Учёные Уфимского университета науки и технологий (УУНиТ) создали инновационную керамическую смесь для изготовления полых лопаток газотурбинных двигателей. Эта смесь значительно увеличивает прочность формообразующих стержней, снижает их деформацию при термообработке и уменьшает вероятность разрушения в процессе литья. Разработку специалисты защитили патентом.

Речь идёт о керамическом стержне, который используется при литье по выплавляемым моделям. Он формирует внутреннюю полость лопатки, поэтому от его прочности и стабильности размеров напрямую зависит геометрия готовой детали. При обжиге и заливке жаропрочным сплавом стержень испытывает значительные тепловые нагрузки и может деформироваться или разрушиться.

Новая смесь построена преимущественно на электрокорунде. В её составе также используются 12,5% плавленой двуокиси кремния, 0,2–0,5% диоксида титана в анатазной модификации и 1–2% карбида кремния. Для формирования заготовок применяется парафиновый пластификатор с полиэтиленом и добавлением 7–8% пчелиного воска.

Именно сочетание компонентов должно обеспечить нужные свойства стержня после обжига. Плавленая двуокись кремния помогает уменьшить температуру спекания и облегчает последующее удаление керамики из готовой отливки. Диоксид титана активизирует спекание и рекристаллизацию корундовой основы, а карбид кремния повышает температуру начала деформации.

Отдельно разработчики оптимизировали размер частиц. Основу гранулометрической структуры формируют фракции 100–120 и 30–40 мкм, а более мелкие частицы размером 3–10 мкм заполняют оставшиеся поры. Эта структура должна уменьшать неравномерную усадку и риск коробления сложного стержня.

Испытания показали заметную разницу с использовавшимся ранее составом. Для оптимального варианта предел прочности при изгибе достиг 24–26 МПа, тогда как у сравниваемого прототипа этот показатель составлял около 5–8 МПа. Линейную усадку удалось удержать на уровне 0,12–0,14%, а глубина взаимодействия материала стержня со сплавом ЖС6У составила 0,04–0,06 мм.