多层壁陶瓷型芯内腔熔芯的制备及性能研究

张 朋，李 鑫，季惠明，牛书鑫，姚建省，王丽丽，李晓雷

(1.天津大学 材料科学与工程学院，天津 300350;2.中国航发北京航空材料研究院，北京100095)

空心涡轮叶片作为航空发动机的重要热端部件，需要在高温高压的恶劣环境下长期工作，其材料开发、加工制造与叶片结构设计是提升承温能力的关键。表面打孔的多层层板冷却设计集冲击冷却和气膜冷却于一体，这种设计在提高对流换热水平的同时也减弱了冲击造成的换热不均现象，可将涡轮叶片的冷却效果提升约300 ℃[1-3]，涡轮叶片的承温能力可提升至1 600 ℃甚至更高。作为铸造时形成叶片内冷通道的陶瓷型芯也呈现多层壁复杂结构，多层陶瓷型芯的制造技术是空心涡轮叶片的关键技术之一[1-7]。

目前，多层壁陶瓷型芯的制备方法主要有3D打印成型和预制夹芯两种方法。3D打印成型依靠光固化陶瓷打印技术实现，其研究重点集中在光固化助剂的制备及商用低黏度浆料的设计研发。GE公司[8]采用光固化3D打印技术制备了简单结构的多层壁陶瓷型芯，制备的型芯制件性能与注射成型型芯无明显差异。Hu等[9]利用光固化3D打印技术实现了多层壁陶瓷型芯的制备，但整个过程存在浆料沉降、型芯烧结变形等问题。李涤尘[10]和Wu等[11-12]采用光固化3D打印技术制备了含多层壁型芯的一体化型芯/型壳，但采用该方法制备的陶瓷型芯存在明显性能波动的缺点，难以保证同批次产品的稳定性。目前，光固化陶瓷打印技术仍存在浆料沉降、型芯性能调控难、无法批量化生产等问题，使该技术无法实现工业化。……