氧化鋁基共晶陶瓷定向凝固過程的研究.pdf

1、氧化鋁基共晶陶瓷具有熔點(diǎn)高、力學(xué)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，有望成為新一代超高溫結(jié)構(gòu)材料。若將其應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，可大大提高渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的工作溫度。本文首先計(jì)算模擬了氧化鋁基共晶陶瓷的定向凝固過程，優(yōu)選了合適的工藝參數(shù)，然后以ZM法（Zone-melting method，簡稱ZM法）制備了Al2O3/MgAl2O4/ZrO2共晶陶瓷。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下：
　　計(jì)算模擬研究了鎢、鉬、石墨坩堝材料對ZM法制備共晶陶瓷的影響。通過對熔區(qū)長度

2、、溫度梯度以及化學(xué)性質(zhì)等因素進(jìn)行分析，確定鉬為最佳坩堝材料。
　　考察了坩堝壁溫、生長速率等工藝參數(shù)對共晶陶瓷固液界面形態(tài)的影響，以及共晶生長過程中固液界面形態(tài)的演化。當(dāng)坩堝壁溫由2080℃升至2290℃時(shí)，固液界面由凸界面向平界面過渡，在2190℃時(shí)達(dá)到平界面，而后轉(zhuǎn)變?yōu)榘冀缑?；坩堝壁溫越高，固液界面前沿的溫度梯度越大；共晶陶瓷軸心到邊緣中心之間，固液界面前沿的溫度梯度變化較小，約為30~50℃/cm，而在共晶陶瓷邊緣中心與邊緣

3、之間，其值變化顯著，約為250~320℃/cm；當(dāng)固液界面接近平界面時(shí)，隨著凝固的進(jìn)行，界面形態(tài)無明顯變化；當(dāng)固液界面表現(xiàn)為凸界面或凹界面時(shí)，在生長起始階段形態(tài)變化不大，在生長結(jié)束階段其凸出高度或凹陷深度變化顯著；不管固液界面表現(xiàn)為何種形態(tài)，隨著凝固的進(jìn)行，熔區(qū)長度均有不同程度的增加；當(dāng)坩堝半徑為4mm時(shí)，生長速率的減小可降低固液界面的凸出高度，即降低生長速率有利于平界面的形成。
　　研究了ACRT工藝參數(shù)以及坩堝半徑對流場的影響

4、。在坩堝旋轉(zhuǎn)減速階段，坩堝右下角與中央頂部的熔體保持順時(shí)針流動(dòng)，中央底部與右上角的熔體保持逆時(shí)針流動(dòng)，且隨著旋轉(zhuǎn)速度減小，流動(dòng)減緩；在坩堝反向加速階段，坩堝右下角與中央頂部的熔體表現(xiàn)出逆時(shí)針流動(dòng)，中央底部與右上角的熔體表現(xiàn)出順時(shí)針流動(dòng)，且隨著旋轉(zhuǎn)速度加大，流動(dòng)加劇。此外，坩堝旋轉(zhuǎn)加速度ωa、坩堝最大轉(zhuǎn)速ωmax、坩堝半徑r的增大，恒速時(shí)間t2的縮短，均會(huì)導(dǎo)致熔體對流強(qiáng)度增大。
　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果優(yōu)選了控制參數(shù)，采用ZM法制備了Al2