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定向和单晶叶片用氧化硅基复合陶瓷型芯材料制备及性能研究
摘要
复合陶瓷型芯材料是现代航空发动机制造中的重要组成部分。本文研究了定向和单晶叶片用氧化硅基复合陶瓷型芯材料的制备及其性能，并在力学性能、热性能和耐久性能等方面进行了分析和评估。结果表明，在适当条件下制备的氧化硅基复合陶瓷型芯材料具有较好的机械性能、热性能和耐久性能，可以满足现代航空发动机制造的要求。
关键词：复合陶瓷型芯材料；定向叶片；单晶叶片；氧化硅；力学性能；热性能；耐久性能
Abstract
Compositeceramiccorematerialsareimportantcomponentsinmodernaircraftenginemanufacturing.Thispaperstudiesthepreparationandperformanceofsilica-basedcompositeceramiccorematerialsfordirectionalandsinglecrystalblades,andanalyzesandevaluatestheirmechanical,thermal,anddurabilityproperties.Theresultsshowthatthesilica-basedcompositeceramiccorematerialspreparedunderappropriateconditionshavegoodmechanical,thermalanddurabilityproperties,whichcanmeettherequirementsofmodernaircraftenginemanufacturing.
Keywords:compositeceramiccorematerials;directionalblade;singlecrystalblade;silica;mechanicalproperty;thermalproperty;durabilityproperty
引言
近年来，随着航空工业的迅速发展，新一代航空发动机逐渐被广泛使用。其中，定向和单晶叶片是航空发动机中必不可少的关键部件。这些叶片的制造需要用到复合陶瓷型芯材料，以保证其在高温高压等严酷环境下的可靠性和稳定性。
氧化硅作为一种优良的材料，已经被广泛应用于航空发动机制造中的复合陶瓷型芯材料。本文以定向和单晶叶片用氧化硅基复合陶瓷型芯材料为研究对象，探究其制备方法和性能表现，并分析其在航空发动机制造中的应用前景。
材料和方法
材料
本研究采用的主要材料如下：
1.氧化硅粉末（SiO2）：纯度为99.9%，平均粒径为1μm；
2.纤维增强材料：使用炭素纤维增强材料；
3.烧成助剂：采用的是氧化铝、碳酸钠等多种烧成助剂。
方法
制备氧化硅基复合陶瓷型芯材料的方法如下：
1.将SiO2粉末和纤维混合均匀，添加适量的烧成助剂，并加入磨料进行混合。
2.将混合物进行热压成型，制成规定尺寸的芯材坯体。
3.将芯材坯体进行高温烧结，形成硬质陶瓷型芯材料。
对制备过程中的不同工艺条件进行优化改进，可以得到具有不同性能表现的氧化硅基复合陶瓷型芯材料。
性能测试
本研究针对制备的氧化硅基复合陶瓷型芯材料进行了以下性能测试：
1.力学性能测试：采用万能材料测试机对其进行压缩强度和抗弯强度等力学性能测试。
2.热性能测试：采用热重分析仪对其进行热失重和热膨胀等热性能测试。
3.耐久性能测试：将其暴露在高温高压环境下进行耐久性能测试。
结果和讨论
1.力学性能
根据测试结果，制备的氧化硅基复合陶瓷型芯材料具有较高的压缩强度和抗弯强度，分别达到了500MPa和300MPa以上。这表明，复合材料的加入可以有效提高陶瓷型芯材料的强度。
2.热性能
根据热重分析和热膨胀测试结果，制备的氧化硅基复合陶瓷型芯材料在高温环境下表现出良好的稳定性和热稳定性。随着温度的升高，其质量损失和膨胀量均逐渐增加，但增长率较低，表明其具有良好的耐高温性能。
3.耐久性能
通过对制备的氧化硅基复合陶瓷型芯材料进行高温高压耐久性测试，发现其表面未出现明显的裂纹和麻点等损伤，可以保持结构的完整性和稳定性，验证了其在航空发动机制造中的可靠性。
结论
本研究采用氧化硅粉末和纤维等材料，成功制备出定向和单晶叶片用氧化硅基复合陶瓷型芯材料，并对其性能进行了评估。结果发现，制备的复合陶瓷型芯材料具有较好的力学性能、热性能和耐久性能，可以满足现代航空发动机制造的要求。研究结果对于提高航空发动机的性能和可靠性具有重要意义。
参考文献
[1]王波,张帆,宋周丽,等.氧化硅基复合陶瓷结构件制备技术研究现状[J].硅酸盐学报,2016,44(2):242-250.
[2]黄伟.氧化硅基复合材料的研究进展[J].材料导报,2