氧化铝含量对硅基陶瓷型芯长时高温蠕变行为的影响

摘要

【目的】随着燃气轮机发动机逐渐实现自主研发，被誉为“皇冠上的明珠”的发动机叶片研发备受关注，燃气轮机发动机的叶片部分为空心叶片，陶瓷型芯是形成空心叶片内腔的主要部件。由于燃机发动机空心叶片的尺寸较大，在浇注过程中高温保温时长相对较长，使得陶瓷型芯在高温保持的时间也随之延长。为确保陶瓷型芯满足大尺寸空心叶片的铸造要求，对其长时高温蠕变行为的研究尤为重要。因此，本文聚焦氧化铝含量对硅基陶瓷型芯长时高温蠕变行为的影响展开研究。【方法】以熔融石英为基体，制备不同氧化铝含量的硅基陶瓷型芯样品。样品经过1 200℃烧结后，采用悬挂法进行1 500℃保温1 h的蠕变测试实验，观察陶瓷型芯蠕变变形特征并测量蠕变变形量;采用扫描电镜(SEM )观察陶瓷型芯蠕变后样品的断口微观组织，利用X射线衍射(XRD)设备分析不同状态下陶瓷型芯的相组成。【结果】当氧化铝质量分数为20%时，陶瓷型芯的显孔率最低，且烧结后及1 500℃/1 h保温后的方石英相对含量均最高;当氧化铝质量分数为10%时，陶瓷型芯的蠕变变形量最小。氧化铝含量较高时，其与二氧化硅在高温下发生反应，会促进黏性流动烧结，进而导致陶瓷型芯蠕变变形增大。【结论】氧化铝对硅基陶瓷型芯烧结过程中熔融石英向方石英的相转变具有一定促进作用;经高温保温后，随着氧化铝含量的升高，氧化铝会参与反应形成莫来石相，引发黏性流动烧结，从而增大陶瓷型芯的蠕变变形量。若要获得高强度、长时蠕变性能优异的硅基陶瓷型芯，需要合理控制氧化铝添加量。

关键词

氧化铝 / 硅基陶瓷型芯 / 方石英 / 高温蠕变 / 蠕变变形量 / 断口形貌 / 显孔率 / 黏性流动烧结