用于铌硅合金熔模铸造的陶瓷型壳的制备及其与铌硅合金之间的界面反应

Nb-Si基合金由于具有熔点高（大于1750℃）、密度低、强度高等优点，有望成为1200-1400℃，甚至更高温度使用的航空发动机高温结构材料。因此，制备性能优良的用于Nb-Si基合金熔模铸造的陶瓷型壳则变得至关重要。本文从型壳制备的原材料出发，研究了原材料和型壳制备工艺对陶瓷型壳性能的影响，并对陶瓷型壳与铌硅合金之间的界面反应进行了研究。实验结果发现，粘结剂的选择上，采用碳酸锆氨溶胶和钇溶胶制备的陶瓷型壳的性能较硅溶胶体系和醋酸锆溶胶体系制备的陶瓷型壳的性能有所改善。干燥工艺中，采用ZrO2粉与碳酸锆氨体系较钇溶胶体系制备的陶瓷型壳的层间干燥时间短，生产效率高。型壳的烧结工艺采用温度1550℃，保温4h时所得型壳的综合性能最佳。ZrO2粉粒度分布呈“双峰分布”时，制备的涂料具有良好的流变性，制备的陶瓷型壳面层的致密性最好，陶瓷型壳抗弯强度可达5.06MPa，陶瓷型壳的气孔率可达29.1%。随着粉液比的减小，涂料的粘度随之减小，陶瓷型壳面层的致密性变差，陶瓷型壳的强度减小，显气孔率增大，高温自重变形量增大。由ZrO2粉和钇溶胶制备的型壳试样与Nb-Si合金之间的界面反应结果表明：在1900℃下，陶瓷型壳与铌硅合金之间界面反应不明显；而在2000℃下，陶瓷型壳与铌硅合金之间发生了一定的界面反应，反应层厚度仅为200-325μm；界面反应通过单向传输进行，界面反应层出现Hf元素的聚集，Hf元素与陶瓷型壳间发生高温化学反应生成氧化物。通过界面反应说明所制备的陶瓷型壳可用于Nb-Si合金的熔模铸造。