者：李风光 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：樊自田

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：氧化铝基陶瓷型芯 高气孔率 白刚玉粉 粒度级配 矿化剂 成孔剂 模具预热温度 

摘      要：氧化铝基陶瓷型芯具有较好的化学稳定性、高温强度与抗蠕变性能,可广泛应用于航空涡轮叶片的制造。但氧化铝基陶瓷型芯存在铸后脱芯难的问题,提高陶瓷型芯的气孔率可加大脱芯溶液与氧化铝基陶瓷型芯的接触面积,从而提高型芯的脱芯速率。本文以解决上述难题为目标,开展了高气孔率氧化铝基陶瓷型芯的研究,具有重要的理论与实际意义。首先研究了白刚玉粉的粒度级配对氧化铝基陶瓷型芯性能的影响。结果表明:当180目、250目、325目三种粒度的白刚玉粉质量比为180目:250目:325目=6:3:1时,氧化铝基陶瓷型芯具有较好的综合性能,其室温抗弯强度为32.3MPa、显气孔率为37.26%、溶失性为1.35g·h、线收缩率为2.84%、体积密度为2.52g·cm。基于白刚玉粉粒度级配的研究结果,研究了矿化剂SiO与MgO的加入量对氧化铝基陶瓷型芯各项性能的影响。结果表明:当SiO加入量占白刚玉粉重10%、MgO加入量占白刚玉粉重1.0%时,陶瓷型芯综合性能较佳,即室温抗弯强度为38.5MPa、显气孔率为41.98%、溶失性为1.51g·h、线收缩率为0.34%、体积密度为1.85g·cm。为了制备出高气孔率的氧化铝基陶瓷型芯,研究了成孔剂淀粉对氧化铝基陶瓷型芯各项性能的影响。结果表明:随着淀粉加入量的增加,氧化铝基陶瓷型芯的室温抗弯强度、线收缩率和体积密度减小,显气孔率和溶失性增大,且淀粉的加入并没有改变型芯的热膨胀系数。当淀粉加入量占白刚玉粉重8%时,氧化铝基陶瓷型芯具有较好的综合性能,其室温抗弯强度为24.8MPa、显气孔率为47.98%、溶失性为1.92g·h、线收缩率为2.86%、体积密度为1.88g·cm、热膨胀系数为10×10K。采用本文研发的高气孔率氧化铝基陶瓷型芯材料优化配方,研究了模具预热温度对复杂氧化铝基陶瓷型芯成型性的影响。结果表明:预热温度过低则难以完整充型,过高则易产生飞边、难以脱模;当模具预热温度为60℃时,复杂陶瓷型芯可完整成型。