氧化铝基共晶陶瓷的定向凝固生长及其力学性能研究
发布时间：2021-06-25 04:47
航空航天技术的迅猛发展迫切需求具有高推重比、高效率和高可靠性的航空涡扇发动机,而提高其内部的涡轮前进口温度将有效地提高发动机的推力和效率,但服役环境（高温、高负荷、复杂应力和热冲击等）的愈加苛刻,对结构材料的性能要求也越来越高。氧化铝基复合共晶陶瓷以其轻质、高熔点、高比强度、优异的高温抗氧化性能和热稳定性等优点,能够减轻发动机涡轮叶片的质量和降低涡轮叶片的冷气量,并可在高温氧化环境中长期工作,日益受到国内外研究人员的广泛重视。定向凝固制备技术在改进传统的粉末烧结法缺点的基础上,将过热的均匀熔体沿特定方向的温度梯度按一定速度非均匀冷却,使熔体依次结晶形成共晶组织。彻底消除了两相之间的非晶相界面,各组分之间以单晶的状态交互存在,致密度达到98%以上,保证了材料高温力学性能的稳定性。而目前的制备方法所得的共晶尺寸小、利用率较低,仅能达到实验室理论研究的要求,无法满足实际应用的需求。本文针对上述问题,基于成熟的单晶生长经验和设备,将水平定向凝固法（HDS法）引入到大尺寸Al2O3/YAG共晶陶瓷的制备中。通过改进温场设计和修正生长参数,提升共晶品质。...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
组成相晶胞模型:a)刚玉[19]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文应用。该方法的基本工艺是：将原料装入特制的坩埚中，两者置于炉腔内，加热炉的炉温最高点控制在略高于共晶熔点的附近。当坩埚通过加热区时，坩埚中的原料熔融；在向下抽拉的过程中，由于温度梯度的存在，坩埚中的熔体以一定速度自下而上结晶，直至生长结束。根据原料的属性，实验装置可选择高频炉或者电阻炉[11,12,30]。实验设备和共晶生长示意图如图 1-2 所示。该法最大的温度梯度约 200°C/cm，最大生长速率为 100mm/h。该方法的优点是能够实现较大直径（可达到 50mm）的柱状共晶或薄板状共晶的制备，而且可以通过设计坩埚的形状实现复杂形状共晶的制备，减少二次加工的难度和对晶体的浪费。缺点是陶瓷与坩埚直接接触，容器壁（厚 1mm～3mm）会对材料内部产生作用力，严重的应力可使共晶内部断层；熔体的开放表面积较小，熔体热对流产生的气泡不易析出，影响共晶质量；尽管坩埚可以重复利用，但高纯 Mo 或 Ir 坩埚的制造成本高。
图 1-3 μ-PD 法定向凝固装置示意图[31,32]Fig.1-3 Schematic diagram of μ-PD method for eutectic solidification[31,32] 边界外延生长法EFG(Edge-defined Film-Growth)是利用液体的毛细作用而开发的一种定法，生长示意图如图 1-4 所示。该设备主要包括高频感应加热线圈、钼制和绝缘绝热材料。将型模缓慢浸入盛有共晶熔体的坩埚中，当浸入量为2 左右时，在毛细作用下，熔体沿模壳中的细孔上升至与模具的上表面将与模具上表面相接触的籽晶提拉，即可连续生长共晶陶瓷化合物。在的热温度梯度达 400～1600°C/cm[26]。该方法只能通过籽晶来控制样品形提拉时方向很难控制，制备的试样尺寸小。目前，该方法的研究相对较
本文编号：3248524
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
组成相晶胞模型:a)刚玉[19]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文应用。该方法的基本工艺是：将原料装入特制的坩埚中，两者置于炉腔内，加热炉的炉温最高点控制在略高于共晶熔点的附近。当坩埚通过加热区时，坩埚中的原料熔融；在向下抽拉的过程中，由于温度梯度的存在，坩埚中的熔体以一定速度自下而上结晶，直至生长结束。根据原料的属性，实验装置可选择高频炉或者电阻炉[11,12,30]。实验设备和共晶生长示意图如图 1-2 所示。该法最大的温度梯度约 200°C/cm，最大生长速率为 100mm/h。该方法的优点是能够实现较大直径（可达到 50mm）的柱状共晶或薄板状共晶的制备，而且可以通过设计坩埚的形状实现复杂形状共晶的制备，减少二次加工的难度和对晶体的浪费。缺点是陶瓷与坩埚直接接触，容器壁（厚 1mm～3mm）会对材料内部产生作用力，严重的应力可使共晶内部断层；熔体的开放表面积较小，熔体热对流产生的气泡不易析出，影响共晶质量；尽管坩埚可以重复利用，但高纯 Mo 或 Ir 坩埚的制造成本高。
图 1-3 μ-PD 法定向凝固装置示意图[31,32]Fig.1-3 Schematic diagram of μ-PD method for eutectic solidification[31,32] 边界外延生长法EFG(Edge-defined Film-Growth)是利用液体的毛细作用而开发的一种定法，生长示意图如图 1-4 所示。该设备主要包括高频感应加热线圈、钼制和绝缘绝热材料。将型模缓慢浸入盛有共晶熔体的坩埚中，当浸入量为2 左右时，在毛细作用下，熔体沿模壳中的细孔上升至与模具的上表面将与模具上表面相接触的籽晶提拉，即可连续生长共晶陶瓷化合物。在的热温度梯度达 400～1600°C/cm[26]。该方法只能通过籽晶来控制样品形提拉时方向很难控制，制备的试样尺寸小。目前，该方法的研究相对较
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