Węglik krzemu ze względu na swoją dużą wytrzymałość mechaniczną, twardość i odporność na szoki termiczne jest perspektywicznym materiałem do wytwarzania ceramicznych form odlewniczych. Dzięki dużej dostępności, stosunkowo niskiej cenie oraz dzięki swym właściwościom fizykochemicznym jest szeroko stosowany w różnych dziedzinach, takich jak: budownictwo, inżynieria materiałowa, elektronika czy kosmonautyka.
Węglik krzemu charakteryzuje się także wysoką odpornością i stabilnością termiczną oraz wysoką przewodnością cieplną i elektryczną (Hirata Y. et al., 1998). W porównaniu z innymi tworzywami używanymi do produkcji przemysłowej ceramicznych form odlewniczych, SiC wykazuje kilkukrotnie większą przewodność cieplną wynoszącą 130 W/m•K w temperaturze 20°C. Dzięki dużej przewodności termicznej stosowanie SiC może stworzyć nowe możliwości sterowania makro- (wielkość ziarna) i mikrostrukturą (odległość międzydendrytyczna) odlewów, a co za tym idzie zwiększeniem ich wytrzymałości mechanicznej w podwyższonej temperaturze. Tym samym jednym z celów postawionych przed zespołem badawczym były badania nad otrzymaniem form odlewniczych z węglika krzemu. Zagadnienie to jest nowością w skali międzynarodowej. W ramach prowadzonych prac w projekcie PKAERO opracowano szereg kompozycji mas formierskich z SiC i przeprowadzono próby w skali półtechnicznej. Kolejnymi etapami były: wytworzenie i zbadanie form ceramicznych w skali półtechnicznej oraz przemysłowej, zalanie ich nadstopami niklu a następnie ocena właściwości łopatek. Wyniki okazały się na tyle interesujące, że zespół wykonawców dokonał zgłoszenia patentowego z tego zakresu (Małek M. i in., 2013).
| PEŁNA WERSJA ARTYKUŁU DO POBRANIA (PDF) | ||
| DR INŻ. PAWEŁ WIŚNIEWSKI |
||
 Pracownik Zakładu Projektowania Materiałów Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. Swoją aktywność zawodową koncentruje na zagadnieniach związanych z: różnymi technikami formowania materiałów – w tym na odlewnictwie precyzyjnym; zastosowaniem dodatków polimerowych do materiałów ceramicznych; projektowaniem, otrzymywaniem i charakteryzacją ceramicznych materiałów gęstych, porowatychoraz kompozytowych do różnych zastosowań technicznych; nanotechnologią oraz eksploatacją złóż gazu łupkowego. |
||
| p.wisniewski@inmat.pw.edu.pl |
| STRESZCZENIE: |
| W artykule przedstawiono wyniki badań technologicznych właściwości mas formierskich z węglika krzemu przeznaczonych do otrzymywania elementów silników lotniczych metodą odlewania precyzyjnego. Całkowite stężenie fazy stałej w ceramicznych masach lejnych z SiC wynosiło 65% wag. Spoiwem konstrukcyjnym był nanokompozyt polimerowo- ceramiczny zawierający nanocząstki Al2O3 (IE). Jako spoiwo modyfi kujące zastosowano wodny roztwór poli(alkoholu winylowego) (PVAL) 47-88 o ciężarze cząsteczkowym 47000 g/mol i stopniu hydrolizy 88%, który dodawano w ilościach 6, 10 i 15% w stosunku do proszku. Proszek SiC charakteryzowano z użyciem: wielkości cząstek metodą dyfrakcji laserowej, skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) oraz składu fazowego w dyfraktometrze rentgenowskim. Masy formierskie charakteryzowano pod względem: lepkości dynamicznej i względnej, gęstości, pH oraz adhezji do płyty (tzw. test płyty) oraz modelu woskowego. Pomiary te przeprowadzano przez 96 h w warunkach laboratoryjnych w temperaturze 21oC. Otrzymane wyniki pokazały, że masy lejne w układzie SiC, nanokompozyt oraz (PVAL) charakteryzują się obiecującymi właściwościami i mają szansę zostać zastosowane do otrzymywania części silników lotniczych. |
| SUMMARY The technological properties of SiC based slurries for manufacturing of ceramic shell moulds for aerospace industry |
|
In the present paper technological properties of silicon carbide slurries in manufacturing shell moulds for investment casting of aircraft turbine elements were studied. Ceramic SiC slurries with a solid concentration of 65 wt. % were applied. As a structural binder polymer nanocomposite containing nano Al2O3 was used. The poly(vinyl alcohol) (PVAL) 47-88 with molecular weight 47000 g/mol and hydrolysis degree 88%, used as a modifi cation binder was added at different amount: 6, 10, 15 wt. %. Characterization of SiC powder was made by: grain size by laser diffraction, Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray diffraction (XRD) methods. The properties of ceramic slurries such as: relative and dynamic viscosity, density, pH, plate (plate weight test) and wax adhesion were studied by a range of techniques. These measurements were taken in laboratory conditions by 96 hours at temperature 21oC.The results shows that slurries based on SiC, nanocomposite binder and PVAL meet the investment casting requirements of aircraft turbine parts and had promising properties. |
Newsletter