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[学位]

凝胶注模碳化硅陶瓷基涡轮叶片素坯干燥/固化收缩控制工艺

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Author:

白树钊 (白树钊.)

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学位论文库

Abstract:

涡轮叶片是燃气轮机和航空发动机的热端核心部件。基于光固化成型和凝胶注模技术的碳化硅陶瓷材料的制造方法,为涡轮叶片的制造提供了一种新的途径。该制造方法中,干燥和固化收缩使陶瓷叶片素坯的尺寸精度迅速下降。因此,降低陶瓷叶片素坯的干燥和固化收缩率具有重要意义。
提出固体干燥方法,有效降低了陶瓷素坯的干燥收缩率。采用CaO粉体作为固体干燥剂,探明了CaO干燥剂的粒径尺寸,单体交联环境以及环境湿度对素坯干燥收缩率的影响规律。结果表明:浇注浆料后将素坯自然静置2h,然后选择粒径2μm的CaO干燥剂,在温度40℃和相对湿度40%的环境下对素坯进行固体干燥,素坯的干燥收缩率降低至0.12%;在相同温度和湿度条件下,相比于加热干燥,固体干燥降低了陶瓷素坯干燥前期的失水速率、延长了等速干燥阶段的时间并提高了凝胶结构均匀性,因此降低了素坯干燥收缩率。
通过优化浆料制备和碳纤维添加工艺,降低了陶瓷素坯的固化收缩率。分析了颗粒间作用势能与颗粒间距的关系,确定了陶瓷浆料的最佳固相含量。采用了基于Dinger-Funk方程的颗粒最紧密堆积模型,得到了三级级配的颗粒最优体积分数比。优化了短碳纤维添加工艺,结果表明:短碳纤维的引入有效降低了素坯的固化收缩率和收缩各向异性。连续碳纤维预制体工艺显著降低了陶瓷素坯的固化收缩率;通过添加碳纤维,连续碳纤维预制体的固化收缩率降低至0.015%,相比优化前降低86.73%。
通过优化叶片素坯摆放角度和采用型面补偿工艺,有效减小了叶片素坯的固化变形。分析了摆放角度对叶片素坯固化扭曲变形的影响规律,结果表明:叶片素坯摆放角度为315°时,叶片素坯后缘的固化扭曲变形减至0.129°,相比减小84.86%。建立了基于节点变形的型面补偿模型,利用有限元软件和逆向精度软件对叶片素坯的型面补偿过程进行了迭代分析,结果表明:型面补偿工艺将叶身负平均偏减小至0.177 mm,变形量减小42.16%;叶身z=85截面在X、Y轴方向分别平移0.116 mm与0.069 mm,扭曲旋转0.04°,尺寸精度良好。

Keyword:

干燥 固化收缩 涡轮叶片 航空发动机 碳化硅陶瓷

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学机械工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 鲁中良

Year: 2016

Language: Chinese

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 2

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