Y2O3与方石英对氧化硅陶瓷型芯性能的影响

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氧化硅陶瓷型芯是航空领域中应用最为广泛最的陶瓷型芯,它具有较高的室温抗弯强度、良好的脱芯性能,较低的原材料成本等优点。随着定向与单晶高温合金空心叶片的出现,氧化硅陶瓷型芯的性能已经不能达到新型叶片的浇注要求。然而型芯的各项性能与粉料粒度,成分配比以及烧结工艺等因素有着密切的关联,因此本文主要从基体材料粉料粒度、Y2O3与方石英的加入,终烧温度这三方面探究其对型芯性能的影响,并主要从成分设计方面改进陶瓷型芯的性能。本文采用热压注法制备符合航标的陶瓷型芯试样,通过室温三点弯曲实验,1250℃、1550℃高温挠度实验、开气孔率、脱芯性能等实验对陶瓷型芯的各项性能进行测试。实验结果表明:随着石英玻璃粉的粒度逐渐减小,型芯的高温挠度值逐渐降低,颗粒最细的SA-3型号型芯的1250℃的挠度值为3.16mm;开气孔率随着粒度的减小逐渐下降,从SA-1型芯的0.292下降到SA-3型芯的0.260,烧成收缩率则随着粒度减小而逐渐增大。Y2O3的适量加入可以提高陶瓷型芯的室温抗弯强度并且能维持已有的抗高温热变形能力。同时Y2O3也增加了型芯的开气孔率,有助于后期的强化以及脱芯等工序的进行。方石英的加入可以显著地提高陶瓷型芯的抗高温变形能力,当添加量从0%逐渐增加到15%的过程中,1250℃高温挠度值从4.14mm降低到1.50mm。同时方石英的加入还能降低型芯的烧成收缩率,从原始型芯的0.221%下降到0.021%。终烧温度从1150℃增加到1180℃,可以提高陶瓷型芯型芯的室温抗弯强度及抗高温变形的能力,同时终烧温度的提高导致型芯的烧成收缩率增加、开气孔率下降。根据型芯的生产工艺流程,对新成分配比的陶瓷型芯进行高温和室温强化,之后测试在1550℃下高温挠度。结果为高温挠度平均值为3.36mm,相比于原始陶瓷型芯测试值13mm下降了74.2%。
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