论文部分内容阅读
熔模铸造技术作为近净成型工艺,是应用于航空航天领域中具有复杂结构的高端设备和组件的关键技术之一。由于传统型壳的低服役性很难满足各种金属及其复杂结构件的特殊要求,并且型壳废料排放带来的环境污染问题也愈加严重。因此,迫切需要进一步开发一种具有更高强度、薄壁以及更少废料排放的型壳创新设计和制壳工艺。由于型壳强度与型壳厚度存在相互制约的关系,因此需要开发一种新颖的方法来解决该问题。短切纤维作为复合材料的增强材料已经在许多领域得到成功应用,这些实践对于薄壁型壳的研究极具价值。但是,应注意的是与常规复合材料不同,在使用过程中,型壳的性能会随着温度的变化而改变。基于此必须对型壳进行控制,使其具有较高的常温强度、合宜的焙烧后强度、较低的残留强度以及优异的透气性。因此,在流态化反应器中短切纤维可以散布在型壳中并建立多层网格结构,研究其对型壳性能的影响规律,期望在理论上为改进及进一步发展熔模铸造用型壳提供技术支持。本文采用气流铺覆纤维的方式,选择φ3-5μm×4-6 mm的硅酸铝和φ9-11μm×4-9mm的蒲绒纤维作为增强材料交替铺覆到硅溶胶型壳背层涂料表面,以期提高硅溶胶型壳的性能。纤维的加入量是通过其铺覆时间以及在铺覆装置中的初始加入量和剩余量之差所决定,试验中优先铺覆硅酸铝纤维,铺覆时间为1 s、3 s、5 s、7 s、9 s;随后铺覆蒲绒纤维,铺覆时间为2 s、4 s、6 s、8 s、10 s,两种纤维初始加入量均为1000mg。主要研究两种纤维不同的加入量对硅溶胶型壳常温强度、焙烧后强度的影响规律,并测试了常温强度性能良好试样的残留强度、透气性以及高温自重变形量。试验结果表明,当硅酸铝纤维铺覆量一定时,不断增加蒲绒纤维的铺覆量,型壳试样强度都表现出先增后减的变化规律:其中当硅酸铝纤维铺覆量为18.3 mg,蒲绒纤维铺覆量达到3.2 mg时,型壳试样常温强度达到最大值3.87 MPa,较未添加纤维试样的常温强度高出52.96%;同时型壳试样的焙烧后强度也达到最大值5.58 MPa,较未添加纤维的型壳试样强度高出35.44%;相同纤维加入量下的型壳试样残留强度仅为6.38 MPa,较空白试样的残留强度降低了16.05%。型壳透气性的试验结果发现当硅酸铝纤维铺覆量为18.3 mg,蒲绒纤维铺覆量为3.2 mg时,型壳透气性明显增加;型壳在该纤维加入量时的高温自重变形量也达到最小值0.62%,可以满足熔模铸造对型壳的要求。通过研究硅酸铝/蒲绒纤维铺覆量对硅溶胶型壳性能的影响规律发现:通过改变纤维加入量可以对型壳性能加以改善,其中当硅酸铝纤维铺覆量为18.3 mg,蒲绒纤维铺覆量达到3.2 mg时,可以有效增强型壳常温强度、焙烧后强度并可同时降低残留强度提高型壳透气性。