بررسي اثر اندازه ذرات فيوزد سيليكا بر رفتار مكانيكي و شيميايي ماهيچه‌هاي سراميكي پايه سيليس

The effect of fused silica grain size on the chemical and mechanical properties of silica based ceramic cores

توربين گازي از پره‌هاي هم‌محوري تشكيل‌شده كه تحت دماي كاري و تنش‌هاي بسيار بالا هستند. ازاين‌رو كانال‌هايي به‌منظور سبك‌سازي و نيز عبور جريان هوا از درون پره، توسط ماهيچه‌هاي سراميكي فدا شونده، تعبيه مي‌شود. ماهيچه سراميكي پايه سيليس، با توجه به پايداري حرارتي عالي و عدم واكنش‌پذيري شيميايي در برابر فلزات مذاب براي ريخته‌گري دقيق پره‌هايي از جنس سوپر آلياژ پايه نيكل، كانديداي مناسبي است. وجود سيليس آمورف باعث كاهش ضريب انبساط حرارتي، افزايش شوك پذيري و ايجاد قابليت تخليه مناسب پس از ذوب ريزي مي‌شود. هدف از اين مطالعه بررسي اثر اندازه ذرات فيوزد سيليكا بر رفتار‌هاي مكانيكي و شيميايي اين ماهيچه‌ها است. نمونه‌هاي موردمطالعه به روش قالب‌گيري تزريقي شكل‌دهي و به مدت ۵ ساعت در دماي °C۱۲۵۰ زينتر شدند. نتايج اندازه‌گيري‌هاي فيزيكي، مكانيكي و بررسي‌ ريزساختاري حاكي از آن است كه نمونه حاوي درشت‌ترين اندازه دانه، بيشترين ميزان استحكام (05/11Mpa) را داشته و با كاهش اندازه ذرات، استحكام ماهيچه نيز كاهش پيداكرده است (به ترتيب 18% و 9% در نمونه‌هاي با اندازه دانه‌متوسط و ريز). اين رفتار با تغييرات درصد تخلخل باز نمونه‌ها، هماهنگ است، به اين معنا كه كمترين ميزان تخلخل نيز در نمونه حاوي درشت‌ترين ذرات اندازه‌گيري شده است. از سوي ديگر بيشترين قابليت ليچينگ در نمونه‌هاي با اندازه ذرات درشت مشاهده‌شده و اين پارامتر در نمونه با دانه‌بندي متوسط و ريز به ترتيب ۳% و 20% كاهش‌يافته است.

Gas turbines are made up of coaxial blades that are subjected to high operating temperatures and strain. So, some necessary cooling holes are embedded using ceramic cores to lighten and improve airflow across the blade. Because of its great thermal stability and chemical resistivity against molten metals, silica-based ceramic cores are an excellent candidate for investment casting of nickel-based superalloys. After melting, the presence of amorphous silica reduces the coefficient thermal expansion (CTE) of the ceramic core, increases shock resistance, and generates proper leachability. The purpose of this research was to investigate the effect of fused silica particle size on the mechanical and chemical properties of silica-based ceramic cores. The samples were sintered for 5 hours at 1250 ° C after being created by the injection molding method. Physical, mechanical, and microstructural studies revealed that the sample with the biggest grain size showed the maximum strength (11.05 MPa) and this parameter decreased by particle size declined, (18% and 9%, respectively for medium and fine grain sizes). This tendency is consistent with changes percentage of open porosity of the samples, indicating that the sample with the largest particle size represented the lowest porosity. The highest leachability, on the other hand, was detected in samples with large particle sizes, while this characteristic was lowered by 3% and 20% in samples with medium and fine grain sizes, respectively.