航空發動機葉片用矽基陶瓷型芯的製備方法

2023-09-11 23:33:25

專利名稱：航空發動機葉片用矽基陶瓷型芯的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種陶瓷型芯，更特別地說，是指一種適用於航空發動機葉片用的高 純二氧化矽陶瓷型芯的製備方法。
背景技術：
眾所周知，推重比是衡量航空發動機的性能的一個重要指標，燃氣渦輪是航空發 動機的心臟。要提高航空發動機的推重比，首先要提高渦輪的燃氣溫度。自20世紀50年 代以來，各先進國家生產的航空發動機的推重比，平均每年提高16%，渦輪前溫度則以每年 20°C 25°C的速度升高。提高渦輪前溫度主要有2種途徑提高材料的承溫能力和空心葉 片的冷卻技術。目前先進的發動機渦輪前溫度要達到1757°C，受金屬熔點的限制，在合金材 料上如果想提高葉片的承溫能力已經接近了極限，因此需要2種途徑的結合，在設計和制 造中採用越來越複雜的葉片冷卻系統，即生產內腔形狀異常複雜的空心葉片來不斷改善葉 片的氣冷結構，提高冷卻效率。葉片冷卻技術的應用是將早期的實心葉片改變成空心葉片， 使冷卻空氣通過葉片的複雜內腔達到冷卻葉片的目的。高效氣冷葉片的製造中，由於高效 氣冷葉片的內腔形狀十分複雜，鍛壓、電化學加工等傳統方法已經顯得無能為力，只有採用 熔模精密鑄造技術才能解決這一難題，但用熔模鑄造的普通成型方法(金屬陶芯、可溶陶 芯)無法形成複雜的細薄內腔，因為模組浸塗時耐火材料不能進入其中，撒沙和乾燥也不 能實現。所以，必須採用陶瓷型芯，在壓制熔模時把它裝配在壓型中，製成帶有陶瓷型芯的 熔模。脫蠟後，陶瓷型芯固定安裝在型殼內，於澆注時形成葉片的內腔。因此，這項技術關 鍵就在於陶瓷型芯的研製。陶瓷型芯雖不是航空發動機的零件，但渦輪葉片必須藉助於它 才能形成所需空心形狀。因此，它對渦輪葉片的質量和發動機的性能均有重大影響，它的性 能和質量將直接影響葉片的合格率和成本。陶瓷型芯，是根據零件所需的孔或腔製造型芯模，生產型芯，制蠟模時將型芯一同 壓入蠟模內，直至鑄件澆注成型後再去除。陶瓷型芯，用來形成空心葉片的內腔，型芯在金 屬澆注及葉片凝固時的工作狀態十分複雜。在金屬壓力的作用下型芯承受彎曲力，同時在 剛性固定的榫頭部位會出現切應力，在澆注時型芯的工作表面會受到金屬液流的衝擊。尤 其是在定向凝固條件下，陶瓷型芯在1500°C以上的金屬液中保持更長額時間，而且由於沿 著陶瓷型芯軸向存在較大的溫度梯度導致很大的熱應力，因此要求型芯在高溫下具有足夠 的強度穩定性。由於葉片內腔的結構特點不可能進行機加工，其表面光潔度完全取決於型 芯表面光潔度，因此要求陶瓷型芯不能與金屬液體發生化學反應即必須具有較高的化學穩 定性。陶瓷型芯在壓蠟時要承受高壓、高速蠟液的衝擊；脫蠟時要承受熱水和蒸汽的蒸煮； 型殼焙燒時長時間的高溫作用；澆注時還要承受金屬液的機械衝擊和熱衝擊。此外，陶瓷型 芯還要經受製造工藝流程中帶來的各種機械損傷和熱損傷，最後還要通過化學法從鑄件中 脫除。陶瓷型芯的性能在很大程度上取決於其基體材料的性能。為滿足陶瓷型芯性能的 要求，其基體材料通常選用純度較高的難熔氧化物或化合物，並需要經過高溫穩定化處理，使陶瓷型芯在加熱過程中不致發生較大的晶型和變化。目前可用作陶瓷基體材料的有石英 玻璃、氧化鋁、氧化鎂、鋯石英等，其中最常用的是石英玻璃。另外，基體材料中還需附加鋯 英粉、莫來石、尖晶石或稀土氧化物來保證並提高陶芯的承溫能力。陶瓷型芯中除基體材料外，還需加入能促進燒結的礦化劑及促進成型的增塑劑等。(1)礦化劑要求在型芯焙燒過程中，應與基體形成固溶體或共晶體，而不形成低熔 點玻璃相。國內外常用的礦化劑主要有氧化鋯、氧化鎂、莫來石、工業氧化鋁和氧化鈣等。(2)增塑劑一般為有機熱塑性材料，它們在以後的焙燒過程中熔化至填料中，並揮 發掉。因此增塑劑不是陶瓷型芯的組成成分，只是在壓注時起成型作用。增塑劑的加入量(質量分數)一般為粉料的10% 20%。增塑劑加入量對型芯 性能有明顯影響，增塑劑的過多加入雖然使成型容易，但同時也會使型芯的燒成收縮率和 氣孔率增加，抗彎強度和體積密度降低，因此加入量應嚴格控制。對於廣泛應用的石英玻璃基型芯和氧化鋁基型芯來說，雖然各有各的適用範圍， 但其中也存在一些問題。石英玻璃基型芯，除了石英玻璃的線膨脹係數小，穩定性好外，還 有一個優勢就是易於用鹼液腐蝕掉。在實際生產中，往往會在矽基材料中添加鋯英粉、莫來 石，以提高其高溫性能，包括高溫強度和高溫蠕變，但這樣一來就會大大降低其腐蝕性能， 不利於脫除。還有就是，石英玻璃在加熱或冷卻過程中具有複雜的多晶轉變。當石英玻璃 被加熱到1200°C左右時，會由非晶態向晶態轉變，方石英析出，並伴隨體積效應的出現而產 生內應力，在型芯內產生微裂紋導致強度下降，對陶瓷型芯的性能產生極大的影響。因此， 在燒結過程中必須控制方石英的含量以保證型芯的綜合性能。氧化鋁陶瓷型芯在使用過程中沒有晶型轉變，結構穩定，耐高溫，性能好，隨溫度 升高，剛玉陶芯和剛玉型殼又具有相匹配的線膨脹係數。但是鋁基陶芯的一個關鍵技術是 脫芯問題。鋁基陶芯的脫芯非常困難，這也是長期以來一直阻礙其廣泛應用的最主要原因。 目前國外脫芯工藝大致有2種其一是用氟鹽類化合物作為介質，原理是A1203+Γ-A1 Ff3此種脫芯方法有時需輔以高壓水衝洗。其二是用鹼液作為介質，以高壓水衝洗，這 樣一來，葉片長時間浸泡在鹼液中對其性能勢必有影響。而有的則通過研製複合陶芯的方 式達到脫除型芯的目的。而且對於形狀複雜、通道細小的陶芯的脫芯國內外仍然都是很難 解決的問題。俄羅斯採用高溫高壓的方式來達到去除氧化鋁型芯的脫芯設備，西方國家則 通過研製複合型芯的方式，即型芯外層具有堅實密集的表面，而內部卻具有蜂窩狀多孔的 結構，薄而堅實的外層表面可經受熔融金屬的衝擊力，並在金屬液冷卻過程中產生裂紋並 使腐蝕液滲入，多孔的內部結構能使腐蝕液較快地溶解型芯，從而達到脫除型芯的目的。綜合以上所述可知，進行具有良好高溫性能且具有良好的腐蝕性能的陶瓷型芯的 製備研究是很有必要的，因此本研究主要研究具有良好腐蝕性能的矽基陶瓷型芯的高溫使 用性能。

發明內容
相比於氧化鋁，二氧化矽的腐蝕性好，但是其高溫性能較差是一直制約和阻礙其 發展和使用的原因。氧化矽基陶瓷型芯高溫性能差主要的原因一是原料不純，含有一些低熔點的金屬氧化物，高溫時產生液相，從而降低其高溫使用性能；還有就是顆粒大小配比不 合理，難以燒結。本發明基於以上兩點，提出了一種高純二氧化矽陶瓷型芯的製備方法，該 方法採用三種不同粒徑的高純二氧化矽粉為原料，以大顆粒為骨架小顆粒為燒結助劑，以 石蠟和蜂蠟為增塑劑，以油酸為表面活性劑，通過熱壓鑄成型製備複雜陶瓷型芯，然後成型 的素坯陶瓷型芯在填料氧化鋁中經低溫脫蠟和高溫焙燒，最終得到適用於航空發動機葉片 用的矽基陶瓷型芯。然後對其相關性能進行研究。本發明的一種適用於航空發動機葉片用的矽基陶瓷型芯的製備方法，其包括有下 列的步驟步驟一、粉料的混合將稱取質量百分比純度為99. 99%的二氧化矽的細粉、中粉和粗粉放入聚四氟乙 烯的球磨罐中，幹磨處理30min 60min後，得到混合粉；然後將混合粉放入烘箱溫度為80°C 100°C、乾燥時間IOmin 30min後，得到幹
燥混合粉；用量100g的混合粉中所需細粉8 15g，中粉15 30g和餘量的粗粉；細粉的平均粒徑為1 5 μ m ；中粉的平均粒徑為10 25 μ m ；粗粉的平均粒徑為40 80 μ m ；步驟二、製備料漿將增塑劑放進油浴溫度為70 90°C的攪拌器中溶化，得到第一中間物；增塑劑為 石蠟和蜂蠟的混合體，石蠟與蜂蠟的質量之比為9 1 ；然後將步驟一製得的乾燥混合粉按時間間隔5 IOmin/次在攪拌狀態下加入至 第一中間物中，得到第二中間物；將表面活性劑在攪拌狀態下加入至第二中間物中，得到第三中間物；將第三中間物進行抽真空排氣泡處理，真空表讀數為0. 002 0. 02MPa，抽真空 IOmin 60min後，得到均勻料漿；攪拌器的攪拌速度為20 60r/min ；用量100g的乾燥混合粉中所需增塑劑10 12g，表面活性劑1 ^iil ；步驟三、壓製成型將步驟二得到的均勻料漿通過壓蠟機壓製成型，得到型芯坯體；為了保證成型性， 蠟漿在壓蠟機中保持80 90°C，同時將模具也預熱到20 40°C溫度；壓蠟機施壓壓力為0. 4 0. 6MPa，壓製成型時間30 60s ；步驟四、燒結將步驟三壓製成型的型芯坯體置於匣缽中，並用二氧化矽粉掩埋；然後將裝有坯 體的匣缽放入高溫爐中進行低溫脫蠟和高溫焙燒處理，處理制度如下從22°C升溫至300°C，升溫速率為0. 5°C /min,並在300°C環境下保溫40min 80min ；然後從300°C升溫至400°C，升溫速率為1°C /min,並在400°C環境下保溫40min 80min ；然後從400°C升溫至1000°C，升溫速率為3°C /min,並在1000°C環境下保溫IOmin 30min ；最後從1000°C升溫至1250°C，升溫速率為2°C /min,並在1250°C環境下保溫 120 240min ；隨爐冷卻至22°C 40°C後，取出，製得矽基陶瓷型芯。本發明製備方法的優點在於①本製備方法實現了在不添加任何燒結助劑和礦化劑的情況下，並在相對較低的 燒結溫度下製備了陶瓷型芯。②經本發明的方法製得的陶瓷型芯幾乎實現了近淨成型，燒結收縮控制在7%。左 右，這對於現在那些形狀複雜薄壁的陶瓷型芯來說，尤為重要。③經本發明的方法製得的陶瓷型芯孔隙率在25%左右，室溫強度為15MI^左 右，1550°C高溫強度為20MPa左右，1550°C保溫30min的高溫撓度幾乎為零，滿足在高溫 (彡1550°C )下使用。


圖1是高純二氧化矽中粉的二次電子相(SEI)圖。圖2是本發明實施例1製得的矽基陶瓷型芯的XRD圖。圖3是本發明實施例1製得的矽基陶瓷型芯的SEM圖。
具體實施例方式本發明是一種適用於航空發動機葉片用的矽基陶瓷型芯的製備方法，其包括有下 列的步驟步驟一、粉料的混合將稱取高純(質量百分比純度為99. 99% ) 二氧化矽的細粉、中粉和粗粉放入聚四 氟乙烯的球磨罐中，幹磨處理30min 60min後，得到混合粉；然後將混合粉放入烘箱溫度為80°C 100°C、乾燥時間IOmin 30min後，得到幹
燥混合粉；用量100g的混合粉中所需細粉8 15g，中粉15 30g和餘量的粗粉；細粉的平均粒徑為1 5 μ m ；中粉的平均粒徑為10 25 μ m ；粗粉的平均粒徑為40 80 μ m ；在本發明中，對球磨後的混合粉進行長時間乾燥，是為了保證其在制蠟漿過程中 具有良好的流動性。步驟二、製備料漿將增塑劑放進油浴溫度為70 90°C的攪拌器中溶化，得到第一中間物；增塑劑為 石蠟和蜂蠟的混合體，石蠟與蜂蠟的質量之比為9 1 ；然後將步驟一製得的乾燥混合粉按時間間隔5 IOmin/次在攪拌狀態下加入至 第一中間物中，得到第二中間物；將表面活性劑在攪拌狀態下加入至第二中間物中，得到第三中間物；將第三中間物進行抽真空排氣泡處理，真空表讀數為0. 002 0. 02MPa，抽真空IOmin 60min後，得到均勻料漿；攪拌器的攪拌速度為20 60r/min ；用量100g的乾燥混合粉中所需增塑劑10 12g，表面活性劑1 ^iil ；表面活性劑可以選用油酸、硬脂酸；在本發明中，將具有一定溫度的乾燥混合粉與增塑劑混合，有利於提高流動性，從 而減少增塑劑的用量。工業上一般制鋁基陶瓷型芯所用增塑劑用量達到15%左右。步驟三、壓製成型將步驟二得到的均勻料漿通過壓蠟機壓製成型，得到型芯坯體；為了保證成型性， 蠟漿在壓蠟機中保持80 90°C，同時將模具也預熱到20 40°C溫度；壓蠟機施壓壓力為0. 4 0. 6MPa，壓製成型時間30 60s ；步驟四、燒結將步驟三壓製成型的型芯坯體置於匣缽中，並用二氧化矽粉掩埋；然後將裝有坯 體的匣缽放入高溫爐中進行低溫脫蠟和高溫焙燒處理，處理制度如下從22°C升溫至300°C，升溫速率為0. 5°C /min,並在300°C環境下保溫40min 80min ；在本發明中，在300°C環境下石蠟與蜂蠟未能完全脫出，試樣呈現黑色，這是因石 蠟與蜂蠟碳化所致。然後從300°C升溫至400°C，升溫速率為1°C/min，並在400°C環境下保溫40min 80min ；在本發明中，在400°C環境下石蠟與蜂蠟幾乎脫盡，試樣呈現出原料(二氧化矽) 自身的白色。然後從400°C升溫至1000°C，升溫速率為3°C /min,並在1000°C環境下保溫 IOmin 30min ；最後從1000°C升溫至1250°C，升溫速率為2°C /min,並在1250°C環境下保溫 120 240min ；在本發明中，在1000°C、125(TC環境下進行焙燒，使試樣發生燒結和相變，從而獲 得使用性能，如室溫強度、高溫強度、高溫抗蠕變等。隨爐冷卻至22°C 40°C後，取出，製得矽基陶瓷型芯。實施例1步驟一、粉料的混合將稱取高純(質量百分比純度為99. 99% ) 二氧化矽的細粉、中粉和粗粉放入聚四 氟乙烯的球磨罐中，幹磨處理40min後，得到混合粉；然後將混合粉放入烘箱溫度為80°C、乾燥時間30min後，得到乾燥混合粉；用量100g的混合粉中所需細粉12. 5g，中粉25g和餘量的粗粉；細粉的平均粒徑為2. 7 μ m ；中粉的平均粒徑為12. 44 μ m ；粗粉的平均粒徑為43. 09 μ m ；在本發明中，高純(質量百分比純度為99. 99%) 二氧化矽混合粉的形貌如圖1所 示，圖中顆粒為較為規則的球形結構，有利於提高該二氧化矽在增塑劑中的流動性。
步驟二、製備料漿將增塑劑放進油浴溫度為80°C的攪拌器中溶化，得到第一中間物；增塑劑為石蠟 和蜂蠟的混合體，石蠟與蜂蠟的質量之比為9 1 ；然後將步驟一製得的乾燥混合粉按時間間隔IOmin/次在攪拌狀態下加入至第一 中間物中，得到第二中間物；將油酸(表面活性劑)在攪拌狀態下加入至第二中間物中，得到第三中間物；將第三中間物進行抽真空排氣泡處理，真空表讀數為0. OlMPa，抽真空30min後， 得到均勻料漿；攪拌器的攪拌速度為40r/min ；用量100g的乾燥混合粉中所需增塑劑llg，表面活性劑1. 5ml ；步驟三、壓製成型將步驟二得到的均勻料漿通過壓蠟機壓製成型，得到型芯坯體；為了保證成型性， 蠟漿在壓蠟機中保持90°C，同時將模具也預熱到30°C溫度；壓蠟機施壓壓力為0. 5MPa，壓製成型時間30s ；步驟四、燒結將步驟三壓製成型的型芯坯體置於匣缽中，並用二氧化矽粉掩埋；然後將裝有坯 體的匣缽放入高溫爐中進行低溫脫蠟和高溫焙燒處理，燒結溫度制度如下從22°C升溫至300°C，升溫速率為0. 5°C /min,並在300°C環境下保溫60min ；然後從300°C升溫至400°C，升溫速率為1°C /min，並在400°C環境下保溫60min ；然後從400°C升溫至1000°C，升溫速率為3°C /min,並在1000°C環境下保溫 30min ；最後從1000 °C升溫至1250°C，升溫速率為2°C /min,並在1250°C環境下保溫 240min ；隨爐冷卻至30°C後，取出，製得矽基陶瓷型芯。將實施1製得的矽基陶瓷型芯進行物相XRD分析，發現不同粒徑原料粉(二氧化 矽)經1250°C燒結後由非晶玻璃相完全轉變成了方石英相(cristcAalite)，如圖2所示， 圖中，intensity表示強度，燒結前後二氧化矽粉發生了明顯的相變。用掃描電子顯微鏡SEM觀察觀察樣品表面，可以看出顆粒之間已發生燒結，且出 現多孔，如圖3所示。採用Archimedes法對實施1製得的矽基陶瓷型芯進行顯氣孔率測量，測其陶瓷型 芯孔隙率為23. 2% ；採用三點彎曲法測試試樣的室溫強度，樣品尺寸為3mmX4mmX 36mm，跨 距為30mm，室溫強度為15MPa ；採用三點彎曲法(HB5353)測試試樣的高溫強度，樣品尺寸為 IOmmX 4mmX 60mm，跨距為50mm，測得1550°C高溫強度為21MPa ；採用單懸臂梁法測定高溫 撓度測試，試樣尺寸10mmX4mmX60mm，一端固定在耐火支座中，另一端水平懸臂，懸臂端長 度為12mm。測定1550°C撓度時，試樣在爐中保溫0. 5小時，然後取出測量懸臂端下垂度，即 為1550°C撓度。測量後發現，1550°C的高溫撓度幾乎為零，完全滿足實際生產應用。實施例2步驟一、粉料的混合將稱取高純(質量百分比純度為99. 99% ) 二氧化矽的細粉、中粉和粗粉放入聚四氟乙烯的球磨罐中，幹磨處理30min後，得到混合粉；然後將混合粉放入烘箱溫度為90°C、乾燥時間15min後，得到乾燥混合粉；用量100g的混合粉中所需細粉10g，中粉20g和餘量的粗粉；細粉的平均粒徑為4. 5 μ m ；中粉的平均粒徑為20. 2 μ m ；粗粉的平均粒徑為59. 8 μ m ；步驟二、製備料漿將增塑劑放進油浴溫度為90°C的攪拌器中溶化，得到第一中間物；增塑劑為石蠟 和蜂蠟的混合體，石蠟與蜂蠟的質量之比為9 1 ；然後將步驟一製得的乾燥混合粉按時間間隔5min/次在攪拌狀態下加入至第一 中間物中，得到第二中間物；將硬脂酸(表面活性劑)在攪拌狀態下加入至第二中間物中，得到第三中間物；將第三中間物進行抽真空排氣泡處理，真空表讀數為0. 005MPa，抽真空20min後， 得到均勻料漿；攪拌器的攪拌速度為60r/min ；用量100g的乾燥混合粉中所需增塑劑12g，表面活性劑2ml ；步驟三、壓製成型將步驟二得到的均勻料漿通過壓蠟機壓製成型，得到型芯坯體；為了保證成型性， 蠟漿在壓蠟機中保持80°C，同時將模具也預熱到20°C溫度；壓蠟機施壓壓力為0. 6MPa，壓製成型時間60s ；步驟四、燒結將步驟三壓製成型的型芯坯體置於匣缽中，並用二氧化矽粉掩埋；然後將裝有坯 體的匣缽放入高溫爐中進行低溫脫蠟和高溫焙燒處理，燒結溫度制度如下從22°C升溫至300°C，升溫速率為0. 5°C /min，並在300°C環境下保溫80min ；然後從300°C升溫至400°C，升溫速率為1°C /min，並在400°C環境下保溫80min ；然後從400°C升溫至1000°C，升溫速率為3°C /min,並在1000°C環境下保溫 20min ；最後從1000 °C升溫至1250°C，升溫速率為2°C /min,並在1250°C環境下保溫 180min ；隨爐冷卻至22°C後，取出，製得矽基陶瓷型芯。陶瓷型芯孔隙率在25%左右，室溫強度為16MPa，1550°C高溫強度為22MPa， 1550°C的高溫撓度幾乎為零，完全滿足實際生產應用。實施例3步驟一、粉料的混合將稱取高純(質量百分比純度為99. 99% ) 二氧化矽的細粉、中粉和粗粉放入聚四 氟乙烯的球磨罐中，幹磨處理60min後，得到混合粉；然後將混合粉放入烘箱溫度為100°C、乾燥時間IOmin後，得到乾燥混合粉；用量100g的混合粉中所需細粉8. 3g，中粉16. 6g和餘量的粗粉；細粉的平均粒徑為1. 7 μ m ；
中粉的平均粒徑為11. 3 μ m ；粗粉的平均粒徑為42. 5 μ m ；步驟二、製備料漿將增塑劑放進油浴溫度為70°C的攪拌器中溶化，得到第一中間物；增塑劑為石蠟 和蜂蠟的混合體，石蠟與蜂蠟的質量之比為9 1 ；然後將步驟一製得的乾燥混合粉按時間間隔7min/次在攪拌狀態下加入至第一 中間物中，得到第二中間物；將油酸(表面活性劑)在攪拌狀態下加入至第二中間物中，得到第三中間物；將第三中間物進行抽真空排氣泡處理，真空表讀數為0. 02MPa，抽真空50min後， 得到均勻料漿；攪拌器的攪拌速度為20r/min ；用量100g的乾燥混合粉中所需增塑劑12g，表面活性劑Iml ；步驟三、壓製成型將步驟二得到的均勻料漿通過壓蠟機壓製成型，得到型芯坯體；為了保證成型性， 蠟漿在壓蠟機中保持85°C，同時將模具也預熱到40°C溫度；壓蠟機施壓壓力為0. 4MPa，壓製成型時間45s ；步驟四、燒結將步驟三壓製成型的型芯坯體置於匣缽中，並用二氧化矽粉掩埋；然後將裝有坯 體的匣缽放入高溫爐中進行低溫脫蠟和高溫焙燒處理，燒結溫度制度如下從22°C升溫至300°C，升溫速率為0. 5°C /min，並在300°C環境下保溫40min ；然後從300°C升溫至400°C，升溫速率為1°C /min，並在400°C環境下保溫40min ；然後從400°C升溫至1000°C，升溫速率為3°C /min,並在1000°C環境下保溫 20min ；最後從1000 °C升溫至1250°C，升溫速率為2°C /min,並在1250°C環境下保溫 150min ；隨爐冷卻至30°C後，取出，製得矽基陶瓷型芯。陶瓷型芯孔隙率在25%左右，室溫強度為13MPa，1550°C高溫強度為19MPa， 1550°C的高溫撓度幾乎為零，完全滿足實際生產應用。
權利要求
1.一種航空發動機葉片用矽基陶瓷型芯的製備方法，其特徵在於有下列的步驟 步驟一、粉料的混合將稱取質量百分比純度為99. 99%的二氧化矽的細粉、中粉和粗粉放入聚四氟乙烯的 球磨罐中，幹磨處理30min 60min後，得到混合粉；然後將混合粉放入烘箱溫度為80°C 100°C、乾燥時間IOmin 30min後，得到乾燥混 合粉；用量100g的混合粉中所需細粉8 15g，中粉15 30g和餘量的粗粉； 細粉的平均粒徑為1 5 μ m ； 中粉的平均粒徑為10 25 μ m ； 粗粉的平均粒徑為40 80 μ m ； 步驟二、製備料漿將增塑劑放進油浴溫度為70 90°C的攪拌器中溶化，得到第一中間物；增塑劑為石蠟 和蜂蠟的混合體，石蠟與蜂蠟的質量之比為9 1 ；然後將步驟一製得的乾燥混合粉按時間間隔5 IOmin/次在攪拌狀態下加入至第一 中間物中，得到第二中間物；將表面活性劑在攪拌狀態下加入至第二中間物中，得到第三中間物； 將第三中間物進行抽真空排氣泡處理，真空表讀數為0. 002 0. 02MPa,抽真空 IOmin 60min後，得到均勻料漿；攪拌器的攪拌速度為20 60r/min ；用量100g的乾燥混合粉中所需增塑劑10 12g，表面活性劑1 aiil ； 步驟三、壓製成型將步驟二得到的均勻料漿通過壓蠟機壓製成型，得到型芯坯體；為了保證成型性，蠟漿 在壓蠟機中保持80 90°C，同時將模具也預熱到20 40°C溫度； 壓蠟機施壓壓力為0. 4 0. 6MPa，壓製成型時間30 60s ； 步驟四、燒結將步驟三壓製成型的型芯坯體置於匣缽中，並用二氧化矽粉掩埋；然後將裝有坯體的 匣缽放入高溫爐中進行低溫脫蠟和高溫焙燒處理，處理制度如下從22°C升溫至300°C，升溫速率為0. 50C /min，並在300°C環境下保溫40min 80min ； 然後從300°C升溫至400°C，升溫速率為1°C /min,並在400°C環境下保溫40min 80min ；然後從400°C升溫至1000°C，升溫速率為3°C /min，並在1000°C環境下保溫IOmin 30min ；最後從1000°C升溫至1250°C，升溫速率為2V /min，並在1250°C環境下保溫120 240min ；隨爐冷卻至22°C 40°C後，取出，製得矽基陶瓷型芯。
2.根據權利要求1所述的航空發動機葉片用矽基陶瓷型芯的製備方法，其特徵在於 表面活性劑選用油酸或者硬脂酸。
3.根據權利要求1所述的航空發動機葉片用矽基陶瓷型芯的製備方法，其特徵在於 製得的陶瓷型芯經1250°C燒結後由非晶玻璃相完全轉變成了方石英相。
4.根據權利要求1所述的航空發動機葉片用矽基陶瓷型芯的製備方法，其特徵在於 製得的陶瓷型芯孔隙率在25%，室溫強度為13 16MPa，1550°C高溫強度為19 21MPa， 1550°C保溫30min的高溫撓度幾乎為零，滿足彡1550°C的高溫下使用。
全文摘要
本發明公開了一種航空發動機葉片用矽基陶瓷型芯的製備方法，該方法採用三種不同粒徑的高純二氧化矽粉為原料，以大顆粒為骨架小顆粒為燒結助劑，以石蠟和蜂蠟為增塑劑，以油酸為表面活性劑，通過熱壓鑄成型製備複雜陶瓷型芯，然後成型的素坯陶瓷型芯在填料氧化鋁中經低溫脫蠟和高溫焙燒，最終得到適用於航空發動機葉片用的矽基陶瓷型芯。
文檔編號C04B35/622GK102079653SQ20101057363
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月6日 優先權日2010年12月6日
發明者代晶, 唐保軍, 張躍, 谷景華 申請人:北京航空航天大學