早在上世纪八十年代初，我国以北京航空材料研究院为首的科研院所研制出适合定向凝固合金浇铸用的XD-1系列氧化硅基陶瓷型芯，并且成功用于生产实践中，已经成功向410厂、170厂、331厂等多家航空发动机制造单位推广应用。　　 随着航空发动机单晶空心叶片的内腔通道越来越复杂，对氧化硅基陶瓷型芯的性能及尺寸要求更加苛刻。目前在某型号发动机单晶空心叶片由于结构复杂，在浇铸过程中露芯、偏芯、断芯等问题明显增多，严重降低叶片的浇铸合格率，影响叶片的生产和交付使用。本课题拟在航材院XD系氧化硅陶瓷型芯基础上，从氧化硅基陶瓷型芯原材料粒度级配控制，陶瓷型芯显微组织和性能相关规律，氧化硅基陶瓷型芯与刚玉陶瓷型壳匹配特性，以及氧化硅基陶瓷型芯化学稳定性等方面进行深入研究，优化制芯工艺，突破技术瓶颈，提高某型号单晶空心叶片浇注合格率。　　 本课题拟主要进行以下几方面的研究：　　 (1)石英玻璃粉粒度分布对氧化硅基陶瓷型芯性能及显微结构的影响；　　 (2)硅酸锆粉粒度分布对氧化硅基陶瓷型芯性能及显微结构的影响；　　 (3) Si02-ZrSi04-A1203复合陶瓷型芯性能研究；　　 (4) Si02-ZrSi04-A1203复合陶瓷型芯与刚玉陶瓷型壳匹配特性研究；　　 (5) Si02-ZrSi04-A1203复合陶瓷型芯化学稳定性研究。　　 研究得出如下结论：　　 (1)采用数学计算和实际实验验证相结合的方法，确定了最佳的石英玻璃粉和硅酸锆粉粒度分布特征。当石英玻璃粉采用双峰分布，D10为5.2μm、D50为32.7μm、D90为81.3μm时，以及D50为12.8μm的硅酸锆粉作为矿化剂，在1190℃下焙烧型芯的收缩为0.83％，显气孔率为27％，室温强度为27.1MPa，高温挠度(1550℃×0.5h)为0.4mm。　　 (2)通过复合添加硅酸锆和刚玉制成Si02-ZrSi04-A1203复合陶瓷型芯，改善型芯综合性能。在Si02-ZrSi04-A1203复合陶瓷型芯中，矿化剂含量增加能有效降低型芯的烧结收缩率，刚玉对烧结收缩的抑制作用优于硅酸锆。添加刚玉能够促进方石英的析出，有效提高陶瓷型芯的高温抗变形能力。矿化剂含量为15％的SZA复合型芯试样在1190℃烧结，收缩率为0.58％，显气孔率为27.98％，室温强度为27.2MPa，1500℃抗弯强度为15.2MPa，1550℃保温0.5h挠度值为O.1mm，1600℃保温0.25h挠度为0.5mm;矿化剂含量为20％的SZA-5型芯试样在1190℃烧结，收缩率为0.5％，显气孔率为28.54％，室温强度为27.5MPa，1500℃抗弯强度为16.7MPa，1550℃保温0.5h挠度小于O.1mm，1600℃保温0.25h挠度为0.4mm。　　 (3)811A型壳的热膨胀系数约为7.7×10-6·K-1，SZA3型芯的热膨胀系数约为1.9×10-6·K-1，SZA5型芯热膨胀系数约为2.6×10-6·K-1，XD型芯的热膨胀系数约为0.84×lO-6·K-1。与传统XD型芯和SZA3型芯相比，SZA5型芯具有与811A型壳更接近的焙烧收缩率和热膨胀系数，与811A型壳的匹配性更佳。在单晶空心叶片浇注过程中，SZA5型芯与合金形成了清晰的界面，无明显的界面化学反应，能够满足单晶叶片浇注过程中化学稳定性的要求。