龐佳敏 陸麗芳

摘 ?要 ?本文講述了陶瓷型芯目前在航空領(lǐng)域應用的發(fā)展前景，闡述了陶瓷型芯性能強化的重要意義，介紹了在采用環(huán)氧樹脂對陶瓷型芯進行低溫增強的過程中各因素產(chǎn)生的影響，研究了高溫強化、稀釋劑濃度、固化工藝對室溫強化陶瓷型芯強度的影響，以及強化液種類的選擇。

關(guān)鍵詞 ?陶瓷型芯;環(huán)氧樹脂;高溫強化;稀釋劑濃度;固化工藝

0 ?引 ?言

現(xiàn)代航空發(fā)動機正在向高推重比方向發(fā)展，目前提高渦輪的前進口溫度是用來提高發(fā)動機推重比最直接且有效的辦法，然而這一過程就讓渦輪葉片在工作過程中所承受的溫度提高，解決這一問題的方法主要有2種：（1）使渦輪葉片的承溫能力得到提高;（2）提升葉片使用中的冷卻技術(shù)。目前，1 757 ℃是先進航空發(fā)動機渦輪前進口所能達到的最高溫度，由于合金受到熔點的限制，單方面的提升合金在使用過程中的承溫能力已經(jīng)無法滿足技術(shù)市場的需求，所以想要實現(xiàn)這一目標的最佳方法就是葉片冷卻技術(shù)，生產(chǎn)出高質(zhì)量、高效率的空心氣冷葉片，從而提高葉片使用過程中的冷卻效率。由于生產(chǎn)技術(shù)的需要，葉片內(nèi)腔的形狀逐漸趨于復雜，一些傳統(tǒng)方法例如鍛壓、電化學等都已無法滿足需求，只有通過熔模精密鑄造技術(shù)，才能切實解決這一問題。

1 ?實 ?驗

1.1 試樣的制備

本實驗的研究對象為氧化硅基陶瓷型芯，采用注射成型，將制得的坯體經(jīng)修邊、去毛刺處理后，放在高溫電爐內(nèi)燒結(jié)，得到氧化硅基陶瓷型芯試條。配置不同濃度類型的強化液，將試條置于強化液中進行浸泡，然后風干、固化，測量其室溫抗彎強度。

1.2 原料的選擇

6101環(huán)氧樹脂、593固化劑、692稀釋劑。

1.3 測試方法

測定室溫抗彎強度（σw），試樣尺寸為3.5 mm×5 mm×70 mm，有效試樣數(shù)不少于5個。測定方法如下：測量試樣的寬度b和厚度h，精確至0.02 mm，在萬能材料試驗機上進行三點彎曲實驗，下支點跨距L為30 mm，記錄試樣斷裂時的最大載荷P，根據(jù)公式計算室溫抗彎強度。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 高溫強化對室溫強化陶瓷型芯強度的影響

如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)未經(jīng)高溫強化、直接室溫強化的陶瓷型芯的強度明顯高于經(jīng)過高溫強化再室溫強化的陶瓷型芯。分析其原因為：型芯經(jīng)過高溫強化，內(nèi)部的氣孔、間隙被二氧化硅所填充，從而降低強化液中環(huán)氧樹脂分子的進入量，降低了陶芯的強度。

2.2 強化液稀釋劑濃度對室溫強化陶瓷型芯強度的影響

由圖1、表2數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，隨著強化液中稀釋劑含量的變化，強化所得的陶瓷型芯的強度呈現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，當稀釋劑的含量為40%時，陶芯的強度達到最高。

2.3固化工藝對室溫強化陶瓷型芯強度的影響

由表3所示，依據(jù)編號1、2可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過24 h風干后陶芯試樣的強度低于未經(jīng)風干直接加熱固化的陶芯的強度。分析原因為強化液風干，長時間暴露在空氣中，內(nèi)部的一些成分與空氣反應，降低了強化的效果。

依據(jù)編號2～5得圖2，可以發(fā)現(xiàn)隨著固化溫度的升高，陶芯試樣的強度不斷下降。分析原因為，隨著溫度的升高， 環(huán)氧樹脂發(fā)生熱氧化分解，同時型芯中的方石英也開始發(fā)生高低溫晶型轉(zhuǎn)變，導致型芯中產(chǎn)生較多裂紋，從而降低型芯的室溫抗彎強度。

2.4 強化液類別的選擇

如表4所示，表中強化液的組成均是等量的環(huán)氧樹脂加相同濃度的稀釋劑構(gòu)成，由于固化劑的選擇不同，故強化后的效果不同，可以發(fā)現(xiàn)兩者強化后陶瓷型芯試樣的強度差別較小，編號1的強度高于編號2的強度。兩種固化劑的選擇不同，所對應的的強化現(xiàn)象不同，各有優(yōu)缺點：

（1）593固化劑優(yōu)點：強化所得的陶芯樣品的強度較高，強化液所能放置的時間較長。缺點：強化液的流動性相較于聚酰胺做固化劑的溶液的流動性低，較適用于形狀較為簡單的陶瓷型芯樣品。

（2）聚酰胺做固化劑優(yōu)點：所制得的強化液流動性較好，能用于較為精密復雜的陶瓷型芯樣品。

缺點：強化所得的陶瓷型芯樣品的強度低于593固化強化液強化的樣品的強度，并且所制得的強化液放置時間較短，于0.5～1 h后會產(chǎn)生少量的底部沉淀，影響強化效果。

因此，可以依據(jù)實際情況選取不同的固化劑。

3 ?結(jié) ?論

（1）高溫強化會對陶瓷型芯室溫強化產(chǎn)生影響，使得室溫強化的樣品強度降低。

（2）強化液稀釋劑的濃度要選擇合適，本實驗的稀釋劑濃度選擇為40%最為合適。

（3）不同的固化工藝將對陶瓷型芯室溫強化后試樣強度產(chǎn)生影響，本實驗最佳固化工藝為：樣品不經(jīng)風干，直接120 ℃固化2 h。

（4）不同固化劑的選擇對強化過程產(chǎn)生不同的影響，應依據(jù)實際情況選擇不同的固化劑。

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