复杂陶瓷铸造型芯分层沉积挤出成型及其精确控制研究

基本信息
批准号:51775204
项目类别:面上项目
资助金额:68.00
负责人:樊自田
学科分类:
依托单位:华中科技大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘富初,凌宏江,俞彦勤,唐世艳,王黎迟,涂梭,龚小龙
关键词:
挤出成型复杂铸件陶瓷型芯分层沉积精确控制
结项摘要

The production of hollow single-crystal blade for aircraft engine is considered as the “crown jewel”, the key technology of which is fabricating the complicated ceramic mold with core that can work stably for a long time at a high temperature. However, their fabrication has so many difficulties, such as complicated process, low yield, high controlling demanding. Based on integral three dimensional printing of ceramic mold with core, this project combines high-strength ceramic mold with core material and layered deposition extrusion (LDE), in order to solve the problems of integral direct forming and precision control of complicated ceramic mold with core. The high-accuracy complicated ceramic mold with core will be obtained by studying new material system and its curing method of ceramic slurry for LDE, using the process of which includes integral precision forming, substep sintering and precise post-processing, and realizes patternless rapid precision forming of ceramic mold with core for complex castings. The main studies include the new ceramic material and binder system for LDE, controlling method of high-accuracy ceramic mold with core using integral precision forming method, controlling system of integral LDE forming equipment for ceramic mold with core, controlling method of precise post-processing and accuracy of complicated ceramic mold and core, et al. This study can provide the set of new technology for integral precision forming of the ceramic mold with core for complex precision castings, which has great theoretical and practical significance.

航空发动机空心单晶叶片的铸造成形被认为是制造业“皇冠上的明珠”,其首要的关键是制备耐高温不变形的精密复杂陶瓷型芯,制造过程复杂、成品率低、控制难度大。本项目基于三维整体打印陶瓷型芯思想,将高强度陶瓷型芯材料与分层沉积挤出成型(Layered Deposition Extrusion,简称 LDE)结合起来,研究复杂陶瓷铸造型芯整体直接成型及精确控制难题。拟通过研究LDE用陶瓷浆料新材料体系及其固化方法,实现整体精确成形、分步烧结陶瓷化、精准后处理等过程控制,获得高精度复杂整体陶瓷型芯,实现复杂铸件用陶瓷型芯的无模快速精确成形。主要研究基于LDE的陶瓷型芯材料及其粘结剂新体系、高精度陶瓷型芯整体精确成形控制方法、陶瓷型芯整体LDE成形装备控制系统、复杂陶瓷型芯精准后处理措施与精度控制策略等。本项目研究成功将为复杂精密铸件用陶瓷型芯整体精确成形提供成套新技术奠定基础,具有重要的理论与实际意义。

项目摘要

针对航空航天、汽车领域复杂铸件陶瓷型芯制造的过程复杂、成品率低、控制难度大等难题,本项目将高强度陶瓷芯材料与分层沉积挤出成型相结合,制备复杂铸造陶瓷型芯。研制构建了基于分层沉积挤出成型原理的陶瓷型芯高精度成形装置及控制系统,研究了陶瓷浆料挤出成型特征;研究了陶瓷浆料分层沉积挤出成型的精度影响因素,进行了铁基与铝基合金浇注;研究了基于分层沉积挤出成型陶瓷型芯的铸造特征及性能改善机理;研究了可用于制备复杂悬空陶瓷型芯试样所需的支撑材料体系;为提高陶瓷芯的溃散性降低铸后清理难度,研究了可溶性陶瓷芯、盐芯等材料及制备工艺方法。研究结果表明:1)单头与双头挤出成型装备,通过气压控制可实现较高精度的陶瓷坯体挤出成形,浆料经针管挤出时,针管直径越大、长度越小,浆料沿程能量损失就越小;2)当氧化铝固含量为50vol.%,挤出头内径为0.40mm,层高取值为挤出头内径的70%,打印速度为10mm/s时,陶瓷型芯坯体试样的尺寸精度与表面精度较好,优化材料配方后,采用0.26mm内径挤出头,陶瓷型芯试样表面粗糙度为12.5微米,浇注后的铸件表面粗糙度(Ra为6~9微米)良好,且不会发生界面反应,此外表面涂层可进一步提高型芯试样的表面精度;3)采用淀粉基与盐基支撑材料结合双头沉积成型装置可制备陶瓷悬空构件,其中淀粉可在陶瓷烧结过程中(约500℃)完全去除,盐基可在陶瓷烧结后在水或弱酸中去除;4)以氧化铝与高岭土质量比为4:1粉末为基体材料,当纳米MgO加入量为1wt.%时,氧化铝基陶瓷型芯试样综合性能最好;5)通过复合粘结剂改性,低温烧结(700~900℃)制备可溶氧化铝芯,低温烧结后不仅具有较高强度(10MPa以上)还具有良好的溃散性,尺寸收缩1%以下,通过加入氧化硅改善氧化钙基陶瓷芯的吸湿与溃散性,当氧化钙与氧化硅摩尔比为2.45时,1200℃烧结后氧化钙基陶瓷芯抗弯强度强度10MPa以上,100℃水温下,陶瓷芯试样在70s左右即可完全溃散。本项目研究为复杂精密铸件用陶瓷型芯整体精确成型提供了一套新技术方法,具有重要的理论与实际意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
2

基于多模态信息特征融合的犯罪预测算法研究

基于多模态信息特征融合的犯罪预测算法研究

DOI:
发表时间:2018
3

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

DOI:
发表时间:2020
4

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

DOI:10.3799/dqkx.2020.083
发表时间:2020
5

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018

樊自田的其他基金

批准号:51075163
批准年份:2010
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:50275058
批准年份:2002
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:51375187
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:50575085
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

分层介质中复杂目标电磁特性的快速精确分析

批准号:60701005
批准年份:2007
负责人:丁大志
学科分类:F0119
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
2

基于材料挤出和光固化复合成型的智能陶瓷刀具增材制造工艺机理研究

批准号:51805212
批准年份:2018
负责人:徐杰
学科分类:E0508
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

气辅挤出口模的完全滑移非粘着挤出成型机理的研究

批准号:50273012
批准年份:2002
负责人:柳和生
学科分类:E0304
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
4

镁合金航空铸件用复杂砂芯成型性及溃散性调控机制

批准号:51375187
批准年份:2013
负责人:樊自田
学科分类:E0508
资助金额:80.00
项目类别:面上项目