【摘 要】
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航空发动机是提供航空飞行器动力来源的核心部件,涡轮叶片是影响发动机性能的重要因素之一,陶瓷型芯是形成叶片内腔冷却结构的关键,极大地影响着铸件生产的合格率和成本。硅基陶瓷型芯具有热膨胀系数小、易被碱液溶解、能在较低温度范围内烧结且烧结性能良好等特性,目前主要应用于定向凝固空心涡轮叶片的制造。3D打印技术拥有模型自由度高、材料浪费少、成品尺寸精度高等优点,且无需提前制造模具,可任意修改模型。但目前使用
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航空发动机是提供航空飞行器动力来源的核心部件,涡轮叶片是影响发动机性能的重要因素之一,陶瓷型芯是形成叶片内腔冷却结构的关键,极大地影响着铸件生产的合格率和成本。硅基陶瓷型芯具有热膨胀系数小、易被碱液溶解、能在较低温度范围内烧结且烧结性能良好等特性,目前主要应用于定向凝固空心涡轮叶片的制造。3D打印技术拥有模型自由度高、材料浪费少、成品尺寸精度高等优点,且无需提前制造模具,可任意修改模型。但目前使用3D打印技术制备陶瓷型芯仍处于探索阶段,未得到大规模应用,且制备出的硅基陶瓷型芯烧成收缩率较大、高温性能较差。本文研究了打印参数、烧结参数及强化处理对3D打印硅基陶瓷型芯性能的影响,并加入一定量的硅酸锆作为添加剂,以改善型芯的高温性能。得到的结果如下:打印参数对3D打印陶瓷型芯试样的尺寸精度有影响。本实验所用打印设备的成型参数有两个选项,分别为support（支撑）和part（部件）,经实验测试,当成型参数选择part,不添加Z轴补偿时,X/Y/Z各方向尺寸偏差均小于±0.1mm,符合精度要求,模型摆放方向对打印精度无影响。烧结参数对型芯的综合性能有显著影响。随着烧结温度的升高,型芯的烧成收缩率增加,显气孔率下降,体积密度增大,室温强度提高,高温抗蠕变性能提升,提高烧结温度和延长保温时间都会促进型芯的烧结和石英玻璃的析晶。纯硅基陶瓷型芯的最佳烧结参数为1210℃保温480min。强化处理对型芯的室温强度及高温抗蠕变性能有较大影响。使用硅酸乙酯水解液作为强化剂,随着强化时间及强化次数的提高,型芯的室温强度逐渐增加,气孔率降低,高温挠度下降。烧结参数为1210℃保温480min的纯硅基陶瓷型芯,经过三次强化处理后的室温强度高达45.3MPa,高温挠度为6.40mm。添加剂影响着陶瓷型芯的物相组成及综合性能。加入硅酸锆的陶瓷型芯高温性能有明显提高,当硅酸锆加入量为15wt%时,型芯在1180℃保温480min下烧结后高温强度为37.13MPa,型芯挠度值大幅下降至1.78mm,烧成收缩率为1.95～4.31%,显气孔率为30.23%,体积密度为1.74g/cm~3,室温强度为8.93MPa。
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