一種低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空發(fā)動機推重比的不斷升級，渦輪前進口溫度不斷提高，對葉片的成文能力要求也越來越高。葉片從實現(xiàn)發(fā)展到空心，從多晶發(fā)展到單晶，葉片內(nèi)腔形狀也日趨復(fù)雜。陶瓷型芯是形成葉片內(nèi)腔的關(guān)鍵部件，其制造技術(shù)已經(jīng)成為空心冶煉制造的關(guān)鍵技術(shù)。日益復(fù)雜的葉片內(nèi)腔結(jié)構(gòu)使陶瓷型芯在研制和生產(chǎn)過程中濕態(tài)起模極易斷裂和產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成型芯裂紋和變形，型芯的壓制合格率不高。復(fù)雜結(jié)構(gòu)的陶瓷型芯在燒結(jié)過程中，由于起模應(yīng)力殘留，薄厚過度大、懸臂等結(jié)構(gòu)極易引起燒結(jié)裂紋和變形。同時為了確保陶瓷型芯的成型性，型芯在壓制過程中增接了加強筋，型芯的加強筋在取出過程中易引起型芯裂紋和盈利殘留，造成型芯澆注過程中的斷裂，因此需研制具有較高韌性、低變形量的陶瓷型芯以適應(yīng)葉片的研制生產(chǎn)需要。
[0003]精密鑄造常用的陶瓷型芯有氧化硅基陶瓷型芯和氧化鋁基陶瓷型芯，由于氧化鋁基陶瓷型芯脫出困難，應(yīng)用較少。氧化硅基陶瓷型芯高溫性能優(yōu)良，易于脫出，應(yīng)用廣泛。但是現(xiàn)有技術(shù)中以石英玻璃粉作為基體材料制備氧化硅基陶瓷型芯，通常選用氧化鋯作為礦化劑。由于氧化鋯隨溫度的提高會伴隨相變，引起體積變化，導(dǎo)致陶瓷型芯焙燒和澆注過程中產(chǎn)生裂紋，因此需要減少或消除氧化鋯的相變，消除型芯的裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法，目的是彌補現(xiàn)有陶瓷型芯韌性的不足，降低陶瓷型芯在壓制、燒結(jié)、修整過程中造成的裂紋和變形，提高陶瓷型芯的制備合格率，滿足結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜的陶瓷型芯的制備要求。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案按照以下步驟進行:
(1)按照氧化鎂纖維與氧化鋯重量比1:(40?45)稱取粉料，將粉料放入球磨機中混合
0.5h后，放入焙燒爐中進行焙燒，焙燒條件是以160°C/h的升溫速率升溫至800°C，于800°C保溫lh，再以125°C/h的升溫速率升溫至1300°C，于1300°C保溫2h后隨爐冷卻至室溫出料，出料后放入研磨機中，按重量比1:1加入研磨體，研磨1.5?3h后，過200目篩，得到的粉料作為預(yù)制礦化劑備用；
(2)按照重量百分比，270目?360目石英玻璃粉20?50%、600目?800目石英玻璃粉40?55%、預(yù)制礦化劑10?20%、2?5%氧化鎂纖維進行配料，然后在球磨機中混合1?3h，得到混合粉料；
(3)稱取占混合粉料15%?20%的增塑劑，將其在攪料筒中加熱熔化，全部熔化后將步驟
(2)中的混合粉料加入到攪料筒中，開動攪拌器，攪拌時間>24h，攪拌溫度90°C~110°C，攪拌后靜置lOmin?20min，得到陶瓷型芯漿料，將陶瓷型芯漿料放入型芯壓制設(shè)備中，壓制后的陶瓷型芯濕坯具有高韌性，無起模變形和開裂，燒結(jié)后，其高溫?zé)嶙冃瘟?lt;0.2_，室溫強度達到15 土 IMPa，高溫強度達到12 土 IMPa，1200°C的熱膨脹系數(shù)為1.1 X 10—6 K一、
[0006]其中，所述的氧化鎂纖維是直徑Φ 20?50μηι、長200?400μηι的纖維狀氧化鎂，其中氧化鎂重量含量2 99.5%，方鎂石相含量2 95%。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點和有益效果是:
本發(fā)明中的礦化劑選用氧化鋯，氧化鋯具有熔點高、耐熱震、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但氧化鋯隨著溫度的升高，結(jié)構(gòu)會由單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?，再轉(zhuǎn)變到立方相，且相變過程中伴隨著體積的明顯變化。本發(fā)明為解決這一問題，向氧化鋯中摻雜異價金屬氧化物氧化鎂作為穩(wěn)定劑，使Zr02在室溫下保持四方相或立方相。
[0008]同時氧化鎂不僅起到礦化劑Zr02的穩(wěn)定劑的作用，本發(fā)明還在型芯漿料配方中加入氧化鎂，其纖維狀結(jié)構(gòu)在壓制型芯濕坯之時可以增大濕態(tài)型芯的韌性，降低型芯濕坯起模變形和裂紋，減小型芯修整時的斷裂率。
[0009]本發(fā)明將制備好的漿料加入到型芯壓制設(shè)備中，壓制的型芯濕坯具有較高的韌性，不易產(chǎn)生起模變形和開裂，同時型芯在高溫?zé)Y(jié)過程中，由于氧化鎂纖維存在，可以降低型芯的燒結(jié)溫度，減小型芯的燒結(jié)變形，并使型芯具有足夠的燒結(jié)強度。
[0010]本發(fā)明不僅適用于形狀復(fù)雜、薄壁、大型件的陶瓷型芯制備，也適合用于生產(chǎn)等軸、定向渦輪空心葉片用陶瓷型芯的生產(chǎn)，采用本發(fā)明方法制成的型芯濕坯韌性好，起模合格率高，變形小，型芯的燒結(jié)變形量小，高溫?zé)嶙冃瘟?lt; 0.2mm;型芯的室溫強度達到15 土IMPa，高溫強度達到12±lMPa，1200°C的熱膨脹系數(shù)為1.1 X 10—t1。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明中的氧化鎂纖維與氧化鋯球磨混合后的焙燒曲線。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合具體實施例對本申請的技術(shù)方案做進一步說明。
[0013]實施例1
本實施例的低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法按照以下步驟進行:
(1)按照氧化鎂纖維與氧化鋯重量比1: 40稱取粉料，將粉料放入球磨機中混合0.5h后，放入焙燒爐中進行焙燒，焙燒條件如圖1所示，是以160°c/h的升溫速率升溫至800°C，于800°C保溫lh，再以125°C/h的升溫速率升溫至1300°C，于1300°C保溫2h后隨爐冷卻至室溫出料，出料后放入研磨機中，按重量比1:1加入研磨體，研磨1.5h后，過200目篩，得到的粉料作為預(yù)制礦化劑備用；
(2)按照重量百分比，270目?360目石英玻璃粉22%、600目?800目石英玻璃粉55%、預(yù)制礦化劑20%、3%氧化鎂纖維進行配料，然后在球磨機中混合lh，得到混合粉料；
(3 )稱取占混合粉料18%的增塑劑，將其在攪料筒中加熱熔化，全部熔化后將步驟(2 )中的混合粉料加入到攪料筒中，開動攪拌器，攪拌時間36h，攪拌溫度90°C，攪拌后靜置18min，得到陶瓷型芯漿料，將陶瓷型芯漿料放入型芯壓制設(shè)備中，壓制后的陶瓷型芯濕坯具有高韌性，無起模變形和開裂，燒結(jié)后，其高溫?zé)嶙冃瘟繛?.2mm，室溫強度達到15.9MPa，高溫強度達到12.lMPa，1200°C的熱膨脹系數(shù)為1.1 X 10—t1。
[0014]實施例2
本實施例的低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法按照以下步驟進行:
(1)按照氧化鎂纖維與氧化鋯重量比1: 45稱取粉料，將粉料放入球磨機中混合0.5h后，放入焙燒爐中進行焙燒，如圖1所示，焙燒條件是以160°C/h的升溫速率升溫至800°C，于800°C保溫lh，再以125°C/h的升溫速率升溫至1300°C，于1300°C保溫2h后隨爐冷卻至室溫出料，出料后放入研磨機中，按重量比1:1加入研磨體，研磨3h后，過200目篩，得到的粉料作為預(yù)制礦化劑備用；
(2)按照重量百分比，270目?360目石英玻璃粉33%、600目?800目石英玻璃粉50%、預(yù)制礦化劑15%、2%氧化鎂纖維進行配料，然后在球磨機中混合2h，得到混合粉料；
(3 )稱取占混合粉料20%的增塑劑，將其在攪料筒中加熱熔化，全部熔化后將步驟(2 )中的混合粉料加入到攪料筒中，開動攪拌器，攪拌時間30h，攪拌溫度100°C，攪拌后靜置20min，得到陶瓷型芯漿料，將陶瓷型芯漿料放入型芯壓制設(shè)備中，壓制后的陶瓷型芯濕坯具有高韌性，無起模變形和開裂，燒結(jié)后，其高溫?zé)嶙冃瘟繛?.1mm，室溫強度達到14.5MPa，高溫強度達到11.2MPa，1200°C的熱膨脹系數(shù)為1.1 X 10—t1。
[0015]實施例3
本實施例的低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法按照以下步驟進行:
(1)按照氧化鎂纖維與氧化鋯重量比1: 42稱取粉料，將粉料放入球磨機中混合0.5h后，放入焙燒爐中進行焙燒，如圖1所示，焙燒條件是以160°C/h的升溫速率升溫至800°C，于800°C保溫lh，再以125°C/h的升溫速率升溫至1300°C，于1300°C保溫2h后隨爐冷卻至室溫出料，出料后放入研磨機中，按重量比1:1加入研磨體，研磨2h后，過200目篩，得到的粉料作為預(yù)制礦化劑備用；
(2)按照重量百分比，270目?360目石英玻璃粉45%、600目?800目石英玻璃粉40%、預(yù)制礦化劑10%、5%氧化鎂纖維進行配料，然后在球磨機中混合3h，得到混合粉料；
(3 )稱取占混合粉料15%的增塑劑，將其在攪料筒中加熱熔化，全部熔化后將步驟(2)中的混合粉料加入到攪料筒中，開動攪拌器，攪拌時間25h，攪拌溫度110°C，攪拌后靜置lOmin，得到陶瓷型芯漿料，將陶瓷型芯漿料放入型芯壓制設(shè)備中，壓制后的陶瓷型芯濕坯具有高韌性，無起模變形和開裂，燒結(jié)后，其高溫?zé)嶙冃瘟繛?.17mm，室溫強度達到15.6MPa，高溫強度達到12.6MPa，1200°C的熱膨脹系數(shù)為1.1 X 10—t1。
【主權(quán)項】
1.一種低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法，其特征在于按照以下步驟進行: (1)按照氧化鎂纖維與氧化鋯重量比1:(40?45)稱取粉料，將粉料放入球磨機中混合.0.5h后，放入焙燒爐中進行焙燒，焙燒條件是以160°C/h的升溫速率升溫至800°C，于800°C保溫lh，再以125°C/h的升溫速率升溫至1300°C，于1300°C保溫2h后隨爐冷卻至室溫出料，出料后放入研磨機中，按重量比1:1加入研磨體，研磨1.5?3h后，過200目篩，得到的粉料作為預(yù)制礦化劑備用； (2)按照重量百分比，270目?360目石英玻璃粉20?50%、600目?800目石英玻璃粉40?.55%、預(yù)制礦化劑10?20%、2?5%氧化鎂纖維進行配料，然后在球磨機中混合1?3h，得到混合粉料； (3 )稱取占混合粉料15%?20%的增塑劑，將其在攪料筒中加熱熔化，全部熔化后將步驟(2)中的混合粉料加入到攪料筒中，開動攪拌器，攪拌時間>24h，攪拌溫度90°C~110°C，攪拌后靜置lOmin?20min，得到陶瓷型芯漿料，將陶瓷型芯漿料放入型芯壓制設(shè)備中，壓制后的陶瓷型芯濕坯具有高韌性，無起模變形和開裂，燒結(jié)后，其高溫?zé)嶙冃瘟?lt;0.2_，室溫強度達到15 土 IMPa，高溫強度達到12 土 IMPa，1200°C的熱膨脹系數(shù)為1.1 X 10—6K一、2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法，其特征在于所述的氧化鎂纖維是直徑Φ20?50μπι、長200?400μπι的纖維狀氧化鎂，其中氧化鎂重量含量2.99.5%，方鎂石相含量2 95%。
【專利摘要】本發(fā)明屬于精密鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法。本發(fā)明是向氧化鋯中摻雜異價金屬氧化物氧化鎂作為穩(wěn)定劑，使ZrO2在室溫下保持四方相或立方相，還在型芯漿料配方中加入氧化鎂，其纖維狀結(jié)構(gòu)在壓制型芯濕坯之時可以增大濕態(tài)型芯的韌性，降低型芯濕坯起模變形和裂紋，減小型芯修整時的斷裂率。本發(fā)明不僅適用于形狀復(fù)雜、薄壁、大型件的陶瓷型芯制備，也適合用于生產(chǎn)等軸、定向渦輪空心葉片用陶瓷型芯的生產(chǎn)，采用本發(fā)明方法制成的型芯濕坯韌性好，起模合格率高，變形小，型芯的燒結(jié)變形量小。
【IPC分類】C04B35/14, B28B3/00, C04B35/63
【公開號】CN105418058
【申請?zhí)枴緾N201510781766
【發(fā)明人】張玲, 黃靜, 杜洪強, 張世東, 馮文剛
【申請人】沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月16日