Zdolność do wynalazków: Odkryj nieskończone możliwości rdzeni ceramicznych

Rdzeń ceramiczny

Funkcją rdzenia ceramicznego jest tworzenie kanału chłodniczego wewnątrz łopatki, więc jego wydajność i jakość bezpośrednio wpływają na jakość łopatki pustej. Rdzeń ceramiczny powinien spełniać następujące wymagania: ① dobra stabilność chemiczna i termiczna; (2) Mały współczynnik rozszerzalności liniowej, aby zapewnić niską deformację podczas procesu odlewu; ③ Nadająca się porowatość, thanks to której łatwa jest usuwanie z odlewu [38⇓-40]. Obecnie, rozwinięte kraje traktują technologię produkcji rdzeni ceramicznych jako wysoko tajemniczą i nieotwartą, a rynek międzynarodowy jest zdominowany przez zagraniczne firmy. Osiągnęliśmy pewne wyniki w badaniach nad rdzeniami ceramicznymi.

1 Rdzeń ceramiczny bazujący na krzemie

rdzeń ceramiczny na bazie krzemionki z kwarcem szklistym jako głównym materiałem, najbardziej powszechnie używany [41]. Temperatura wypalania rdzenia ceramicznego na bazie tlenku krzemu wynosi zwykle 1 100 ~ 1 250∘∘C, a temperatura eksploatacyjna około 1 550 ∘∘C. Badaliśmy wpływ rozmiaru cząstek proszku macierzystego, procesu spiekania i dodatków na właściwości ogólne rdzeni ceramicznych na bazie krzemu, badając wpływ temperatury spiekania i rozkładu rozmiaru cząstek na właściwości porowatych rdzeni ceramicznych z krzemionki oraz uchwytując zmieniające się prawa siły rdzeni ceramicznych przy temperaturze pokojowej i wysokich temperaturach w różnych temperaturach spiekania. Jak widać na rysunku, gdy temperatura spiekania wynosi 1 200 ∘∘C, ogólna wydajność rdzenia ceramicznego z tlenkiem krzemu jest najlepsza. Wpływ rozkładu rozmiaru cząstek na porowatość rdzenia ceramicznego jest jedną z głównych przyczyn zmiany wydajności rdzenia ceramicznego, a jednolity rozkład proszku rdzenia ma najlepsze właściwości ogólne. Na tej podstawie zaproponowano metodę infiltracji żywicy silikonowej do rdzenia ceramicznego na bazie krzemionki w warunkach próżniowych w celu poprawy jego właściwości mechanicznych.

Złożony mineralizator

Ponadto oprócz dodania pojedynczego mineralizatora, w celu zbadania wpływu synergii między wieloma mineralizatorami na wydajność rdzeni ceramicznych opartych na krzemionce, przygotowaliśmy złożone rdzenie ceramiczne oparte na krzemionce poprzez dodanie zirconium silikatu-włókna Mullite. Badano wpływ włókna Mullite na właściwości mechaniczne i wysokotemperaturowe rdzeni ceramicznych. Wyniki pokazują, że wraz ze wzrostem zawartości włókna Mullite, liniowe kurczenie się rdzenia ceramicznego maleje wyraźnie, a porowatość stopniowo rośnie. Gdy masa włókna Mullite wynosi 1%, wytrzymałość zginania rdzenia ceramicznego przy temperaturze pokojowej i symulowanej temperaturze wlewu jest istotnie lepsza niż w przypadku rdzenia ceramicznego z tylko zirconium silikatem jako mineralizatorem. Jest to spowodowane tym, że włókna są nieciągło rozłożone w macierzy ceramicznej i pełnią rolę łączącego mostka, blokującego ścieżkę propagacji pęknięć, co z kolei poprawia wytrzymałość zginania rdzenia ceramicznego.

Reakcja interfejsowa rdzenia ceramicznego i superstopu

Dla łopatek turbin zaawansowanych ciężkich gazowych turbin, wzrost temperatury topnienia superstopów i rozmiaru łopatek prowadzi do wysokiej temperatury wlewania i długiego czasu krzepnięcia podczas przygotowywania łopatek z jednego kryształu [49], co sprawia, że tendencja reakcji na interfejsie superstal/ceramiczne rdzenie/obudowy staje się bardziej wyraźna, poważnie wpływa to na wydajność łopatek z superstopów. Aby lepiej zrozumieć ten problem, badaliśmy reakcję interfejsową niklowego jednokrystalicznego superstopu CMSX-4 podczas kierunkowego krzepnięcia z rdzeniem ceramicznym tlenku krzemu. Wyniki pokazują, że na interfejsie między superstalą a ceramicznym rdzeniem tlenku krzemu powstaje ciągła warstwa tlenku glinu oraz nieciągła warstwa wzbogacenia węglowodorów. Na tej podstawie przeanalizowaliśmy mechanizm powstawania reakcji interfejsowych między jednokrystalicznym superstopem niklowym a rdzeniem ceramicznym tlenku krzemu (patrz rysunek 17), co stanowi podstawę do optymalizacji składu i właściwości rdzenia ceramicznego.