摘要
随着中国航空航天事业的快速发展，迫切需要研制自主知识产权的航空发动机。而陶瓷型芯作为空心复杂气冷叶片生产中最重要的一环，其性能要求不断提高。硅基陶瓷型芯具有机械强度高、抗激冷激热性能好、热膨胀系数低、化学稳定性优良和气孔率高等优点。但硅基陶瓷型芯的性能也受到诸多因素的影响，例如基体材料石英玻璃的粒度、添加剂的种类及含量、增塑剂的含量、烧结工艺等。 本文研究了陶瓷型芯原材料粒度、添加剂含量和烧结工艺对型芯机械性能、微观形貌、物相组成的影响，得出以下结论: 首先，合理的原材料粒度配比可以提高陶瓷型芯的综合性能，通过分析实验数据得出:当陶瓷型芯中石英玻璃颗粒的粗∶中∶细为3∶1∶3时陶瓷型芯的烧结收缩率为0.200％，气孔率为24.58％，抗弯强度达到8.893MPa，挠度值为36.6mm，综合性能最佳。 添加剂含量对陶瓷型芯性能有较大影响。当添加剂含量从5％增加至15％时，型芯的综合性能得到较大提升，抗弯强度达到9.16MPa。当添加剂含量增至30％时，型芯内部颗粒及断口产生裂纹，抗弯强度下降，气孔率减小。 陶瓷型芯的抗弯强度随终烧温度的升高、保温时间的增加呈先增后减的趋势，结收缩率增大，气孔率减小。通过优化烧结工艺参数，发现终烧温度为1150℃，保温2h时，型芯的烧结收缩率为0.28％，气孔率为27.70％，抗弯强度达到8.28MPa。增加二次烧结工艺后，抗弯强度提高至10.97MPa，烧结收缩率、气孔率变化不明显。 陶瓷型芯的形貌受到粒度配比、添加剂含量和烧结工艺的共同影响。在一定范围内，减小原材料的平均粒径、增加添加剂含量、提高烧结温度和保温时间，型芯的断口形貌更加平整、颗粒与孔洞分布更加均匀、孔径减小。若添加剂含量过多，烧结温度过大、保温时间过长都会导致型芯表面和内部颗粒开裂，影响综合性能。 方石英的生成量主要受到添加剂含量和烧结工艺的影响。方石英生成量随着添加剂含量的增加、终烧温度的提高、保温时间的增加而增加。方石英相的生成可以减小烧结收缩率，增加抗弯强度。方石英含量高于20％时，各项性能指标均下降明显，影响正常使用。
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