航空航天技術(shù)的迅猛發(fā)展迫切需求具有高推重比、高效率和高可靠性的航空渦扇發(fā)動機(jī),而提高其內(nèi)部的渦輪前進(jìn)口溫度將有效地提高發(fā)動機(jī)的推力和效率,但服役環(huán)境（高溫、高負(fù)荷、復(fù)雜應(yīng)力和熱沖擊等）的愈加苛刻,對結(jié)構(gòu)材料的性能要求也越來越高。氧化鋁基復(fù)合共晶陶瓷以其輕質(zhì)、高熔點、高比強(qiáng)度、優(yōu)異的高溫抗氧化性能和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點,能夠減輕發(fā)動機(jī)渦輪葉片的質(zhì)量和降低渦輪葉片的冷氣量,并可在高溫氧化環(huán)境中長期工作,日益受到國內(nèi)外研究人員的廣泛重視。定向凝固制備技術(shù)在改進(jìn)傳統(tǒng)的粉末燒結(jié)法缺點的基礎(chǔ)上,將過熱的均勻熔體沿特定方向的溫度梯度按一定速度非均勻冷卻,使熔體依次結(jié)晶形成共晶組織。徹底消除了兩相之間的非晶相界面,各組分之間以單晶的狀態(tài)交互存在,致密度達(dá)到98%以上,保證了材料高溫力學(xué)性能的穩(wěn)定性。而目前的制備方法所得的共晶尺寸小、利用率較低,僅能達(dá)到實驗室理論研究的要求,無法滿足實際應(yīng)用的需求。本文針對上述問題,基于成熟的單晶生長經(jīng)驗和設(shè)備,將水平定向凝固法（HDS法）引入到大尺寸Al₂O₃/YAG共晶陶瓷的制備中。通過改進(jìn)溫場設(shè)計和修正生長參數(shù),提升共晶品質(zhì)。... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

組成相晶胞模型:a)剛玉[19]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文應(yīng)用。該方法的基本工藝是：將原料裝入特制的坩堝中，兩者置于爐腔內(nèi)，加熱爐的爐溫最高點控制在略高于共晶熔點的附近。當(dāng)坩堝通過加熱區(qū)時，坩堝中的原料熔融；在向下抽拉的過程中，由于溫度梯度的存在，坩堝中的熔體以一定速度自下而上結(jié)晶，直至生長結(jié)束。根據(jù)原料的屬性，實驗裝置可選擇高頻爐或者電阻爐[11,12,30]。實驗設(shè)備和共晶生長示意圖如圖 1-2 所示。該法最大的溫度梯度約 200°C/cm，最大生長速率為 100mm/h。該方法的優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)較大直徑（可達(dá)到 50mm）的柱狀共晶或薄板狀共晶的制備，而且可以通過設(shè)計坩堝的形狀實現(xiàn)復(fù)雜形狀共晶的制備，減少二次加工的難度和對晶體的浪費(fèi)。缺點是陶瓷與坩堝直接接觸，容器壁（厚 1mm～3mm）會對材料內(nèi)部產(chǎn)生作用力，嚴(yán)重的應(yīng)力可使共晶內(nèi)部斷層；熔體的開放表面積較小，熔體熱對流產(chǎn)生的氣泡不易析出，影響共晶質(zhì)量；盡管坩堝可以重復(fù)利用，但高純 Mo 或 Ir 坩堝的制造成本高。

圖 1-3 μ-PD 法定向凝固裝置示意圖[31,32]Fig.1-3 Schematic diagram of μ-PD method for eutectic solidification[31,32] 邊界外延生長法EFG(Edge-defined Film-Growth)是利用液體的毛細(xì)作用而開發(fā)的一種定法，生長示意圖如圖 1-4 所示。該設(shè)備主要包括高頻感應(yīng)加熱線圈、鉬制和絕緣絕熱材料。將型模緩慢浸入盛有共晶熔體的坩堝中，當(dāng)浸入量為2 左右時，在毛細(xì)作用下，熔體沿模殼中的細(xì)孔上升至與模具的上表面將與模具上表面相接觸的籽晶提拉，即可連續(xù)生長共晶陶瓷化合物。在的熱溫度梯度達(dá) 400～1600°C/cm[26]。該方法只能通過籽晶來控制樣品形提拉時方向很難控制，制備的試樣尺寸小。目前，該方法的研究相對較


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