黏结剂喷射制备陶瓷型芯抗弯强度、尺寸精度及表面质量影响因素的研究进展

黏结剂喷射因具有低成本和可控性优势而在陶瓷型芯的制备中得到广泛的应用,但制备陶瓷型芯的抗弯强度、尺寸精度和表面质量一般较低,而这些不足可以通过改变制备工艺参数来进行改进。综述了粉末、黏结剂、成形工艺和后处理工艺这4个方面的参数对陶瓷型芯抗弯强度、尺寸精度和表面质量的影响,提出了提高黏结剂喷射制备陶瓷型芯抗弯强度、尺寸精度和表面质量的未来发展方向。

浸渗处理及真空度对喷射粘结成形氧化钙基陶瓷型芯性能影响

采用喷射粘结成形技术,以重质碳酸钙作为原料,浸渗纳米ZrO2分散液后烧结得到了氧化钙基陶瓷型芯,研究了浸渗处理以及浸渗真空度对陶瓷型芯性能的影响。研究发现,浸渗处理后的陶瓷型芯内部生成了大量CaZrO3,使内部孔隙减少,微观组织更加致密,弯曲强度最大增加幅度为277.87%。浸渗处理时增大真空度可以进一步改善陶瓷型芯的性能,当真空度从0增加至0.05 MPa时,弯曲强度由7.15 MPa提升到8.88 MPa,但当真空度进一步增加至0.08 MPa时,弯曲强度却降至6.85 MPa,陶瓷型芯性能降低。不同处理工艺烧结后得到的陶瓷型芯浸泡在热水中5 min后即开始溃散,表现出良好的可溶性。

3D打印陶瓷型芯研究进展

陶瓷型芯是成功制造空心叶片的关键之一,它决定着叶片的尺寸精度、合格率、制备成本。但传统制造技术存在工艺复杂、制备周期长等缺点。3D打印技术具有无需模具、快速成型、个性化定制三维零件的优势,逐渐被应用于复杂形状陶瓷型芯的制备。系统总结了粘结剂喷射、激光选区烧结、浆料直写成型、光固化成型4种主流3D打印技术在陶瓷型芯领域的研究进展,及脱脂-烧结工艺对3D打印陶瓷型芯性能的影响,最后对3D打印陶瓷型芯的未来发展进行了展望。

ZL114A铝合金预置石膏型芯熔模精铸工艺探索

铝合金石膏型带有管状回路的精铸件,制蜡模时因抽芯困难常采用预置可溶型芯方法予以解决,但精铸件很容易出现铸瘤、回路堵塞等缺陷,本文对此进行了改进,采用预置石膏型芯,并比较了两种方案浇注效果,结果表明预置石膏型芯确实可行。

石英玻璃粉含量对氧化镁基陶瓷型芯性能的影响

利用X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱仪等手段研究了矿化剂(石英玻璃粉)含量对氧化镁基陶瓷型芯物相组成、微观组织、烧结收缩率、显孔隙率、线热膨胀系数、室温抗弯强度、高温抗弯强度及型芯浸出率的影响。结果表明:随着石英玻璃粉含量提高,硅酸镁含量增加,陶瓷基体颗粒细化,由连通大孔隙向封闭小孔隙转变,颗粒间结合松散,脱除性能及抗弯强度大幅下降;添加30%SiO_(2)得到的氧化镁基陶瓷型芯综合性能最佳,其中烧结收缩率为2.8%,显孔隙率为32.9%,室温抗弯强度为15.1 MPa,采用体积浓度40%的CH3COOH水溶液浸泡120 h后型芯的浸出率为61.9%。

高温合金熔模精密铸造陶瓷型芯研究进展

陶瓷型芯广泛应用于飞机发动机涡轮叶片的熔模精密铸造中,以实现涡轮叶片复杂的空心结构。本文介绍了高温合金熔模精密铸造用陶瓷型芯的应用现状,概述了陶瓷型芯的制备工艺和常用基体材料的研究进展,分别对石英玻璃、电熔刚玉、锆英石、氧化钇等基体材料制备陶瓷型芯的优缺点和研究进展进行了概述。

氧化铝改性硅基陶瓷型芯制备及结晶动力学

氧化铝是硅基陶瓷型芯中的常用矿化剂,但其对石英析晶的促进或抑制作用却存在两种相反的结论。为探究不同氧化铝添加剂对硅基陶瓷型芯性能与析晶行为的影响,分别采用高纯氧化铝、普通氧化铝作为矿化剂,制备氧化铝改性硅基陶瓷型芯。高纯氧化铝粉对方石英的析晶起到抑制作用,而普通氧化铝粉反而促进方石英的析晶。普通氧化铝粉比高纯氧化铝粉含有更多的碱金属、碱土金属氧化物杂质,这些氧化物作为网络修饰体降低结晶活化能,促进方石英的析晶。两种氧化铝矿化剂对型芯的线收缩率、致密化和力学性能影响表现出很大差异。由于普通氧化铝粉促进方石英析晶和烧结致密化,显著提高型芯的抗蠕变能力。当普通氧化铝粉加入量为5%(质量分数)时,陶瓷型芯表现出良好的综合性能,其收缩率为0.63%,室温弯曲强度为20.2 MPa,1540℃/0.5 h双支点挠度为0.23 mm,可满足精密铸造对型芯的要求。

碳化硼对硅基陶瓷型芯性能的影响研究

以石英玻璃粉作为基体材料,添加0~1wt.%的碳化硼为矿化剂,通过热压注法制备了硅基陶瓷型芯,探究了不同碳化硼含量对硅基陶瓷型芯综合性能影响的变化规律。试验结果表明:随着碳化硼含量的增加,样品的收缩率和体积密度逐渐增大,气孔率逐渐减小。此外,室温抗弯强度和高温抗弯强度随着碳化硼含量的增加先增大后减小,高温挠度先减小后增大;当碳化硼含量为0.3wt.%时,陶瓷型芯综合性能得到大幅度改善,收缩率为1.44%,体积密度为1.67 g/cm^(3),气孔率达到25.51%,室温抗弯强度为16.32 MPa,高温抗弯强度为33.2 MPa,高温挠度为0.19 mm。

浅谈预埋陶瓷型芯工艺对钛合金铸件尺寸的影响

通过分析铸件和蜡模上孔槽深度尺寸数据,研究了两种陶瓷型芯定位方式对铸件孔槽深度尺寸的影响。研究表明,采用变尺寸陶瓷型芯定位方式,可以有效保证蜡模和铸件孔槽深度尺寸精度。

陶瓷型芯对含内腔钛合金铸件尺寸和质量的影响

针对某环形钛合金铸件的狭窄U形槽结构,开展基于外置陶瓷型芯的铸件成形工艺研究,设计长短不同结构的专用陶芯,分析其对铸件尺寸与冶金质量影响,选取外置长陶芯的铸件观察关键位置成形质量以及界面反应α层分布。结果表明:在不影响铸件整体质量的情况下,采用外置陶芯的方法,U型槽内部铸瘤的风险由70%以上降至5%以下。放置长陶芯时,与陶芯接触的内壁面收缩量由-0.05 mm变为+0.08 mm,轮廓度均为正值,更贴合设计,整体壁厚减薄0.1 mm,径向收缩率增大约3.33%。长陶芯搭接的U型槽中α层仅分布在最底层与临近区域,厚度不超过400μm,长陶芯的双侧接触区α层几乎消失,与不放置陶芯或放置短陶芯相比,将长陶芯放置在特定的窄U型槽中铸件质量更好。

不锈钢熔模铸造用镁基陶瓷型芯的研究

以氧化镁为主要原料,CaCO_(3)为矿化剂,添加木粉为造孔剂,采用压制成型工艺制备了不锈钢熔模铸造用陶瓷型芯。在氧化镁原料中加入CaCO_(3)矿化剂能促进陶瓷型芯的烧结,但加入量过多时,型芯的抗弯强度下降明显,而溶解溃散性的改善并不显著。加入5%CaCO_(3)矿化剂时,型芯具有较佳的综合性能。在此基础上,分别加入1%、3%和5%的木粉制备陶瓷型芯,随木粉加入量的增加,型芯的气孔率和溶解溃散性能明显提高,但也明显降低了型芯的抗弯强度。当木粉含量为5%时,型芯在醋酸溶液中溶解10 h的质量损失率达到70.12%,比未加木粉时提高了近40%,但抗弯强度下降了78%。采用添加木粉制备的陶瓷型芯浇注不锈钢试样,用浓度40%,温度80℃的醋酸溶液溶解去除型芯,添加5%木粉的型芯溶失最快,溶失速率为0.78 mm/h。本研究中型芯的溶解去除,醋酸溶液都是处于静止状态的,在实际应用中可以考虑采用搅动等方法增加溶液中的对流,促进型芯的溶解溃散。

注塑模具型芯偏移优化研究现状及发展趋势

深腔类塑件的模具大多具有细长、悬臂式的型芯,在注塑成型过程中,型芯由于受到聚合物熔体的不均匀压力易产生偏移,造成制件出现厚度不均等多种缺陷,严重影响制件的成型质量,降低生产效率,因此型芯偏移的优化问题亟待解决。对近年来国内外学者优化型芯偏移量所采用的方法进行介绍,并探讨了型芯偏移优化今后的发展趋势。

陶瓷型芯3D打印研究进展与挑战

陶瓷型芯主要用于航空发动机叶片复杂空腔结构的熔模精密铸造。随着航空事业对高推重比航空发动机的需求越发迫切,陶瓷型芯的形状与结构越来越复杂,这对其成型提出了苛刻要求。传统的成型方法无法实现复杂异形陶瓷型芯的高精度制造。3D打印(3D printing)技术可以突破传统技术瓶颈,高精度、快速成型复杂异形陶瓷型芯。近年来,陶瓷型芯的3D打印逐渐受到了国内外学者的广泛关注,已有各类关于陶瓷型芯3D打印的研究报道,然而,相关研究进展缺少系统归纳,尤其是其当前研究面临的机遇与挑战尚缺乏深入分析。因此,针对航空发动机涡轮叶片精密铸造用陶瓷型芯,对其3D打印研究进展与挑战进行系统综述。首先,简要介绍了光固化成型、墨水直写成型、黏结剂喷射成型、选区激光烧结等可用于陶瓷型芯成型的3D打印技术工艺原理。其次,重点归纳了二氧化硅基陶瓷型芯、氧化铝基陶瓷型芯、氧化钙基陶瓷型芯目前的3D打印研究进展。最后,对陶瓷型芯3D打印研究面临的机遇与挑战进行分析与讨论。期待为航空发动机涡轮叶片精密铸造用陶瓷型芯的3D打印研究与应用提供一定参考。

铸造用水溶性氧化钙陶瓷型芯3D打印工艺响应面优化研究

针对复杂内腔精密铸件用氧化钙陶瓷型芯,研究基于浆料挤出的陶瓷型芯3D打印工艺。采用碳酸钙粉末与聚乙二醇溶液混制陶瓷浆料,通过自制挤出式3D打印装置进行陶瓷坯体制备,再经过烧结工艺得到铸造用陶瓷型芯。以坯体表面粗糙度为衡量指标,基于响应面法以针头内径、层高/内径和打印速度进行三因素三水平Box-Behnken试验。采用逐步回归法拟合得到表面精度回归模型,通过方差分析得出最优工艺方案。结果表明,针头内径是影响陶瓷型芯坯体精度的主要因素。最优3D打印工艺参数为针头内径0.41 mm、层高与针头内径之比0.75、打印速率29.87 mm/s,此时陶瓷型芯坯体表面粗糙度为35.39μm。

基于UG的塑料模具型芯数控铣编程

在对塑料模具的型芯进行数控铣削编程前,应对其结构进行分析,对实体上的胶位面、分型面、避空位等进行甄别,并对实体进行整理:对于实体上需要用成形刀加工的结构,比如流道,可以用轮廓线代替;对于不需要使用数控铣切削的结构,比如镶件孔、顶针孔等,可以直接删除。再根据实体的结构、工件材质的切削性能,选择合适的刀具,并编写合适的刀路:对于复杂工件的粗加工选择型腔铣,半精加工选择等高切削,对于狭窄位置选择剩余铣,对于曲面,选择平行铣削进行精加工。对于实体上不同结构的曲面、分型面和斜面等,可以合在一起编写粗加工和半精加工刀路,但应尽量分开编写精加工程序。所有程序完成之后,应对刀路进行动画仿真,以检查所编写的刀路是否存在异常情况。

Nb-Si合金高温熔体与型壳和型芯的界面反应

基于Nb-Si合金超高温精密铸造的需要,以Y2O3+ZrO2超高温陶瓷型壳和Y2O3基超高温陶瓷型芯为对象,研究了2000℃下Nb-Si合金高温熔体与两者的界面反应。结果发现,经过约30 min接触后,凝固后的Nb-Si合金外表面光滑,没有出现粘砂现象,同时陶瓷型壳和型芯与Nb-Si合金接触界面出现了HfO2层,但其厚度仅为几微米。表明型壳的Y2O3面层以及Y2O3陶瓷型芯对于Nb-Si合金高温熔体而言是惰性的。

基于多种莫来石纤维的硅基陶瓷型芯增强机制及性能研究

分别以多晶、非晶莫来石纤维为增强相制备氧化硅基陶瓷型芯,探究纤维种类对型芯性能的影响。非晶纤维在促进方石英析晶、降低收缩率、提高气孔率方面的效果低于多晶纤维。相比于多晶纤维,非晶纤维具有较多结构缺陷,纤维与基体通过扩散传质形成紧密的结合,显著提高型芯的强度和抗蠕变性能,而且非晶纤维的亚稳态结构在碱性溶液中具有较高的化学活性,使型芯表现出优良的溶蚀性。非晶莫来石纤维质量分数为3%的硅基陶瓷型芯表现出优异的综合性能,其室温弯曲强度达27.7 MPa,高温弯曲强度为22.4 MPa,高温蠕变为0.31 mm,溶蚀率为1.26g/min,能够很好地满足空心叶片的浇注需求。

硅酸铝纤维对氧化硅陶瓷型芯性能的影响

以石英玻璃粉为原料,添加不同含量的硅酸铝纤维,通过热压注成形法制备出不同硅酸铝纤维含量的氧化硅陶瓷型芯试样,探究了不同硅酸铝纤维含量对氧化硅陶瓷型芯析晶和性能的影响规律。结果说明:随着硅酸铝纤维含量的增加,型芯试样的收缩率逐渐减小,气孔率逐渐增大,方石英含量逐渐增多,而体积密度基本不变;试样的室温和高温抗弯强度随着纤维含量的增加先增大后减小,高温挠度逐渐减小。当硅酸铝纤维含量为3wt.%时,型芯的综合性能最佳,收缩率为1.0%、气孔率为29.23%、体积密度为1.62 g/cm3、室温抗弯强度为23.36 MPa、高温抗弯强度为31.39 MPa以及高温挠度为0.69 mm。综上所述,硅酸铝纤维的加入不仅显著降低了氧化硅陶瓷型芯的收缩,还有效改善了其室温、高温抗弯强度以及高温抗蠕变性能。

氧化锆纤维对氧化硅陶瓷型芯性能的影响

为提高硅基陶瓷型芯的综合性能,将不同含量的氧化锆短纤维添加至以锆英粉为矿化剂的型芯基体粉料中,通过热压注法制备氧化硅陶瓷型芯,研究型芯收缩率、显气孔率和力学性能的变化,并观察试样断面微观形貌。结果表明,当氧化锆纤维掺入量从0增加到5%,陶瓷型芯试样的室温和1550℃高温抗弯强度先上升后下降;当氧化锆纤维掺入量为1%时,室温和1550℃高温抗弯强度最好,分别为18.64MPa和28.06MPa,与未纤维强化的陶瓷型芯试样对比,分别提升15.84%和13.46%;氧化锆纤维掺入量为1%的陶瓷型芯试样的收缩率为0.89%,显气孔率为30.4%,高温变形量为0.71mm。分析认为,氧化锆纤维掺入量较高导致纤维的完整性被破坏且出现团聚现象、对基体起割裂作用是陶瓷型芯试样综合性能变差的主要原因。

高尺寸稳定性的MgAl_(2)O_(4)/MgO复合陶瓷型芯的制备

以镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))为原料,制备了新型MgAl_(2)O_(4)/MgO复合陶瓷型芯。用X射线衍射仪(XRD)分析了样品的相组成,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了陶瓷型芯的表面及断面微观形貌。结果表明,陶瓷型芯中的主晶相为镁铝尖晶石,次晶相为方镁石,镁铝尖晶石为陶瓷型芯骨架,骨架大颗粒之间填充有细方镁石颗粒。性能测试表明,添加镁铝尖晶石可抑制氧化镁的液相烧结,降低收缩率,同时可以显著提高陶瓷型芯的显气孔率和高温尺寸稳定性。含有60%镁铝尖晶石的MgAl_(2)O_(4)/MgO复合陶瓷型芯显气孔率为38.24%、收缩率为1.99%、室温抗弯强度为25.9 MPa、热膨胀率仅为1.61%。溶出实验结果表明,所制备的MgAl_(2)O_(4)/MgO复合陶瓷型芯能在温和条件下溶出,不对铸件造成化学腐蚀及机械损伤:在溶出液为20%有机弱酸乙酸溶液中,90℃溶出6 h后,型芯能够完全塌陷成粉末。