航空航天特种耗材

航空发动机单晶涡轮叶片的精密铸造过程中使用的特种陶瓷型芯耗材，是决定单晶叶片内部复杂冷却气膜孔成型精度的核心工艺材料，它的性能水平直接决定了单晶叶片的铸造合格率和最终的内部冷却通道精度，是先进航空发动机制造产业链中不可或缺的核心特种耗材。过去这类高性能陶瓷型芯耗材的技术长期被国外企业垄断，不仅价格极其昂贵，供货周期长达半年以上，还经常出现供货批次性能不稳定的问题，严重制约了我国先进航空发动机的批量生产效率。国内特种耗材研发团队通过12年的持续技术攻关，开发出了拥有自主知识产权的稀土改性高性能陶瓷型芯耗材，彻底打破了国外的垄断，将我国单晶涡轮叶片的铸造合格率从过去的不足20%提升到了70%以上，为我国先进航空发动机的规模化生产扫清了关键的工艺耗材障碍。

传统的二氧化硅基陶瓷型芯，在1600℃以上的高温合金浇注环境下，容易出现高温蠕变变形，无法满足新一代大尺寸单晶空心叶片的复杂内腔成型精度要求。国内研发团队创新性地在传统的二氧化硅基体中，添加了经过纳米化处理的稀土氧化钇改性组分，这些稀土组分在高温烧结过程中会和二氧化硅反应，在型芯内部生成大量高熔点的稳定稀土硅酸盐相，大幅提升了型芯的高温抗形变性能。这款国产稀土改性陶瓷型芯的高温荷重软化温度达到了1680℃，在1650℃的高温合金浇注环境下，保温30分钟后的高温形变量不到0.03%，不到传统普通陶瓷型芯的1/5，完全不会出现型芯变形导致的叶片内腔尺寸超差的问题。同时研发团队通过精准控制型芯内部的孔隙率和孔隙尺寸分布，让型芯在叶片铸造完成后，可以使用浓度更低的高压碱溶液快速溶解除去，脱芯效率比传统型芯提升了2倍，完全不会在叶片内部的复杂细小冷却通道中留下任何残留杂质，避免了传统脱芯工艺中容易出现的通道残留堵塞问题。

在工程化批量应用阶段，研发团队开发出了全自动的陶瓷型芯注射成型生产线，型芯的尺寸加工精度控制在±0.015毫米以内，不同生产批次之间的性能偏差控制在3%以内，实现了极其稳定的大批量一致性生产。应用这款国产稀土改性陶瓷型芯耗材后，我国大涵道比发动机的高压涡轮单晶叶片的铸造合格率从过去的18%提升到了72%，叶片的制造成本降低了75%，生产周期缩短了60%，彻底解决了过去长期困扰国内航空发动机制造企业的“型芯等米下锅”的被动局面。目前这款国产特种陶瓷型芯耗材不仅全面供应国内所有航空发动机制造企业，还批量出口到了国际多个航空发动机制造厂商，在全球航空发动机特种耗材市场中占据了一席之地。在此基础上，研发团队还开发出了面向航天火箭发动机涡轮泵复杂铸件的系列化特种陶瓷型芯耗材，全面支撑了我国新一代大推力液体火箭发动机的复杂铸件精密铸造制造，推动我国高端精密铸造特种耗材的整体技术水平进入国际领先行列。