氧化鋁陶瓷型芯的製作方法以及脫芯方法

2023-07-15 17:02:51

專利名稱：氧化鋁陶瓷型芯的製作方法以及脫芯方法
技術領域：
本發明涉及一種氧化鋁陶瓷型芯的製作方法，還涉及這種氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法。
技術背景氧化鋁陶瓷型芯用於形成澆鑄溫度高、凝固時間長的金屬鑄件的複雜內腔，特別適用於 定向凝固和單晶生長條件下高溫合金渦輪葉片的生產。高溫合金空心葉片生產對用於形成內腔的陶瓷型芯有著既苛刻又相互矛盾的要求 一是 要求有良好的高溫抗蠕變性能；二是要求能溶於酸或鹼而便於脫芯。公知的氧化鋁陶瓷型芯由(3-八1203和玻璃相添加劑促進燒結，雖然具有優異的高溫抗蠕變性能，但燒結溫度高於150(TC,而且脫芯困難，且存在較大的燒結收縮，導致氧化鋁陶瓷型 芯燒結成品率低，而且形狀越複雜，燒結成品率越低。上述氧化鋁陶瓷型芯採用高溫玻璃相燒結，很難解決高溫抗蠕變性能與燒結溫度的矛盾。 玻璃相添加劑越多，燒結溫度越低，但高溫抗蠕變性能越差。上述氧化鋁陶瓷型芯燒結後總是出現一定的燒結收縮，這種收縮由於埋燒受阻導致陶芯 開裂。針對上述氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法是，通過玻璃相直接在熔融鹼中的溶解脫芯，高溫 玻璃相燒結使傳統的氧化鋁陶芯燒結後的開口孔隙率很小，熔融鹼不能進入陶芯的內部，脫 芯過程是陶芯表面的溶蝕，因而脫芯時間長，脫芯時間為25 30h。 發明內容為了克服現有技術氧化鋁陶瓷型芯燒結溫度高、脫芯時間長的不足，本發明提供一種氧 化鋁陶瓷型芯的製作方法，採用固相反應燒結，燒結溫度低，而且高溫抗蠕變性能好。本發明還提供上述氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法，採用沸水處理，以及反覆鹼煮一溶解一 鹼煮的方法，加速熔融鹼向陶芯內部滲透、反應與溶解過程，可以明顯提高脫芯速度。本發明解決其技術問題所釆用的技術方案 一種氧化鋁陶瓷型芯的製作方法，其點是包 括下述步驟(a) 將重量百分比為70 85%的剛玉粉與重量百分比為15 30%活性氧化鋁以及重量百 分比為1 5%石墨粉，進行球磨混合10 30小時，球料比為1:2;(b) 將增塑劑加熱至60 7(TC，逐步加入到歩驟(a)的球混料中，繼續攪拌混合2 3 小時，製成氧化鋁陶瓷型芯增塑料；(c) 用熱壓注的方法將步驟(b)的增塑料壓製成陶瓷型芯，熱壓注溫度為50 6(TC;(d) 用氧化鋁粉將陶瓷型芯填埋於匣缽中，然後進行預燒；預燒工藝為4 6小時內由 室溫升至500'C，在50(TC保溫3 5小時，後在2 3小時內繼續加熱至115(rC,在115(rC保溫1 2小時，然後隨爐冷卻；(e) 將預燒後的陶瓷型芯從氧化鋁粉中取出進行終燒，終燒溫度為1350 150(TC，保溫 時間為2 3小時。一種上述氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法，其特點是包括下述步驟-(a) 將氫氧化鉀加熱至400 450'C形成熔融鹼液；(b) 將帶有氧化鋁陶瓷型芯的鑄件加熱至100 15(TC，然後置於熔融鹼液中浸泡6 10 小時，使熔融鹼與陶芯中的活性氧化鋁充分反應；(c) 抽取真空至-0.09MPa後充填惰性氣氛至0.3MPa,重複4 6個循環，將帶有氧化鋁 陶瓷型芯的鑄件從氫氧化鉀鹼液中取出，迅速置於沸水中4 6小時，使反應產物在水中充 分溶解；(d) 重複步驟(b)、 (c)，直到氧化鋁陶瓷型芯完全潰散脫除。 本發明的有益效果是由於採用固相反應燒結，預燒與終燒兩步燒結的方法，燒結溫度由現有技術的高於1500'C下降為1350 1500'C，而且高溫抗蠕變性能好；陶瓷型芯成型過程 中採用揮發性孔隙形成劑，控制氧化鋁陶芯燒結完成後的孔隙率；也正是由於陶瓷型芯成型 過程中採用揮發性孔隙形成劑，使得陶瓷型芯具有較高的孔隙率，脫芯時熔融鹼能進入陶瓷 型芯的內部，使陶瓷型芯整體潰散。本發明採用沸水處理，以及反覆鹼煮一溶解一鹼煮的方 法，加速了熔融鹼向陶芯內部滲透、反應與溶解過程，脫芯速度由現有技術的25 30小時降 為10 16小時，提高了脫芯速度。下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。


圖1是本發明氧化鋁陶瓷型芯的製作方法流程圖。 圖2是本發明氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法流程圖。 圖3是本發明氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法中脫芯機理示意圖。圖中，l一剛玉粉顆粒、2—活性氧化鋁顆粒、3—熔融鹼液、4一熔融鹼與活性氧化鋁的 反應產物、5 —沸水。
具體實施方式
本發明氧化鋁陶瓷型芯的製作方法參照圖1。實施例l:將180目的剛玉粉75g、 250目的剛玉粉265g和325目的剛玉粉290g與150g的活性 氧化鋁以及30g石墨粉，進行球磨混合10小時，球料比為1:2。將由8g聚乙烯、22g蜂蠟以及160g石蠟組成的增塑劑加熱至60。C，逐步加入到上述的球混料中，繼續攪拌混合2小時，製成氧化鋁陶瓷型芯增塑料。用熱壓注的方法將上述增塑料按照要成型的葉片壓製成陶瓷型芯，熱壓注溫度為50'C。 用氧化鋁粉將上述陶瓷型芯填埋於匣缽中，然後進行預燒；預燒工藝為4小時內由室溫升至500'C，在50(TC保溫3小時，後在2小時內繼續加熱至115(TC，在1150'C保溫1小時，然後隨爐冷卻。將預燒後的陶瓷型芯從氧化鋁粉中取出進行終燒，終燒溫度為1350°C,保溫時間為3 小時。實施例2:將180目的剛玉粉63g、 250目的剛玉粉220g和325目的剛玉粉275g與200g的活性 氧化鋁以及50g石墨粉，進行球磨混合20小時，球料比為1:2。將由10g聚乙烯、20g蜂蠟以及170g石蠟組成的增塑劑加熱至65'C，逐步加入到上述的球 混料中，繼續攪拌混合2.5小時，製成氧化鋁陶瓷型芯增塑料。用熱壓注的方法將上述增塑料按照要成型的葉片壓製成陶瓷型芯，熱壓注溫度為55'C。用氧化鋁粉將上述陶瓷型芯填埋於匣缽中，然後進行預燒；預燒工藝為5小時內由室溫 升至55(TC，在550'C保溫4小時，後在2.5小時內繼續加熱至1200'C，在1200'C保溫1.5小時， 然後隨爐冷卻。
將預燒後的陶瓷型芯從氧化鋁粉中取出進行終燒，終燒溫度為141CTC，保溫時間為 2.5小時。實施例3:將180目的剛玉粉51g、 250目的剛玉粉255g和325目的剛玉粉204g與300g的活性 氧化鋁以及10g石墨粉，進行球磨混合30小時，球料比為1:2。將由6g聚乙烯、27g蜂蠟以及147g石蠟組成的增塑劑加熱至7(TC，逐步加入到上述的球混 料中，繼續攪拌混合3小時，製成氧化鋁陶瓷型芯增塑料。用熱壓注的方法將上述增塑料按照要成型的葉片壓製成陶瓷型芯，熱壓注溫度為6(TC。用氧化鋁粉將上述陶瓷型芯填埋於匣缽中，然後進行預燒；預燒工藝為6小時內由室溫 升至600。C，在600。C保溫5小時，後在3小時內繼續加熱至1100。C，在1100'C保溫2時，然後隨 爐冷卻。將預燒後的陶瓷型芯從氧化鋁粉中取出進行終燒，終燒溫度為150(TC，保溫時間為2 小時。本發明氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法參照圖2、圖3。 實施例4:將氫氧化鉀加熱至40(TC形成熔融鹼液3。將帶有氧化鋁陶瓷型芯的鑄件加熱至150'C，然後置於熔融鹼液3中浸泡10小時，使熔融鹼液3與陶芯中的活性氧化鋁顆粒2充分反應。抽取真空至-0.09MPa後充填惰性氣氛至0.3MPa，重複4 6個循環，將帶有氧化鋁陶瓷 型芯的鑄件從熔融鹼液3中取出，迅速置於沸水5中4小時，使熔融鹼與活性氧化鋁的反應產 物4在沸水5中充分溶解。重複上述步驟，直到氧化鋁陶瓷型芯上活性氧化鋁顆粒2 M離剛玉粉顆粒1，達到完全 潰散脫除。實施例5:將氫氧化鉀加熱至43(TC形成熔融鹼液3。將帶有氧化鋁陶瓷型芯的鑄件加熱至13(TC，然後置於熔融鹼液3中浸泡8小時，使熔融鹼 液3與陶芯中的活性氧化鋁顆粒2充分反應。抽取真空至-0.09MPa後充填惰性氣氛至0.3MPa，重複4 6個循環，將帶有氧化鋁陶瓷 型芯的鑄件從熔融鹼液3中取出，迅速置於沸水5中5小時，使熔融鹼與活性氧化鋁的反應產 物4在沸水5中充分溶解。重複上述步驟，直到氧化鋁陶瓷型芯上活性氧化鋁顆粒2脫離剛玉粉顆粒1,達到完全 潰散脫除。實施例6:將氫氧化鉀加熱至450'C形成熔融鹼液3。將帶有氧化鋁陶瓷型芯的鑄件加熱至10(TC，然後置於熔融鹼液3中浸泡6小時，使熔融鹼 液3與陶芯中的活性氧化鋁顆粒2充分反應。抽取真空至-0.09MPa後充填惰性氣氛至0.3MPa，重複4 6個循環，將帶有氧化鋁陶瓷 型芯的鑄件從熔融鹼液3中取出，迅速置於沸水5中6小時，使熔融鹼與活性氧化鋁的反應產 物4在沸水5中充分溶解。重複上述步驟，直到氧化鋁陶瓷型芯上活性氧化鋁顆粒2脫離剛玉粉顆粒1，達到完全 潰散脫除。
權利要求
1、一種氧化鋁陶瓷型芯的製作方法，其特徵在於包括下述步驟(a)將重量百分比為45～66％的剛玉粉與重量百分比為15～30％活性氧化鋁以及重量百分比為1～5％石墨粉，進行球磨混合10～30小時，球料比為1∶2；(b)將18～20％增塑劑加熱至60～70℃，逐步加入到步驟(a)的球混料中，繼續攪拌混合2～3小時，製成氧化鋁陶瓷型芯增塑料；(c)用熱壓注的方法將步驟(b)的增塑料壓製成陶瓷型芯，熱壓注溫度為50～60℃；(d)用氧化鋁粉將陶瓷型芯填埋於匣缽中，然後進行預燒；預燒工藝為4～6小時內由室溫升至500～600℃，在500～600℃保溫3～5小時，後在2～3小時內繼續加熱至1100～1200℃，在1100～1200℃保溫1～2小時，然後隨爐冷卻；(e)將預燒後的陶瓷型芯從氧化鋁粉中取出進行終燒，終燒溫度為1350～1500℃，保溫時間為2～3小時。
2、 根據權利要求l所述的氧化鋁陶瓷型芯的製作方法，其特徵在於所述的剛玉粉，其 級配組成包括180目的10 15%、 250目的40 50%和325目的35 50%。
3、 根據權利要求l所述的氧化鋁陶瓷型芯的製作方法，其特徵在於所述的增塑劑，其 成分包括重量百分比為1 3%的聚乙烯、重量百分比為5 10%的蜂蠟以及重量百分比為87 94%的石蠟。
4、 一種權利要求l所述氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法，其特徵在於包括下述步驟(a) 將氫氧化鉀加熱至400 45(TC形成熔融鹼液；(b) 將帶有氧化鋁陶瓷型芯的鑄件加熱至100 15(TC，然後置於熔融鹼液中浸泡6 10 小時，使熔融鹼與陶芯中的活性氧化鋁充分反應；(c) 抽取真空至-0.09MPa後充填惰性氣氛至0.3MPa,重複4 6個循環，將帶有氧化鋁 陶瓷型芯的鑄件從氫氧化鉀鹼液中取出，迅速置於沸水中4 6小時，使反應產物在水中充 分溶解；(d) 重複歩驟(b)、 (c)，直到氧化鋁陶瓷型芯完全潰散脫除。
全文摘要
本發明公開了一種氧化鋁陶瓷型芯的製作方法，採用固相反應燒結，預燒與終燒兩步燒結的方法，燒結溫度由現有技術的高於1500℃下降為1350～1500℃，而且高溫抗蠕變性能好。本發明還公開了一種上述氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法，由於在氧化鋁陶瓷型芯製作過程中採用了揮發性孔隙形成劑，使得成型後的氧化鋁陶瓷型芯具有較高的孔隙率，脫芯時熔融鹼能進入氧化鋁陶瓷型芯的內部，使氧化鋁陶瓷型芯整體潰散。本方法採用沸水處理，以及反覆鹼煮—溶解—鹼煮的方法，加速了熔融鹼向陶芯內部滲透、反應與溶解過程，脫芯速度由現有技術的25～30小時降為10～16小時，提高了脫芯速度。
文檔編號B22C9/10GK101229975SQ20081001722
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月4日 優先權日2008年1月4日
發明者多貴英, 張立同, 徐永東, 成來飛 申請人:西北工業大學