bb贝博西甲平台:聊聊陶瓷型芯材料

  随着现代工业技术的发展，对于形状复杂、具有狭窄内腔的精密铸件的需求慢慢的变大。最典型的就是航空发动机的涡轮叶片，为了更好的提高发动机的推力，要求将涡轮叶片设计为内含复杂气冷流道的空腔结构，以便有效提高冷却效率，从而进一步提升其耐温极限。这种复杂异形的高端铸件，一般都是通过熔模精密铸造而成。而在熔模精密铸造过程中，要使用到一种关键材料，就是铸造型芯。

  一、耐火度高，在浇注和铸件凝固过程中不可能会发生软化和变形。一般耐火度要求在1400℃以上。在定向凝固和单晶铸造时，要求能承受1500-1600℃的高温。

  二、热线胀系数低、尺寸稳定。一般要求其膨胀系数小于4×10-6/K，以避免型芯开裂或变形。

  常用的型芯材料包括型芯砂、金属、陶瓷等。其中，陶瓷型芯由于具有高熔点、耐腐蚀、化学稳定等优点，成为高熔点金属铸造采用的最主要型芯材料。目前，研究与应用最为广泛的陶瓷型芯最重要的包含二氧化硅基(SiO2)陶瓷型芯、氧化铝基(Al2O3)陶瓷型芯、氧化钙基(CaO)陶瓷型芯、氧化镁基（MgO）陶瓷型芯、氧化钇基（Y2O3）陶瓷型芯等。

  二氧化硅是一种应用较广的型芯材料，不过虽然人们将其归在陶瓷型芯之列，但严格说起来却是玻璃材料，因为其主要成份就是石英玻璃。石英玻璃具有各向同性、高粘度、热线胀系数小等特征，制得的陶瓷型芯高温下尺寸稳定、抗热震性能好。同时，二氧化硅易被碱液腐蚀，所以熔铸后容易从高温合金后中脱除。因此，二氧化硅基陶瓷型芯长期以来一直是国内外广为应用的陶瓷型芯基体材料。不过，这种陶瓷型芯使用的温度有限，温度过高时，很容易出现较为严重的界面粘砂、强度不足、易发生蠕变变形、高温挠度大、韧性差等问题，导致铸件的合格率受到很大影响。通过在型芯烧结过程让部分石英玻璃转化为方石英晶体，可以较有效地克服这样一些问题，但需要对其含量和分布做出严格的控制。

  氧化铝是另外一种普遍的使用的型芯材料。氧化铝基陶瓷型芯的主体材料是 α-Al2O3。 与石英玻璃相比，α-Al2O3在烧结和使用的过程中不可能会发生晶型转变，具有更加好的化学稳定性和耐高温性能，且高温下蠕变性能更好，因此更适用于定向凝固过程及单晶叶片的浇注。有研究表明，氧化铝基陶瓷型芯能承受高达1560 ℃的浇注温度，涡轮叶片浇成率大于70%。氧化铝基陶瓷型芯最大的缺点是难溶于酸碱，不易脱芯。未解决这个问题，人们设计了不少方法。比如，有人制备了一种具有表面十分光滑而内部多孔结构的型芯，脱芯时，只要光滑完整的外层被破坏，内部的多孔结构就可保证腐蚀性的碱液能够充分和型芯接触，从而明显加快脱芯速度。

  除了二氧化硅和氧化铝这两种应用最广的陶瓷型芯，其它一些氧化物陶瓷型芯材料（氧化镁、氧化钙、氧化钇等）、非氧化物陶瓷型芯（碳化硅等）和盐类陶瓷型芯（锆酸钡等）也因为其各自的特点而逐渐受到大家的关注。比如氧化镁基陶瓷型芯，很适合于不锈钢空心零件的浇注。因为这种陶瓷型芯的热膨胀系数与不锈钢接近，同时在高温下（1650℃）也不会与铸件发生化学反应，能保持表面的光滑。此外，氧化镁很容易溶于酸，因此脱芯十分便捷。又比如锆酸钡陶瓷型芯，除了具有熔点高、热线胀系数小、机械和结构稳定性高、抗热冲击性和化学稳定性高等优点外，还不容易与高活性合金发生化学反应，因此很适用于Nb-Si基高温合金的空心叶片的熔模铸造。

  陶瓷型芯发展除了开发新的材料之外，另一个重要的方向就是制备工艺，包括成型、烧结和强化等。其中成型是一个十分重要的方向。陶瓷型芯属于异形件，传统的成型工艺是热压铸，这种工艺十分成熟，但陶瓷坯体的尺寸控制精确程度不高，因此近年来各种新的成型工艺也受到重视，包括注射成型、无模成型等。

  无模成型技术由于能够精确控制不一样的区域陶瓷的厚度、化学成分等特征，从而生产结构更复杂、在不一样的部位具有不一样热力学和强度等性能的型芯，因而引发了大量研究。目前已开发出多种无模成型技术，包括激光选区烧结成型、分层实体成型、熔融沉积成型、立体光刻成型、三维打印成型等。虽然目前这些技术尚未成熟，且相应的设备、材料昂贵，但由于其制备复杂型芯方面具有其它方法无法匹敌的优点，因此相信其实现大规模工业化应用，只是一个时间的问题。

  在大多数人的固有认知里，无论老人还是年轻人，提及身后事，总觉得人走后要办得风风光光，要有专属墓地，立一块石碑，才算有归宿。

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