-
邹小姐：13326633089 -
-
cac_sales@sina.com 
随着科技水平(ping)的提高，航空发动机技术取得了(le)巨(ju)大的进步(bu)，极大地提高了(le)飞机的性(xing)能。与(yu)此同时，对飞行器动力水平(ping)的要求越来(lai)越高，其中提高(gao)推重比(bi)是改善(shan)发(fa)动(dong)机性能(neng)最有效的方式，研究表(biao)明，每当涡轮(lun)前进口温度提高(gao)100℃时，发(fa)动(dong)机的推力就(jiu)大约增加10%。推重比的提高是基于涡轮进口燃气温度的提高，也即“火力越足，推力越强”。但单纯依靠提高材(cai)料(liao)的承(cheng)温能力(li)和采用隔热措施已(yi)无法满足服役需求，因此，通过(guo)复杂气冷内腔(qiang)结(jie)构改善涡(wo)轮叶片散热能力(li)已(yi)成为先进发(fa)动机制造的关(guan)键，而陶瓷型芯(xin)是(shi)制造这(zhei)种内腔(qiang)结(jie)构的核心(xin)部件(jian)，内(nei)腔形状越复杂(za)，冷却(que)效(xiao)果越优异。
航(hang)空发动机的(de)内腔由于(yu)结构复杂对于(yu)加(jia)工(gong)是一项(xiang)挑战，用(yong)熔模精密铸(zhu)造进行加(jia)工(gong)时，普(pu)通加(jia)工(gong)方法由于(yu)存在(zai)很多无(wu)法完成的(de)工(gong)序(xu)，于(yu)是各种类型的(de)陶(tao)瓷(ci)型芯被发明并广泛运用(yong)。陶(tao)瓷(ci)型芯的(de)性能直接影响到(dao)精铸(zhu)件的(de)合(he)格率和产品的(de)质(zhi)量，在(zai)浇注(zhu)单晶高温合(he)金叶(ye)片(pian)时，陶瓷型芯(xin)与高温合金液发生复杂(za)的交互作用，要求(qiu)陶(tao)瓷(ci)型芯具(ju)有较好的化学稳定性(xing)及热稳定性(xing)，因此，不断改进陶(tao)瓷(ci)型芯的基体材料和制造(zao)工艺对(dui)于增强陶(tao)瓷(ci)型芯各(ge)项(xiang)性(xing)能十(shi)分重要。
陶瓷(ci)型芯主要由(you)耐火基(ji)体材料(liao)、矿化(hua)剂(ji)和(he)添(tian)加剂(ji)组成，一般分为(wei)氧化(hua)硅基和氧化(hua)铝基两(liang)种，而氧化铝由(you)于高(gao)温性(xing)能更好(hao)，在高(gao)端(duan)涡(wo)轮部(bu)件的制造中更有应用潜力。
氧化(hua)铝陶瓷型芯的(de)优缺(que)点
氧化硅(gui)基(ji)陶瓷(ci)型芯以石英玻璃粉(fen)为基(ji)体材料(liao)，添加莫来石、氧化铝、错英粉(fen)等为矿(kuang)化剂以提(ti)高(gao)陶瓷(ci)型芯的(de)性(xing)能。氧化硅(gui)陶瓷(ci)型芯具有(you)热膨胀系(xi)数小、耐火性(xing)好、较高(gao)的(de)室温(wen)和高(gao)温(wen)强度、易被碱液(ye)腐蚀等优点。
与氧化(hua)硅基陶瓷型芯相(xiang)比，氧化(hua)铝基陶瓷型芯具有更好(hao)的(de)高(gao)(gao)温化(hua)学稳定性(xing)(xing)、高(gao)(gao)温抗蠕(ru)变性(xing)(xing)，使(shi)用温度更高(gao)(gao)（最高(gao)(gao)温度可达1850℃），可(ke)保证内腔结构复杂的(de)(de)定(ding)向柱晶和(he)单晶空心叶(ye)片的(de)(de)尺寸精度(du)和(he)合格(ge)率，并能降低叶(ye)片的(de)(de)制造成(cheng)本，且铝基陶瓷型芯与型壳的(de)(de)热膨胀几乎相同，适合(he)制造高级别的涡轮叶片。
发动机涡轮叶片(pian)
但氧化铝基(ji)陶(tao)瓷型芯存(cun)在以下(xia)几点问(wen)题(ti)：
（1）氧化铝的(de)熔(rong)点极高（2054℃），较难进行烧结，需要添加氧化镁(mei)、氧化硅等(deng)物质促进烧结，在实际生产中对实现高精确(que)度及良好烧结性能的(de)技术要求较高；
（2）由(you)于叶(ye)片浇注后(hou)需(xu)要(yao)将其(qi)中的陶瓷型(xing)芯(xin)脱除(chu)后(hou)才能投入使用(yong)，而(er)氧化铝(lv)基(ji)陶瓷型(xing)芯(xin)的主要(yao)成(cheng)分是刚(gang)玉(yu)，它在常(chang)温和常(chang)压下几乎不与浓酸浓碱反应，因(yin)此较难脱除(chu)，而(er)且在脱芯(xin)过程中叶(ye)片表面会出现不同程度的腐蚀(shi)，从而(er)降低了高效(xiao)气冷叶(ye)片合(he)格率。
对于以上(shang)问题(ti)，由于凝(ning)胶注模成型工艺(yi)可以(yi)成(cheng)型(xing)(xing)(xing)尺寸精度(du)要求较高(gao)的陶瓷型(xing)(xing)(xing)芯(xin)坯体(ti)，而且烧结后的试样强度(du)较高(gao)、均匀性较好(hao)，可提高(gao)型(xing)(xing)(xing)芯(xin)产品的合格率，采(cai)用凝胶成(cheng)型(xing)(xing)(xing)的陶瓷型(xing)(xing)(xing)芯(xin)也会降低其脱除过(guo)程的难度(du)，所以(yi)开展氧化铝基陶瓷型(xing)(xing)(xing)芯(xin)凝胶成(cheng)型(xing)(xing)(xing)技术也是目前的一项(xiang)研究重(zhong)点。
凝(ning)胶注模成(cheng)型
氧化铝(lv)基陶瓷型芯制备方法
陶瓷型芯的成型方法(fa)主要有热压注成型法(fa)、凝胶注膜成型法(fa)、灌(guan)浆(jiang)成型法(fa)及三维（3D）打印技术等，它们的工艺特点、脱芯方法，以及优缺点如下表所示。
陶瓷型(xing)芯的成型(xing)方法
影(ying)响(xiang)氧化铝陶(tao)瓷型芯(xin)性(xing)能(neng)的因素
1. 粉料粒度
粉(fen)料粒度对(dui)陶瓷型芯的(de)性能(neng)有很大(da)影响(xiang)，基体粉(fen)料比表面积(ji)的(de)大(da)小(xiao)决定其迁(qian)移能(neng)力的(de)高低(di)，当(dang)粉(fen)料比表面积(ji)越小(xiao)时(shi)，颗粒的(de)表面结合力就越大(da)，颗粒间相互吸引结合的(de)能(neng)力越高，促进烧(shao)结致密化的(de)进行。
由于叶片浇(jiao)铸后需要将其中(zhong)的陶(tao)瓷(ci)型芯(xin)脱(tuo)除后才(cai)能投入使用，而(er)陶(tao)瓷(ci)型芯(xin)的脱(tuo)除效率与陶(tao)瓷(ci)型芯(xin)的气孔率有很大关(guan)系，通常气孔(kong)率(lv)高的型芯浇铸后(hou)比(bi)较容(rong)易脱除，而粒(li)度(du)分布对(dui)陶瓷型芯(xin)气孔率的(de)影(ying)响(xiang)是造成陶瓷型芯(xin)性能变化的(de)主(zhu)要原(yuan)因，粒(li)度(du)粗细(xi)分布均匀的(de)粉料型芯(xin)综合性能最佳(jia)。
2. 矿化剂
矿化(hua)剂由(you)于与基(ji)体材料可能发生(sheng)(sheng)反应，生(sheng)(sheng)成固(gu)溶体、使晶格活(huo)化(hua)、或者(zhe)是(shi)在(zai)烧(shao)结(jie)温(wen)度下形成液相(xiang)并将基(ji)体材料粘接、或者(zhe)能阻止基(ji)体材料发生(sheng)(sheng)多晶转(zhuan)化(hua)，能促进(jin)型(xing)芯的(de)烧(shao)结(jie)，降低(di)陶瓷型(xing)芯的(de)烧(shao)结(jie)温(wen)度或缩短烧(shao)结(jie)时间(jian)。。
作为氧(yang)(yang)化(hua)铝陶瓷型(xing)芯用矿(kuang)(kuang)化(hua)剂(ji)，其作用一方面是降(jiang)低型(xing)芯的烧成温度，另一方面保(bao)持型(xing)芯具有理想的高温性能。氧(yang)(yang)化(hua)铝陶瓷型(xing)芯常用的矿(kuang)(kuang)化(hua)剂(ji)有MgO、SiO2、TiO2及稀(xi)土氧化物。
3. 烧结工艺
在(zai)制成过程中，烧(shao)结(jie)制度(du)的(de)设定(ding)尤为关(guan)键，烧(shao)结(jie)参(can)数设计是(shi)否合理决(jue)定(ding)陶(tao)瓷性(xing)能(neng)的(de)好坏。
若烧(shao)(shao)结(jie)(jie)工(gong)(gong)艺(yi)不合理，缺(que)陷率(lv)增大，导致陶(tao)(tao)(tao)瓷性(xing)(xing)能下(xia)降，甚至报废。凝胶注模成型(xing)(xing)(xing)陶(tao)(tao)(tao)瓷型(xing)(xing)(xing)芯(xin)在烧(shao)(shao)结(jie)(jie)过程中包含脱脂(zhi)和烧(shao)(shao)结(jie)(jie)两个部分，烧(shao)(shao)结(jie)(jie)过程中任何(he)一阶段(duan)都会对陶(tao)(tao)(tao)瓷型(xing)(xing)(xing)心性(xing)(xing)能产生重大影(ying)响，而(er)工(gong)(gong)艺(yi)参(can)数设(she)定不合理造成缺(que)陷率(lv)增加，且(qie)烧(shao)(shao)结(jie)(jie)温(wen)度(du)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)低和保温(wen)时间的(de)(de)(de)长短均对型(xing)(xing)(xing)芯(xin)的(de)(de)(de)体积密(mi)(mi)度(du)、气(qi)孔率(lv)、力(li)学性(xing)(xing)能等(deng)方面有较大影(ying)啊(a)，烧(shao)(shao)成温(wen)度(du)越高(gao)(gao)，保温(wen)时间越长，可使(shi)陶(tao)(tao)(tao)瓷型(xing)(xing)(xing)芯(xin)的(de)(de)(de)气(qi)孔率(lv)降低，体积密(mi)(mi)度(du)升高(gao)(gao)，型(xing)(xing)(xing)芯(xin)的(de)(de)(de)力(li)学性(xing)(xing)能增加。
总结
高效气(qi)冷叶(ye)(ye)片的(de)出现将使型芯(xin)的(de)制(zhi)造成为关键技术，与传统叶(ye)(ye)片相比较，冷却结构更(geng)(geng)为复(fu)杂(za)、叶(ye)(ye)片壁厚更(geng)(geng)薄，这将使型芯(xin)的(de)制(zhi)造工艺更(geng)(geng)复(fu)杂(za)，尺寸更(geng)(geng)小(xiao)，对(dui)性(xing)(xing)能的(de)要求更(geng)(geng)高。对(dui)于(yu)氧化铝基的(de)型芯(xin)材料而(er)言，保(bao)障其(qi)高性(xing)(xing)能的(de)同时(shi)，其(qi)化学稳定性(xing)(xing)也带来了难(nan)以(yi)从零件(jian)中去(qu)除(chu)的(de)问题(ti)，尤其(qi)是对(dui)于(yu)形(xing)状复(fu)杂(za)、通道细小(xiao)的(de)型 芯(xin)更(geng)(geng)是如此，更(geng)(geng)有(you)效且更(geng)(geng)简便的(de)脱芯(xin)方法仍有(you)待研究。
目前凝胶(jiao)注模成型(xing)(xing)是一种解决方向，但由于这种原(yuan)位(wei)成型(xing)(xing)工(gong)艺(yi)在坯体(ti)排(pai)出有机物后，其(qi)内部留下较多的(de)(de)(de)孔洞，会使(shi)陶瓷(ci)的(de)(de)(de)强度(du)等综合(he)性能有所而(er)下降，如何(he)平衡之间的(de)(de)(de)性能，是行业需(xu)要关(guan)注的(de)(de)(de)问(wen)题(ti)，持续(xu)探寻具(ju)有更大经济效益(yi)及(ji)高精(jing)密性、高性能的(de)(de)(de)型(xing)(xing)芯制造(zao)工(gong)艺(yi)。
参(can)考来源(yuan)：
1. 氧化铝基(ji)陶(tao)瓷型芯(xin)材料制备及(ji)性能研究(jiu)，梁启(qi)如（沈阳工业大学）；
2. 高温合金叶(ye)片铸造用氧化铝陶瓷(ci)型(xing)芯充型(xing)性能的研究，杨冬野（哈尔滨工业(ye)大学）；
3. 陶瓷(ci)型芯(xin)在航空发动(dong)机(ji)叶(ye)片生(sheng)产(chan)中的应用与发展，熊建(jian)平、赵(zhao)国庆、戴斌煜、商景(jing)利(li)、王薇薇（南昌凯马有限公司；南昌航空大学材料科学与工程学院(yuan)）。
粉体(ti)(ti)圈 小吉
本文为粉体圈原创作品，未经许可，不得转载，也不得歪(wai)曲、篡(cuan)改或复制本文内容，否则本公司将依法(fa)追究法(fa)律责任。