Лопатки реактивной турбины из монокристаллов, как они формируются?

Я ничего не знаю о кристаллах, хотя я знаю немного больше о реактивных турбинных двигателях, и я точно знаю, что вы не хотите, чтобы лопасть вентилятора ударялась о корпус вентилятора.

Причина, приведенная в документальном фильме о производстве лопаток реактивных турбин, который я смотрел, казалась правдоподобной. Это монокристалл, потому что вы хотите уменьшить расширение из-за тепла, и монокристаллы, по-видимому, могут этого достичь.

Может ли кто-нибудь кратко объяснить, как монокристаллы избегают расширения из-за тепла по сравнению с многокристаллическими материалами.

Кроме того, как образуются монокристаллы?

В Википедии есть краткая заметка «Монокристаллы».

Еще одним применением монокристаллических твердых тел является материаловедение при производстве высокопрочных материалов с низкой термической ползучести, таких как лопатки турбин. Здесь отсутствие границ зерен фактически приводит к снижению предела текучести, но, что более важно, уменьшает величину ползучести, которая имеет решающее значение для высокотемпературных деталей с жесткими допусками.

Эта статья о лопатках турбины из монокристалла должна представлять интерес, включая подробное описание производственного процесса в печи Бриджмена. Он также немного говорит о границах зерен и термической ползучести, но, к сожалению, не вдается в подробности, кроме того, что говорится о дефектах и ​​механизмах разрушения на границах зерен, где начинается термическая ползучесть.

Ответы (3)

Ладно, признаюсь, я ничего не знаю о реактивных турбинах, но кое-что знаю о кристаллах. Занятые узлы решетки монокристалла взаимодействуют с хорошим перекрытием атомных орбиталей. Если у вас есть металл с d-блоком, то вы получаете стандартные взаимодействия dd и dp, как и предсказывает модели жесткой связи и Хаббарда.

Границы зерен – это границы между монокристаллами. Они возникают из-за наличия какого-то дефекта (вставить длинное обсуждение дефектов и их последствий?). Силы притяжения между границами зерен не так сильны, как в монокристалле в целом, они часто являются точками излома материала. Это связано с плохим перекрытием атомных орбиталей. Чем больше перекрытие атомных орбиталей, тем больше ковалентный вклад в связывание (общий результат уравнения Клопмана-Салема).

Когда вы нагреваете твердое тело, атомы смещаются из узлов решетки. При больших усилиях это смещение мало. С более слабыми силами вы получаете гораздо больше «тряски». Чем больше колебаний относительно равновесной конформации, тем больше расширяется твердое тело.

Следовательно, чем больше границ зерен, тем больше тепловое расширение. Я бы предположил, что именно это и происходит в данном случае, но, как я уже сказал, я ничего не знаю о реактивных турбинах!

Монокристаллы выращивают в лаборатории. Я помню, как целую вечность ждал в своих студенческих лабораториях органической химии, ожидая, пока мой раствор выкристаллизуется, затем мне стало скучно, и я разбил его!

В общем, мы имеем маленькую наночастицу в растворе. Это разовьет лица. Частицы будут осаждаться на гранях и растить кристалл в соответствии с симметрией исходной частицы. Вот почему мы говорим о грани (111) кристалла и т. д. Разные кристаллы имеют разную симметрию и, следовательно, разную структуру.

Если вы не будете терпеливы при выращивании кристаллов, вы получите порошки!

Большое спасибо за ваше время, Ангус, это был выпуск канала Discovery, который я смотрел о Rolls Royce. Я просто воспринимал материаловедение как должное, а теперь нет, наблюдать за процессом было увлекательно.
Нет проблем, более чем рад помочь! :)
Да, теперь, когда вы это сказали, я думаю, они действительно сказали, что долго ждали, чтобы отрастить лезвие.

Монокристаллические лопатки реактивной турбины выращиваются существенно иначе, чем большинство кристаллов. В следующей статье приводится подробная информация о некоторых используемых процессах НИОКР и крупномасштабного производства.

http://www.tms.org/superalloys/10.7449/1980/superalloys_1980_205_214.pdf

Спасибо за ответ! Этикет на этом сайте заключается не только в том, чтобы давать ссылки, но и в том, чтобы кратко обобщать. (Что делать, если ссылка устарела?) Подойдет даже скопированный фрагмент.
@BlackbodyBlacklight, мне известно лишь небольшое количество информации в этой области, поэтому я отложил поиск в Google. В тех случаях, когда я знаю гораздо больше, я все равно постараюсь дать ответ кратко, потому что набирать (и читать) такой ответ занимает слишком много времени.

Я не уверен, что тепловое расширение поликристаллов намного больше, чем монокристаллов ( http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/14/Jresv14n5p523_A1b.pdf , рис. 13). В статье в Википедии, которую вы цитируете, говорится, что монокристаллы имеют более высокую прочность при ползучести при высоких температурах, поэтому они могут обеспечить более высокий КПД турбины.

@AngusTheMan: я понимаю, что более мелкие зерна могут дать больший КТР. Я просто сомневаюсь, что это может дать гораздо больший КТР, поскольку большая часть материала все еще «объемная», если только размер зерна не сравним с размером атома.