陶瓷零件增材制造技术及在航空航天领域的潜在应用

陶瓷零件因其强度高、密度低、耐高温及耐腐蚀等特点在航空航天领域具有广阔的应用前景。然而,陶瓷零件的传统制造方法存在周期长、成本高、依赖模具且难以制造复杂结构等问题,极大限制了陶瓷零件在航空航天领域的应用。增材制造技术是一种基于"离散-堆积"成型原理、由三维数据驱动直接制造零件的方法。与传统制造方法相比,增材制造技术具有设计自由度高、产品研发周期短、制造成本低等优势,可以无需模具快速制造复杂结构陶瓷零件。在简要阐述增材制造原理和特点的基础上,系统地分析了采用三维打印、激光选区烧结、激光选区熔化、熔融沉积造型、分层实体制造、光固化成型等技术制造陶瓷零件的研究现状及存在的问题。最后,对陶瓷零件增材制造技术在航空航天领域的潜在应用进行了分析与展望。     

整体式氧化钙基陶瓷铸型在涡轮叶片精铸中的应用前景

涡轮叶片作为航空发动机的第一关键部件,其制造能力已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。陶瓷铸型制备是叶片制造的关键环节,铸型材料和制备工艺对叶片制造质量具有直接影响。基于光固化3D打印技术的型芯/型壳一体化陶瓷铸型制造技术为复杂空心涡轮叶片的快速制造提供了一种新的工艺方法。CaO具有使用温度高、高温化学稳定性好、热膨胀系数与高温合金相近,且易脱除、价格低廉等优点,是一种理想的铸型材料。分析了氧化钙基陶瓷铸型在涡轮叶片精铸中的优势与存在的问题,介绍了整体式氧化钙基陶瓷铸型制备的研究进展,并探讨了整体式氧化钙基陶瓷铸型在涡轮叶片精铸中的应用前景。     

多孔氧化锆陶瓷光固化工艺及压缩性能研究

在传统陶瓷成型工艺中,制备具有复杂多孔结构的高性能陶瓷样件向来是一大难点,随着增材制造技术的引入,对于所成型样件结构的限制大大减少,但如何利用增材技术实现多孔样件的稳定制备是关键问题。针对光固化陶瓷增材成型这一制备工艺,进行了成型以及烧结过程工艺参数的研究与优化,结果表明,对于面投影式光固化陶瓷成型适用的曝光时间为5s、成型层厚为30μm、烧结温度为1480℃,利用该参数可成型具有规则多孔单元的氧化锆结构,其显微硬度及致密度分别为13.91GPa以及95%。利用工业CT模型重建,并与理论模型比对,发现多孔样件在宏观尺度上均匀;而利用压缩测试与有限元仿真对照,静态应力分布、弹性阶段动态压缩结果以及断口微观形貌均表明多孔样件在压缩性能上已达到其理论强度。通过光固化成型高性能多孔氧化锆样件,可为航空领域中轻量化设计提供新的选择。     

激光增材制造技术在涡轮叶片中的应用

基于激光增材制造技术可快速、精确地制造出任意复杂形状零件的特点,以带复杂冷却内腔结构的航空发动机涡轮叶片为研究对象,对激光增材制造技术在涡轮叶片制备过程中的工程应用特点和难点进行了研究,并提出相应解决措施。研究结果显示,激光增材制造技术在降低零件制造成本和减少零件交货周期方面具有显著优势,但在材料力学性能、表面粗糙度、位置及型面公差、气膜孔收缩率及机械加工定位点等方面依然存在挑战。     

关于叶片陶瓷型芯研制与生产专业化的思考

对航空发动机涡轮叶片陶瓷型芯的需求及材料、结构和工艺进行了分析,提出了陶瓷型芯研制与生产专业化问题的看法和建议。     

定向空心叶片的陶瓷型芯

随着发动机叶片冷效的提高，用于制造空心叶片的陶瓷型芯必须承受结构复杂、工作条件苛刻的压力。本文着重阐述了几种用于定向空心叶片陶瓷型芯材料的组成、性能及成形工艺特点。     

工艺所推出陶瓷型芯模具和增力夹紧装置

工艺所推出陶瓷型芯模具和增力夹紧装置涡轮叶片陶瓷型芯模具制造技术和模具快速增力夹紧装置，已由北京航空工艺研究所研制成功并通过专家鉴定。这套制造技术完整、实用、成本低，符合工程化要求；快速增力夹紧装置结构新颖，操作简便，为陶瓷型芯制坯提供了新装备，可满...     

增材制造——面向航空航天制造的变革性技术

增材制造技术在航空航天应用方面具有单件小批量的复杂结构快速制造优势,未来将向着设计、材料和成形一体化方向发展。分析了增材制造在航空航天领域应用发展的3个层面,以航空发动机涡轮叶片增材制造、高性能聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料、连续纤维增强树脂复合材料及太空3D打印为主题,介绍了增材制造技术国内外以及西安交通大学的研究状况。涡轮叶片应用增材制造工艺可以有效提高效率降低成本,未来向高性能的高温合金和陶瓷基复合材料增材制造技术发展。高性能轻质聚合物PEEK及其复合材料增材制造在高力学性能结构件、吸波功能件的成形中得到应用,将改变现有的设计与材料,推动结构与功能一体化发展。连续纤维复合材料增材制造将带动无模具纤维复合材料成形的新发展,在太空3D打印将改变未来航空航天制造模式。增材制造技术将给航空航天制造技术带来变革性发展。     

聚合物先驱体转化法制备多孔陶瓷的研究进展

聚合物转化陶瓷(polymer derived ceramics,PDCs)制备技术简单,烧结温度低,可设计性强,40年来得到了极大的发展。本文综述了多孔PDCs的研究进展,包括模板法、发泡法、冷冻铸造技术、增材制造技术等制备方法;此外,还对陶瓷前驱体如聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷等分子侧链设计以调整陶瓷产物的组成、微结构、力学性能等的研究现状进行了综述;提出未来发展的方向是增材制造技术制备多孔 PDCs及陶瓷前驱体分子层面的设计。     

先进陶瓷黏结剂喷射增材制造技术发展与展望

在过去的20年中,陶瓷黏结剂喷射增材制造技术已经成为制造复杂陶瓷构件的一种革命性方法,特别是在航空航天、生物医疗、电子信息等多个关键领域展现出显著的应用潜力与价值。本文全面回顾了此技术的基础原理、材料选择、工艺流程、性能特征及制造缺陷,并针对未来的挑战和目标进行了深入展望。文中首先详细概述了该技术的成型原理,对其与其他增材制造工艺的优势和局限进行了对比分析;然后综合总结了国际研究进展,重点包括陶瓷粉末的性能与处理、黏结剂的配置与其在粉床中的动力学行为、工艺参数的调整与后续致密化工艺,并讨论了这些因素如何影响初坯和最终制件的密度、孔隙结构、组织特性及性能;最后,基于现有研究成果和应用局限,本文对粉末原材料、黏结剂的设计、工艺参数优化等方面提出了前瞻性的发展建议。本篇综述旨在为理解和应用陶瓷黏结剂喷射增材制造提供全面的科学研究和工程实践指导。     

先进陶瓷材料胶态成型工艺研究进展

重点介绍了几种主要陶瓷胶态成型工艺，包括注射成型、注浆成型、凝胶泣模成型、直接凝固注模成型、水解辅助固化成型和电泳浇注成型。对上述工艺的原理、工艺过程及特点进行了比较，并提出了陶瓷成型工艺的关键问题。     

纳米陶瓷复合材料研究进展

介绍了纳米陶瓷复合材料的研究进展，包括纳米陶瓷复合材料的制备工艺、材料性能、纳米补强增韧机理以及纳米与传统补强增韧方法并用技术。     

燃烧合成TiN陶瓷

采用燃烧合成工艺制备ＴｉＮ陶瓷件。压坯由７０μｍＴｉ加１５μｍＴｉＮ稀释剂经干压而成,孔隙率为４５％。压坯与８０ＭＰａＮ２反应合成ＴｉＮ陶瓷件。密度为理论密度的７５％。稀释剂为１５μｍ ＴｉＮ粉末,是由７０μｍＴｉ粉与８ＭＰａＮ２反应合成。对产物进行了ＸＲＤ相分析和ＳＥＭ微观组织分析。     

新型SiOC 陶瓷前驱体的合成及性能

采用四甲基四乙烯基环四硅氧烷(TMTVS)与四甲基环四硅氧烷(TMS)通过阳离子开环聚合反应制备了含Si—H及Si—CH=CH2官能团的聚硅氧烷.用红外、核磁、凝胶渗透色谱及热重分析对该聚硅氧烷进行了表征,结果表明其结构与设计相吻合,其分子量、黏度及Si—H、Si—CH=CH2的比例可以通过改变原料比例来调节.这种新型聚硅氧烷用作SiOC陶瓷前驱体具有低黏度、高陶瓷产率等特点.     

气孔率及渗油量对陶瓷蒸发腔火焰稳定性的影响

在模型加力燃烧室上,对不同气孔率及不同渗油量时陶瓷蒸发腔稳定器的火焰稳定性进行了实验研究,结果表明:在主供油和主供油+渗油的情况下,有一个比较适宜的气孔率,此时,贫油熄火边界最宽。在仅渗油的情况下,气孔率大的陶瓷稳定器熄火边界宽。      

氧化物陶瓷基复合材料研究进展

从基体和纤维的选择、制备工艺等几方面综述了国内外氧化物陶瓷基复合材料的研究现状，着重阐述了溶胶-凝胶法、化学气相渗透法、反应熔体浸渗法、先驱体浸渗热解法、电泳沉积法、浆料浸渗热压和浆料浸渗结合氧化物先驱体浸渗热解法等氧化物基复合材料制备工艺原理及其优缺点。并提出了发展氧化物陶瓷基复合材料应解决的关键问题。     

陶瓷基复合材料火箭发动机推力室研究进展

综述了陶瓷基复合材料火箭发动机推力室国外最新研究进展,介绍了国内在此方面的研究现状,最后对陶瓷基复合材料推力室在国内的发展及应用进行了展望.     

SiC陶瓷纤维先驱体的研究动态

对国内外SiC系列陶瓷纤维先驱体的主要合成方法及工艺进行了总结,比较了各种方法所得先驱体的产率,杂元素含量,分子形状形态,分子量及其分布等结构参数,先驱体可纺性以及对应烧成纤维的力学性能。提出降低先驱体中杂元素含量,改善其可纺性及先驱丝的强度,提高陶瓷收率是SiC系列陶瓷纤维先驱体分子设计的方向。     

热压工艺对SiO2f／SiO2复合材料结构与力学性能的影响

采用真空热压烧结工艺制备了SiO2短纤维补强增韧的SiO2玻璃陶瓷基复合材料，研究了烧结温度和保温时间对其显微结构和力学性能的影响规律，结果表明，SiO2f/SiO2复合材料的强度和韧性较石英玻璃有明显改善；延长热压保温时间、提高烧结温度、虽有利于材料致密化，但析晶量增加和纤维退化更严重，复合材料的强度和断裂韧性随之下降。