氧化铝基陶瓷型芯材料制备及性能研究
通过复杂气冷内腔结构改善涡轮叶片的散热能力,已成为先进发动机制造的关键,而陶瓷型芯是铸造具有复杂气冷内腔结构叶片的核心部件,因此,具有较强的研究意义和实用价值。

目前,国内外制造高效气冷涡轮叶片所用的陶瓷型芯,按照基体材料主要分为氧化硅基陶瓷型芯和氧化铝陶瓷型芯。

陶瓷型芯的气孔率对其脱除效率影响较大,气孔率高的型芯容易脱除,因此,保证强度的同时提高气孔率是研制高性能陶瓷型芯的主要方法之一。

本文以电熔刚玉为基体材料,氧化铝纤维棉为添加相,采用凝胶注模成型工艺制备了氧化铝基陶瓷型芯材料,并对相关性能进行了表征。

本文首先研究pH值、分散剂、球磨时间、纤维和固相含量对浆料粘度的影响。

在固相含量为45wt.%、pH=9、球磨24h、分散剂为0.7wt.%、纤维添加量为4wt.%时,制备的浆料粘度最低,约为174mPa·s。

除此之外,研究了常规加热和真空冷冻两种干燥方式对坯体的影响,发现试样经过加热干燥后发生明显的翘曲和凹陷,变形较严重,而经真空冷冻干燥后变形较小,尤其在冷冻机中预冻5h,抽真空干燥24h的实验条件下,试样干燥无任何变形。

同时,对坯体干燥后起皮现象也进行了研究,发现添加1wt.%的聚丙烯酰胺可完全抑制坯体的起皮现象。

其次,对凝胶成型制备的陶瓷性能进行了研究,发现陶瓷试样的强度随着固相含量的增加呈先增大后降低趋势,当固相含量为55wt.%时,陶瓷试样的弯曲强度为58.23MPa。

随着纤维含量的增加,陶瓷试样的体积密度降低、气孔率增大。

随着烧结温度及保温时间的增加,陶瓷试样的体积密度增大,气孔率降低。

当固相含量为55wt.%,纤维添加量为4wt.%,烧结温度为1600℃,保温时间为8h时,
陶瓷试样的弯曲强度达到最大值,约为80.25MPa,气孔率约为51.26%,与未添加纤维的陶瓷试样相比,分别提高了37.82%,17.43%。