本文探討研究了制造型芯型殼一體化空心渦輪葉片方法相關(guān)內(nèi)容。

　　渦輪葉片是動(dòng)力設(shè)備的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)與材料的不斷改進(jìn)是人類(lèi)提高能源利用效率、獲得高性能裝備(發(fā)電設(shè)備)和產(chǎn)品(如飛機(jī))的關(guān)鍵。由于其處于溫度最高、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最?lèi)毫拥牟课欢涣袨榈谝魂P(guān)鍵件，并被譽(yù)為“王冠上的明珠”。因此，其制造技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外近20年來(lái)極為關(guān)注的重大技術(shù)問(wèn)題?？茖W(xué)家與工程技術(shù)人員一直在不懈地探索葉片設(shè)計(jì)、材料與制造的科學(xué)原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。渦輪葉片的性能水平(特別是承溫能力)成為熱動(dòng)力設(shè)備先進(jìn)程度的重要標(biāo)志，從某種意義上講，也是制造技術(shù)水平的顯著標(biāo)志之一。隨著我國(guó)對(duì)能源和動(dòng)力裝備發(fā)展的高效節(jié)能需求不斷增長(zhǎng)，葉片制造已經(jīng)成為我國(guó)熱動(dòng)力機(jī)械發(fā)展的主要瓶頸。隨著葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜和對(duì)材料熱性能要求的提高，傳統(tǒng)的葉片制造方法受材料與制造技術(shù)的制約，已難以滿(mǎn)足新型葉片的制造要求。

　　渦輪葉片制造工藝的現(xiàn)狀

　　為解決葉片承溫能力差和熱強(qiáng)度低的問(wèn)題，制造技術(shù)基本上沿著冷卻結(jié)構(gòu)制造和葉片材料高溫性能提高2個(gè)方向發(fā)展。在復(fù)雜冷卻結(jié)構(gòu)的成形方面，近幾年美國(guó)與俄羅斯采用了發(fā)汗冷卻和層板冷卻技術(shù)，進(jìn)一步提高了冷卻效率;但是如何高質(zhì)量低成本地制造出用于發(fā)汗冷卻的雙層壁已成為制約這種冷卻技術(shù)的一個(gè)主要因素。此外，冷卻介質(zhì)也發(fā)生著變化：由空氣冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝夂驼羝p工質(zhì)冷卻。雙工質(zhì)冷卻方式的發(fā)展，對(duì)葉片制造又提出了新的挑戰(zhàn)，即如何制造出2套空間交錯(cuò)的冷卻通道。渦流冷卻和氣膜使得結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，特別在葉片的壁厚和微細(xì)流道上，目前的發(fā)汗冷卻葉片對(duì)壁厚和氣流道的要求在0.5mm數(shù)量級(jí)，因此在制造技術(shù)上就要完成多尺度的結(jié)構(gòu)制造(葉片的外形和微小的流道結(jié)構(gòu))，這給制造技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)。

　　目前渦輪葉片的主要制造工藝是熔模鑄造。其工藝流程主要包括型芯模具的設(shè)計(jì)與制造、壓制型芯、蠟?zāi)Ｄ＞叩脑O(shè)計(jì)與制造、裝配注蠟、涂漿制殼、干燥型殼、脫蠟、燒結(jié)、澆注金屬、脫芯、激光打孔等環(huán)節(jié)。該工藝在大批量生產(chǎn)渦輪葉片方面有成形精度高、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但仍有以下幾方面的不足：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、成本高;工藝過(guò)程復(fù)雜，控制難度大，不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代;難以實(shí)現(xiàn)空間交錯(cuò)的空心葉片的制造;型芯型殼分開(kāi)成形，裝配時(shí)易產(chǎn)生定位誤差，葉片易穿孔，成品率低。

　　為了制造具有空間交錯(cuò)特點(diǎn)的冷卻通道，俄羅斯全俄航空材料研究院提出了型芯鑲嵌技術(shù)，它的特點(diǎn)是雙層壁，葉身上的細(xì)孔完全由組合的陶瓷型芯形成。但是型芯鑲嵌技術(shù)存在很多難點(diǎn)，例如需開(kāi)發(fā)數(shù)量眾多的用于制作細(xì)小型芯的模具;鑲嵌組合過(guò)程中，不易準(zhǔn)確定位，組合難度大等。

　　為了實(shí)現(xiàn)發(fā)汗冷卻技術(shù)，美國(guó)Allison公司開(kāi)發(fā)了鑄造冷卻Lamilloy技術(shù)，Lamilloy層板在金屬片上刻蝕出孔和通道，然后把金屬片焊接在一起，形成高效冷卻的層板合金。美國(guó)GE公司采用先制造出單晶空心并且?guī)Ю鋮s通道的葉片框架，然后用可清除掉的填充劑充填冷卻通道, 接著用電子束物理氣相沉積(EB-PVD)的方法形成表面層,最后將充填劑除掉，就形成了空心、雙層壁的發(fā)汗冷卻葉片。這種制造方法在沉積的表面層中，疏松高達(dá)7%，這一問(wèn)題目前還沒(méi)有解決;此外，空心葉片骨架的材料和沉積的表面層材料的熱膨脹不一致，易導(dǎo)致葉片斷裂。

　　隨著快速成型技術(shù)在精密鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展，可以用快速成型制造的原型替代蠟型，在其表面上涂掛耐火材料，然后焙燒，使原型材料燒蝕氣化后得到鑄殼，用于金屬零件的燒注成形?？焖俪尚图夹g(shù)也被用于直接成型陶瓷鑄型。例如：DTM公司研制了包覆樹(shù)脂的陶瓷粉末材料用選擇激光燒結(jié)(SLS)工藝成形并經(jīng)后處理，制成了用于熔模鑄造的陶瓷型殼。德國(guó)Generis公司的工藝路線(xiàn)是將砂粒鋪平之后，先用多通道噴頭向砂床均勻噴灑樹(shù)脂，然后由一個(gè)噴頭依據(jù)輪廓路徑噴射催化劑，催化劑遇樹(shù)脂后會(huì)發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)，使鑄型層層固化堆積成形。美國(guó) Soligen公司根據(jù)三維打印(3DP)原理開(kāi)發(fā)的直接型殼鑄造工藝以陶瓷粉末為造型材料，粘結(jié)劑選用硅溶膠。這種技術(shù)無(wú)需任何模具、夾具，可以快速成型復(fù)雜形狀的陶瓷鑄型;但是，用這種技術(shù)成型的鑄型尺寸精度、表面質(zhì)量以及鑄型的中高性能不高，不能滿(mǎn)足葉片鑄造的要求。西安交通大學(xué)結(jié)合葉片熔模鑄造技術(shù)、快速成型技術(shù)、凝膠注模技術(shù)，提出了空心渦輪葉片整體式陶瓷鑄型鑄造工藝。整體式陶瓷鑄型是指型芯型殼使用相同的材料，同時(shí)成形，無(wú)需組合裝配。這些都為復(fù)雜空心葉片制作探索了新的工藝方法。

　　基于光固化(SL)原型的空心葉片內(nèi)外結(jié)構(gòu)一體化制造方法

　　光固化快速成形(Stereolitho-graphy，SL)技術(shù)是目前快速成形技術(shù)中，成形精度最高的方法?？招娜~片內(nèi)外結(jié)構(gòu)一體化制造工藝的具體流程如圖1所示。具體包括：(1)在葉片三維模型的基礎(chǔ)上加上控制坯體外型的外殼、冷澆注系統(tǒng)和熱澆注系統(tǒng)，冷澆注系統(tǒng)用于陶瓷漿料灌注，熱澆注系統(tǒng)用于澆注高溫合金。(2)采用SL技術(shù)成型上述樹(shù)脂原型。(3)將配好的陶瓷漿料灌入樹(shù)脂中成型。(4)進(jìn)行陶瓷坯體干燥，脫脂，燒結(jié)。(5)燒注金屬。(6)去殼，脫芯。

　　與傳統(tǒng)熔模鑄造相比，這種新工藝具有以下特點(diǎn)：

　　(1)可以成型任意復(fù)雜的、具有空間交錯(cuò)特征的葉片內(nèi)腔。由于型芯是利用樹(shù)脂原型來(lái)成型，而不是用傳統(tǒng)的金屬模具來(lái)壓制的，使得型芯可以不受金屬模具的限制而任意成型。

　　(2)整體式陶瓷鑄型，型芯型殼使用相同的材料，同時(shí)成型，無(wú)需組合裝配。這樣可避免傳統(tǒng)工藝中由于陶瓷型芯與型殼熱膨脹率的差異而導(dǎo)致的陶瓷型芯受力斷裂、變形或者偏芯等缺陷，同時(shí)避免由組裝帶來(lái)的誤差及偏芯與穿孔的現(xiàn)象。

　　(3)由光固化快速成型機(jī)直接成型樹(shù)脂模具來(lái)代替，無(wú)需設(shè)計(jì)制作型芯壓制模具和蠟?zāi)Ｄ＞?。這樣可以快速開(kāi)發(fā)，簡(jiǎn)化工藝，降低成本，不受模具、夾具限制，易于更新?lián)Q代。

　　(4)型芯型殼一次成形，不用多次涂掛，這樣既減少了制殼時(shí)間，又不會(huì)因澆注時(shí)產(chǎn)生的溫差使型殼面層開(kāi)裂并跟背層脫開(kāi)。

　　(5)可以直接成型氣膜孔，并成型異形氣膜孔。這樣可省去激光打孔工藝，且做出激光打孔無(wú)法做出的異形孔。

　　試驗(yàn)研究

　　1 樹(shù)脂模具及其工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　利用光固化技術(shù)為凝膠注模成型提供包含有燃?xì)廨啓C(jī)葉片原型樹(shù)脂模具，燃?xì)廨啓C(jī)葉片原型是樹(shù)脂模具中最重要的部分，其內(nèi)部設(shè)計(jì)有復(fù)雜的冷卻通道。燃?xì)廨啓C(jī)葉片原型既可作為型殼制造的模型，又可作為陶瓷型芯成形模具。樹(shù)脂模殼與燃?xì)廨啓C(jī)葉片原型組合形成模具型腔，在樹(shù)脂模殼上設(shè)計(jì)有底注式陶瓷漿料注入系統(tǒng)，陶瓷漿料可通過(guò)該系統(tǒng)平穩(wěn)地注入模具型腔和燃?xì)廨啓C(jī)葉片內(nèi)部的冷卻通道中。金屬澆注系統(tǒng)原型用于制備陶瓷型澆注系統(tǒng)，從而引導(dǎo)高溫金屬液順利地注入陶瓷鑄型中。

　　2低粘度、低收縮率的陶瓷漿料制備

　　陶瓷漿料是整體式陶瓷鑄型的制造基礎(chǔ)。一方面，陶瓷漿料要具有較小的粘度和良好的流動(dòng)性，以保證漿料充滿(mǎn)復(fù)雜的模具型腔，特別是細(xì)小內(nèi)部冷卻通道，一般要求陶瓷漿料的粘度不大于1Pa& #8226;s;另一方面，為了保證陶瓷鑄型的綜合性能滿(mǎn)足葉片定向凝固、單晶鑄造工藝的要求，在保證成形工藝性的同時(shí)，應(yīng)選擇合適的基體材料、礦化劑以及粒度配比。

　　本研究選擇了濃度為18%的聚丙烯酸鈉作為分散劑，確定了最佳加入量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω=2.5%～3%，以粉料為參考)，通過(guò)顆粒級(jí)配技術(shù)降低了陶瓷漿料粘度，提高了固相含量，確定了合理的球磨時(shí)間(2h～3h)，制備了低粘度(0.675 Pa& #8226;s)、高固相(體積分?jǐn)?shù)υ=55%)的陶瓷漿料。陶瓷漿料的組成不僅影響其坯體成形工藝性、燒成性，而且直接影響陶瓷鑄型的室溫性能和高溫性能。課題組選擇了高純的粗細(xì)2種電熔剛玉粉末作基體材料(D50分別為25µm和5µm)，氧化鎂和氧化釔微粉作為礦化劑。氧化鎂、氧化釔起到降低燒結(jié)溫度、促進(jìn)陶瓷燒結(jié)等作用，氧化鎂還能抑制晶粒生長(zhǎng)，細(xì)化晶粒;它們分別與基體材料形成耐高溫共晶體(鎂鋁尖晶石和釔鋁石榴石)，改善陶瓷鑄型高溫性能。

　　3 整體式陶瓷鑄型干燥方法研究

　　被樹(shù)脂原型包裹的陶瓷坯體試樣，僅兩端不封閉，與空氣直接作用的陶瓷坯體表面積小，利用對(duì)流干燥，效率較低。對(duì)比空氣中(35℃)和真空環(huán)境下(10Pa～100Pa)陶瓷坯體試樣干燥失水率，結(jié)果表明：真空干燥4.5h后，陶瓷坯體失去了82.88%的水分，而空氣干燥陶瓷坯體僅失水7.85%。這是因?yàn)檎婵崭稍镞^(guò)程減小了周?chē)諝鈱?duì)陶瓷坯體的壓力，水分能夠比較容易地遷移到坯體表面，同時(shí)，真空干燥降低了水的沸點(diǎn)，加快了蒸發(fā)速度。研究了微波干燥的效果，微波干燥在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的水蒸汽無(wú)法及時(shí)排出，易使陶瓷坯體產(chǎn)生爆裂性裂紋;同時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)使樹(shù)脂原型發(fā)生熱變形，影響坯體精度和形狀。但真空干燥與對(duì)流干燥一樣，對(duì)于水基陶瓷漿料(如υ=55%)存在較大的干燥收縮率，因此，仍未解決坯體由于收縮受限而產(chǎn)生的開(kāi)裂問(wèn)題。

　　為了降低干燥收縮率并保證被樹(shù)脂模具包裹的細(xì)長(zhǎng)型芯干透，本研究將凍干技術(shù)應(yīng)用到陶瓷鑄型制備過(guò)程中，并初步制訂了凍干工藝。具體步驟為：先在-45℃將物料預(yù)凍，使坯體中水分迅速結(jié)成冰晶，然后抽真空并給坯體供給熱能(始終將坯體控制在液相共晶點(diǎn)(-3.8℃)以下-2℃～-5℃)，使坯體中的冰直接升華。由于陶瓷鑄型坯體中的水分直接由固態(tài)升華，沒(méi)有毛細(xì)作用力(干燥收縮驅(qū)動(dòng)力)，從而基本消除了干燥收縮(υ=55%，收縮率僅為0.2%～0.3%)，可以保持坯體原有的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。

　　4 焙燒過(guò)程中陶瓷鑄型強(qiáng)度變化規(guī)律

　　陶瓷鑄型坯體焙燒過(guò)程中不僅需要熱解脫除SL原型和其中的有機(jī)物，而且要燒結(jié)陶瓷鑄型，使之具有一定的室溫抗彎強(qiáng)度。不同焙燒溫度下陶瓷鑄型坯體的室溫抗彎強(qiáng)度變化曲線(xiàn)如圖2所示。起初，由于聚丙烯酰胺的三維網(wǎng)狀有機(jī)物的存在，陶瓷鑄型坯體具有加工的室溫抗彎強(qiáng)度達(dá)到12MPa，但隨著溫度升高，聚丙烯酰胺不斷熱解，強(qiáng)度會(huì)隨溫度的升高而快速降低，300℃時(shí)陶瓷鑄型坯體室溫抗彎強(qiáng)度下降到1.5MPa，隨后會(huì)更低，出現(xiàn)低強(qiáng)度區(qū)域(在500℃～900℃范圍內(nèi)僅為0.1MPa～0.3MPa)，此時(shí)僅僅依靠陶瓷顆粒本身堆積密度維持鑄型結(jié)構(gòu)。

　　以上研究表明：300℃之后，SL樹(shù)脂原型已經(jīng)碳化，不再會(huì)對(duì)鑄型產(chǎn)生較大的膨脹力。因此，為了安全地焙燒出SL樹(shù)脂原型，防止型殼開(kāi)裂，在達(dá)到300℃以前應(yīng)采取緩慢加熱工藝(20℃/h～30℃/h)，防止過(guò)大的熱應(yīng)力產(chǎn)生，另外通過(guò)在陶瓷漿料中添加2%～3%的聚酰胺亞(PI)來(lái)提高坯體在300℃時(shí)的抗彎強(qiáng)度，避免鑄型開(kāi)裂。加入PI和礦化劑(氧化鎂、氧化釔微粉)后的陶瓷坯體室溫抗彎強(qiáng)度隨溫度變化曲線(xiàn)如圖3所示。PI是一種熱固性樹(shù)脂粉末，加熱到100℃左右時(shí)，開(kāi)始軟化流動(dòng)，繼續(xù)加熱后會(huì)發(fā)生交聯(lián)固化;在500℃時(shí)開(kāi)始分解，600℃時(shí)加熱24h，失重僅為20%。因此，可以保證陶瓷鑄型在400℃溫度仍有較高的強(qiáng)度(1.6MPa)，而在300℃時(shí)的強(qiáng)度為5.3MPa。

　　在低強(qiáng)度區(qū)域，由于沒(méi)有填充材料支撐，陶瓷鑄型內(nèi)部型芯在自重的作用下極易坍塌，因此應(yīng)采取相應(yīng)的工藝措施，使零強(qiáng)度區(qū)域變窄。如前所述，加入PI可以延緩有機(jī)物的燒蝕速度;另外，通過(guò)加入少量的礦化劑微粉，可在一定程度上降低電熔剛玉陶瓷坯體的燒結(jié)溫度，也可減小低強(qiáng)度溫度區(qū)域?qū)挕?/P>

　　在900℃左右，陶瓷坯體抗彎強(qiáng)度開(kāi)始有所恢復(fù)，在1050℃達(dá)到了1.2MPa，主要原因是900℃～1200℃之間電熔剛玉中細(xì)小顆粒開(kāi)始融合，并與氧化鎂、氧化釔結(jié)合生成了多晶相MgAl2O4和3Y2O3& #8226;5Al2O3，它們分布在大顆粒未燒結(jié)的電熔剛玉顆粒間，使之相互間有一定的融合，陶瓷鑄型具有一定的抗彎強(qiáng)度，從而保證陶瓷鑄型的整體性。通過(guò)采取快速燒結(jié)工藝，以420℃/h～540℃/h的升溫速率快速通過(guò)500℃～900℃低強(qiáng)度區(qū)域，迅速建立燒結(jié)強(qiáng)度，防止內(nèi)部復(fù)雜的陶瓷型芯坍塌，是一種行之有效的辦法。整個(gè)焙燒工藝(見(jiàn)圖4)可以分成2個(gè)階段：在300℃之前緩慢焙燒脫除樹(shù)脂模具，300℃之后快速燒結(jié)，如圖5所示，陶瓷鑄型實(shí)例，其內(nèi)部型芯連接完好。

　　5 整體式陶瓷鑄型性能

　　整體式陶瓷鑄型材料成份確定之后，其燒成工藝性和綜合性能主要取決于燒結(jié)工藝(即終燒溫度、保溫時(shí)間、升溫速率)，提高整體式陶瓷鑄型的燒成率是制定燒結(jié)工藝的基礎(chǔ)。應(yīng)嚴(yán)格控制燒成收縮率，使之小于1%，同時(shí)獲得一定的室溫抗彎強(qiáng)度(一般大于10MPa)，以便于清理SL原型燒蝕后留下的灰燼，并保證其具有一定的高溫性能。陶瓷鑄型性能測(cè)試方法參照航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB5353.1-2004。

　　燒成收縮率和室溫抗彎強(qiáng)度隨著終燒溫度變化曲線(xiàn)如圖6所示，可以發(fā)現(xiàn)，隨著燒結(jié)溫度的升高，燒成收縮率和室溫抗彎強(qiáng)度也逐漸增大。當(dāng)燒結(jié)溫度高于1600℃時(shí)，燒成收縮率超過(guò)了1.2%，影響了陶瓷鑄型的完整性;當(dāng)燒結(jié)溫度低于1500℃時(shí)，室溫抗彎強(qiáng)度小于10MPa。另外，考慮到礦化劑反應(yīng)溫度，試驗(yàn)中確定1550℃為終燒溫度，此時(shí)燒成收縮率小于1%，而室溫抗彎強(qiáng)度大于10MPa。

　　燒成收縮率和室溫抗彎強(qiáng)度隨著終燒溫度變化曲線(xiàn)如圖6所示，可以發(fā)現(xiàn)，隨著燒結(jié)溫度的升高，燒成收縮率和室溫抗彎強(qiáng)度也逐漸增大。當(dāng)燒結(jié)溫度高于1600℃時(shí)，燒成收縮率超過(guò)了1.2%，影響了陶瓷鑄型的完整性;當(dāng)燒結(jié)溫度低于1500℃時(shí)，室溫抗彎強(qiáng)度小于10MPa。另外，考慮到礦化劑反應(yīng)溫度，試驗(yàn)中確定1550℃為終燒溫度，此時(shí)燒成收縮率小于1%，而室溫抗彎強(qiáng)度大于10MPa。

　　為滿(mǎn)足定向凝固和單晶澆注工藝要求的高溫型殼與型芯強(qiáng)度，課題組提出浸漬釔溶膠和二次燒結(jié)強(qiáng)化處理工藝，改善其高溫性能。未強(qiáng)化處理、空氣浸漬、真空下浸漬、真空下二次浸漬在1550℃下的抗彎強(qiáng)度和撓度對(duì)比如圖7、8所示。真空二次浸漬強(qiáng)化處理后，高溫抗彎強(qiáng)度由原來(lái)的1.0MPa提高至3.2MPa，而高溫?fù)隙扔稍瓉?lái)的3.0mm下降至0.8mm，達(dá)到了燃?xì)廨啓C(jī)葉片定向凝固、單晶鑄造工藝要求。通過(guò)X-ray分析發(fā)現(xiàn)，高溫性能之所以得到改善是因?yàn)橥ㄟ^(guò)強(qiáng)化處理增加了釔鋁石榴石的相對(duì)含量(真空二次浸漬后由6%～9%提高17%～20%)，而減少了氧化鋁的相對(duì)含量(由77%～82%降低至69%～71%)，釔鋁石榴石在未融化的粗大顆粒氧化鋁之間形成強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)，阻礙了低熔點(diǎn)的玻璃相流動(dòng)，從而改善了陶瓷鑄型的高溫性能。

　　表1為自制整體式陶瓷鑄型綜合性能指標(biāo)，AC-1是北京航空材料研究院研制的型殼材料性能。

　　樹(shù)脂模型向陶瓷鑄型及渦輪葉片精密鑄件轉(zhuǎn)換的方法可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外結(jié)構(gòu)同時(shí)成型，包括葉片身上的小孔和雙層壁孔?？梢钥闯?，渦輪葉片精度和表面質(zhì)量還有待進(jìn)一步提高。帶有變截面氣膜孔的燃?xì)廨啓C(jī)葉片精密鑄件的內(nèi)壁面是橢圓型，外壁面是矩形，該結(jié)構(gòu)具有更好的冷卻氣膜冷卻效果。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　(1)以光固化樹(shù)脂原型為基礎(chǔ)，結(jié)合凝膠注模成形技術(shù)，用于精密成形燃?xì)廨啓C(jī)葉片的型殼型芯整體式陶瓷鑄型制造方法，實(shí)現(xiàn)了激光固化樹(shù)脂原型向金屬葉片的快速轉(zhuǎn)換，克服了傳統(tǒng)陶瓷鑄型組合式制造工藝的缺點(diǎn)，保證型芯、型殼相互間的位置精度，提高了薄壁葉片生產(chǎn)合格率;同時(shí)，省去了型芯坯體脫模、型芯和蠟?zāi)盒突蛐托局g組合等工藝環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了復(fù)雜葉片制造工藝。

　　(2)提出了濕態(tài)陶瓷坯體冷凍干燥工藝，獲得了近零的干燥收縮工藝措施，避免了干燥應(yīng)力和裂紋的產(chǎn)生，揭示了其內(nèi)在機(jī)理;研究了不同物料組成的陶瓷坯體在燒結(jié)過(guò)程中的熱變形規(guī)律，并通過(guò)物料的控制和合理的燒結(jié)工藝實(shí)現(xiàn)近零燒成收縮;燒成收縮率小于0.5%，高于國(guó)內(nèi)已有數(shù)據(jù)，保證了整體式鑄型的完整性。

　　(3)研究了光固化原型熱膨脹量、熱應(yīng)力與升溫速度之間的規(guī)律，制訂了合理的熱解工藝，安全地?zé)g了樹(shù)脂原型，避免了陶瓷鑄型開(kāi)裂。

　　(4)對(duì)陶瓷漿料配方和燒結(jié)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)浸漬釔溶膠、二次燒結(jié)強(qiáng)化了鑄型的高溫性能，并研究了微觀結(jié)構(gòu)、物相組成與陶瓷鑄型性能之間的內(nèi)在規(guī)律。測(cè)試結(jié)果表明，在1550℃的高溫下，撓度可小于1.0%。

　　(5)制作出了具有復(fù)雜冷卻結(jié)構(gòu)和葉片壁面上變截面氣膜孔的鑄型，為新型葉片制造提供了新方法。