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3D打印氧化硅陶瓷型芯的各向异性调控及高温强化性能

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硅酸盐学报 2022年第9期50卷 2422-2429页

作者：许西庆樊嘉显牛书鑫李鑫张强李杰长安大学材料科学与工程学院西安710061 北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095

氧化硅陶瓷型芯的3D打印研究对于中国航空水平的发展具有重大意义,其高温软化和结构各向异性是该领域面临的难题。以熔融石英粉为原料、莫来石粉为改性剂,利用DLP光固化3D打印技术制备了氧化硅陶瓷型芯,型芯表现出层状堆积的各向异性结... 详细信息

氧化硅陶瓷型芯的3D打印研究对于中国航空水平的发展具有重大意义,其高温软化和结构各向异性是该领域面临的难题。以熔融石英粉为原料、莫来石粉为改性剂,利用DLP光固化3D打印技术制备了氧化硅陶瓷型芯,型芯表现出层状堆积的各向异性结构,少量的莫来石粉体促进了陶瓷颗粒的烧结致密及打印层之间的扩散结合,型芯的各向异性得到缓解,弯曲强度提高并趋于各向同性。当莫来石含量为3%时,其横向、竖向打印高温强度分别达到了18.5 MPa和16.3 MPa,能够很好的满足涡轮叶片的浇铸需求。

关键词：氧化硅陶瓷型芯 3D打印莫来石各向异性高温强度

Al_2O_3-ZrO_2非晶陶瓷高压析晶研究

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稀有金属材料与工程 2013年第S1期42卷 366-369页

作者：王奕刘家臣郭安然许西庆天津大学天津300072

非晶陶瓷的研究为实现陶瓷塑性变形提供了一条新途径。本实验研究了高压对非晶陶瓷晶化起始温度的影响。发现随压力的增大,非晶态更容易晶化,晶化起始温度降低。500℃时,600MPa下热压陶瓷仍处于非晶态,而1GPa下析晶非常明显。1GPa下热压... 详细信息

非晶陶瓷的研究为实现陶瓷塑性变形提供了一条新途径。本实验研究了高压对非晶陶瓷晶化起始温度的影响。发现随压力的增大,非晶态更容易晶化,晶化起始温度降低。500℃时,600MPa下热压陶瓷仍处于非晶态,而1GPa下析晶非常明显。1GPa下热压,起始晶化温度降至300℃。而200℃/1GPa下得到的非晶陶瓷相对密度达95%,在既保持非晶态的同时又极大地提高了样品的致密度。

关键词：热压成型非晶陶瓷高压析晶

初始粉体状态对氧化铝/氧化锆纳米陶瓷烧结性能的影响

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重庆大学学报（自然科学版） 2019年第12期42卷 67-73页

作者：范长颉李鑫许西庆张鑫牛书鑫空装驻北京地区第六军事代表室北京100024 北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095 长安大学材料科学与工程学院西安710064

通过放电等离子体烧结(SPS),分别以纳米多晶粉体和非晶粉体作为原料制备了Al2O3-ZrO2纳米陶瓷复合材料,并研究了初始粉体状态对致密化过程和微观结构的影响。将纳米多晶粉体通过SPS烧结为致密的纳米块体,所需的最低烧结温度为1 400℃,... 详细信息

通过放电等离子体烧结(SPS),分别以纳米多晶粉体和非晶粉体作为原料制备了Al2O3-ZrO2纳米陶瓷复合材料,并研究了初始粉体状态对致密化过程和微观结构的影响。将纳米多晶粉体通过SPS烧结为致密的纳米块体,所需的最低烧结温度为1 400℃,所得产品的晶粒尺寸约为320nm;非晶粉体完全致密所需的SPS温度为1 200℃,所得产品的晶粒尺寸约为150nm。相比于纳米多晶粉体,非晶粉体可以在较低的温度下烧结成为致密纳米块体,我们将这一现象归结为非晶粉体在烧结中的相转变。这一发现为纳米陶瓷块体的低温烧结提供了新的思路。

关键词：放电等离子体烧结纳米复相陶瓷晶粒尺寸低温烧结相转变

氧化硅/莫来石陶瓷型芯的析晶行为及性能研究

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人工晶体学报 2020年第5期49卷 902-907页

作者：陈昊李鑫牛书鑫范红娜许西庆空装驻北京地区第六军事代表室北京100061 北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095 长安大学材料科学与工程学院西安710061

采用电熔莫来石、烧结莫来石作为硅基陶瓷型芯的矿化剂,制备了氧化硅/莫来石陶瓷型芯,并与未添加矿化剂的陶瓷型芯进行对比。相比于电熔莫来石,烧结莫来石中碱金属、碱土金属杂质含量较高,对石英玻璃的析晶促进作用明显,显著降低了陶瓷... 详细信息

采用电熔莫来石、烧结莫来石作为硅基陶瓷型芯的矿化剂,制备了氧化硅/莫来石陶瓷型芯,并与未添加矿化剂的陶瓷型芯进行对比。相比于电熔莫来石,烧结莫来石中碱金属、碱土金属杂质含量较高,对石英玻璃的析晶促进作用明显,显著降低了陶瓷型芯的结晶活化能,但过多的杂质作为网络修饰体增大了陶瓷型芯的高温变形。而电熔莫来石既可以在一定程度上促进石英玻璃析晶,还可以提高型芯的高温抗变形能力。加入10wt%电熔莫来石的陶瓷型芯收缩率为0.73%,气孔率30.5%,室温强度18.9 MPa,高温蠕变0.3 mm,能够满足空心叶片的浇注需求。

关键词：陶瓷型芯莫来石氧化硅析晶

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空心微球/环氧树脂材料制备及性能研究

稀有金属材料与工程 2015年第S1期44卷 299-302页

作者：任素娥陶鑫耿海涛许西庆刘家臣天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300072

以环氧树脂(E-51)为基体,593为固化剂,牌号为S38HS、IM16K和IM30K的3种中空玻璃微球(hollow glass microspheres,HGMs)为填料,制备了低密高强的固体浮力材料。通过密度测试和准静态单轴压缩实验,研究了HGMs的添加类型以及添加量对材料... 详细信息

以环氧树脂(E-51)为基体,593为固化剂,牌号为S38HS、IM16K和IM30K的3种中空玻璃微球(hollow glass microspheres,HGMs)为填料,制备了低密高强的固体浮力材料。通过密度测试和准静态单轴压缩实验,研究了HGMs的添加类型以及添加量对材料的体积密度,抗压强度、弹性模量和断裂性能的影响。结果表明:当加入不同类型的HGMs时,材料的密度为0.641~0.992 g/cm3,抗压强度为58.932~118.548 MPa,弹性模量为1.42~2.068 GPa,比压强为91.94~137.46 MPa·(g/cm3)-1和比弹性模量为1.933~2.462 GPa·(g/cm3)-1。当添加不同类型的HGMs时,试样呈45o剪切破坏的特点;断裂面,有“水纹”的特点。

关键词：环氧树脂中空玻璃微球浮力材料抗压强度断裂

不同粒度莫来石粉改性硅基陶瓷型芯的制备及性能

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航空材料学报 2021年第4期41卷 128-133页

作者：吴笑非李鑫许西庆牛书鑫范红娜杨小薇中国航发北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095 长安大学材料科学与工程学院西安710064

陶瓷型芯在航空发动机空心涡轮叶片的熔模精密铸造中提供复杂内腔结构。采用不同粒径的电熔莫来石粉作为添加剂,利用热压注法制备氧化硅/莫来石陶瓷型芯,研究莫来石粒径对型芯析晶行为和性能的影响。结果表明:莫来石粉的加入促进方石英... 详细信息

陶瓷型芯在航空发动机空心涡轮叶片的熔模精密铸造中提供复杂内腔结构。采用不同粒径的电熔莫来石粉作为添加剂,利用热压注法制备氧化硅/莫来石陶瓷型芯,研究莫来石粒径对型芯析晶行为和性能的影响。结果表明:莫来石粉的加入促进方石英的析晶,较细莫来石对不均匀形核的促进更加明显,会产生更多的方石英晶相;粒径过大的莫来石粉会导致型芯烧结程度低,力学性能和抗蠕变能力较差;当莫来石粉的粒径过小时,型芯内含有过多的方石英晶相,冷却中相变产生微裂纹,也会引起室温强度和抗高温变形能力恶化;莫来石粒径为19μm的陶瓷型芯表现出良好的综合性能:线收缩率为0.65%,气孔率为31.8%,室温弯曲强度为17.8 MPa,1540℃的蠕变为0.4 mm,溶蚀率为0.06 g/min。

关键词：陶瓷型芯氧化硅莫来石颗粒尺寸力学性能

空心叶片铸造用陶瓷型芯的3D打印及性能调控研究进展

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硅酸盐学报 2023年第6期51卷 1583-1594页

作者：许西庆杨永康李杰李鑫郭亚杰牛书鑫胡永彪长安大学材料科学与工程学院西安710061 北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095 长安大学工程机械学院西安710061

陶瓷型芯在航空发动机空心涡轮叶片的熔模铸造中起到关键作用。3D打印技术作为新一代的成型技术,具有无需模具、制造周期短、精度高等优点,正在逐渐替代传统的陶瓷型芯制备工艺。本文总结了光固化技术、选择性激光烧结、直写成型技术和... 详细信息

陶瓷型芯在航空发动机空心涡轮叶片的熔模铸造中起到关键作用。3D打印技术作为新一代的成型技术,具有无需模具、制造周期短、精度高等优点,正在逐渐替代传统的陶瓷型芯制备工艺。本文总结了光固化技术、选择性激光烧结、直写成型技术和分层挤出成型等目前在陶瓷型芯领域使用较多的3D打印技术,针对3D打印陶瓷型芯打印精度低、力学性能与气孔率适配性差、结构性能各向异性等局限性探讨了性能优化研究现状,并对该领域的发展进行了展望。

关键词：陶瓷型芯 3D打印技术光固化技术打印精度力学性能各向异性

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氧化铝改性硅基陶瓷型芯制备及结晶动力学

材料工程 2024年第5期52卷 212-217页

作者：范红娜许西庆李鑫齐长见李敏敏韩委委中航装甲科技有限公司天津300399 长安大学材料科学与工程学院西安710061

氧化铝是硅基陶瓷型芯中的常用矿化剂,但其对石英析晶的促进或抑制作用却存在两种相反的结论。为探究不同氧化铝添加剂对硅基陶瓷型芯性能与析晶行为的影响,分别采用高纯氧化铝、普通氧化铝作为矿化剂,制备氧化铝改性硅基陶瓷型芯。高... 详细信息

氧化铝是硅基陶瓷型芯中的常用矿化剂,但其对石英析晶的促进或抑制作用却存在两种相反的结论。为探究不同氧化铝添加剂对硅基陶瓷型芯性能与析晶行为的影响,分别采用高纯氧化铝、普通氧化铝作为矿化剂,制备氧化铝改性硅基陶瓷型芯。高纯氧化铝粉对方石英的析晶起到抑制作用,而普通氧化铝粉反而促进方石英的析晶。普通氧化铝粉比高纯氧化铝粉含有更多的碱金属、碱土金属氧化物杂质,这些氧化物作为网络修饰体降低结晶活化能,促进方石英的析晶。两种氧化铝矿化剂对型芯的线收缩率、致密化和力学性能影响表现出很大差异。由于普通氧化铝粉促进方石英析晶和烧结致密化,显著提高型芯的抗蠕变能力。当普通氧化铝粉加入量为5%(质量分数)时,陶瓷型芯表现出良好的综合性能,其收缩率为0.63%,室温弯曲强度为20.2 MPa,1540℃/0.5 h双支点挠度为0.23 mm,可满足精密铸造对型芯的要求。

关键词：氧化硅陶瓷型芯氧化铝结晶活化能性能

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放电等离子体烧结制备纳米非晶Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)-ZrO_(2)三元共晶氧化物

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硅酸盐学报 2024年第9期52卷 2942-2949页

作者：王江林李杰李玉李琳琳苏兴华赵鹏许西庆长安大学材料科学与工程学院西安710061

纳米非晶材料是由纳米非晶颗粒以及颗粒间非晶界面构成的新型材料,表现出很多独特性能,但其制备往往需要>1 GPa的高压来完成致密化。本工作采用溶胶凝胶法制备了较宽过冷液相区(844~914℃)、平均粒径为11.6 nm的Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)... 详细信息

纳米非晶材料是由纳米非晶颗粒以及颗粒间非晶界面构成的新型材料,表现出很多独特性能,但其制备往往需要>1 GPa的高压来完成致密化。本工作采用溶胶凝胶法制备了较宽过冷液相区(844~914℃)、平均粒径为11.6 nm的Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)-ZrO_(2)(ALZ)纳米非晶粉体,并通过放电等离子烧结在875~1000℃条件下制备ALZ材料。结果表明,在875、900、927℃和1000℃烧结体相对密度分别达87.6%、98.3%、96.6%和91.5%,其中,在900℃、50 MPa条件下烧结样品具有最大的相对密度和均匀的显微组织,在STEM-BF和HRTEM下观察到了纳米晶相从非晶相基质中析出现象,纳米压痕测试样品的平均纳米硬度和杨氏模量分别为12.0 GPa和159.9 GPa。上述各烧结体相对密度大小主要与ALZ纳米非晶粉末在各温度下结晶度变化,引起粉末黏性流动改变,从而影响致密化进程有关。875℃烧结中La_(0.28)Zr_(0.72)O_(1.86)结晶度较大阻碍了非晶粉末的黏性流动;而在875~900℃会发生La_(0.28)Zr_(0.72)O_(1.86)向结晶度较小La_(2)(Zr_(2)O_(7))的相变,这有利于黏性流动;927℃和1000℃烧结的样品结晶度进一步增大不利于黏性流动。

关键词：纳米非晶材料放电等离子体烧结过冷液相区氧化铝-氧化镧-氧化锆纳米压痕测试