文档介绍：工学硕士学位论文
涡轮叶片用氧化铝陶瓷型芯高温性能的研究
STUDY ON THE HIGH TEMPERATURE
PERFORMANCE OF ALUMINA CERAMIC CORES
FOR INVESTMENTCASTING
TURBINE BLADES
陈啸
2009 年 6 月
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工学硕士学位论文
涡轮叶片用氧化铝陶瓷型芯高温性能的研究
硕士研究生:陈啸
导师:田竟副教授
申请学位:工学硕士
学科:材料加工工程
所在单位:材料科学与工程学院
答辩日期:2009 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
STUDY ON THE HIGH TEMPERATURE
PERFORMANCE OF ALUMINA CERAMIC CORES
FOR INVESTMENTCASTING
TURBINE BLADES
Candidate: Chen Xiao
Supervisor: . Tian Jing
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Materials Processing Engineering
Affiliation: School of Materials Science and
Engineering
Date of Oral Defense: June, 2009
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着航空发动机涡轮前燃气温度的不断提高,现有高温合金材料的承温状况都
已接近极限,因此,改善叶片冷却结构、提高叶片冷却效率已成为涡轮叶片设计与
制造者当前追求的目标,而其关键技术则在于陶瓷型芯的制造。目前,在国内、国
外广泛使用的高效气冷涡轮叶片用陶瓷型芯分为氧化硅基陶瓷型芯和氧化铝基陶
瓷型芯两种。与氧化硅基陶瓷型芯相比,氧化铝陶瓷型芯冶金化学稳定性、抗蠕变
性能好,可保证复杂内腔结构的尺寸精度和合格率,并能降低叶片的制造成本。
本文通过对型芯基体材料及其粒度配比的选择研究,确定基体材料为刚玉和莫
来石,粒度配比为骨料 65%,中、细颗粒 35%。通过对型芯基本材料增塑剂的选择
研究,确定配比为石蜡 93%、蜂蜡 5%、聚乙烯 2%的混合物为增塑剂,其加入量确
定为粉料总质量的 20%。通过测定和对比按四种不同成分配比的氧化铝陶瓷型芯试
样的性能,发现基体材料仅为刚玉粉的型芯的综合性能最好,但其室温抗弯强度和
高温变形能力仍不满足涡轮叶片用型芯的要求,因此在实验后期对其进行了特定的
强化处理,并对未强化和经过强化处理后的试样进行性能对比。结果表明,经过强
化处理后的型芯的线膨胀峰值温度比未经强化的型芯高出 200℃;并且室温抗弯强
度和高温抗变形能力有了显著提高。研究发现,经过强化处理后的氧化铝陶瓷型芯
试样体内形成了莫来石晶体,它的生成消耗了陶瓷型芯试样体内的玻璃相,这是使
型芯性能显著提高的最重要原因。
关键词:氧化铝陶瓷型芯;高温抗变形能力;室温抗弯强度;强化处理
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
With the growth of gas temperature in front of aircraft engine turbine, the ability to
endure temperature of the existing high-temperature alloys has already approached their
limits, so to improve the cooling construct