一種改進的氧化鋁陶瓷型芯及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種陶瓷型芯及其制備方法。
【背景技術】
[0002]飛機是20世紀人類取得的偉大科技成就之一，使人類社會文明進步極大地得到了推動。而作為飛機“心臟”的發動機，則是推動飛機和整個航空工業蓬勃發展的源動力。在航空發動機中，由于渦輪葉片長期處于高溫、復雜應力、環境極其惡劣的部位，以至于渦輪葉片性能的好壞直接關系到整個發動機性能指標的高低。渦輪葉片的性能水平(特別是承溫能力)不僅是一種型號發動機先進程度的重要標志，另一方面，也是一個國家航空工業水平高低的顯著標志。世界上已有很多國家在開展相近的研宄工作，如英國已提出的在本世紀初研制出推重比約為20的航空發動機的“先進核心發動機技術”計劃。日本提出的提高先進航空發動機推重比的“工業前沿科技研宄”研宄計劃。與這些航空發達國家相比，我國的航空發動機總體水平還比較落后，差I?1.5代，約25?30年，并且這種差距還有進一步擴大的趨勢。所以我國研宄怎樣提高發動機推重比，對推動國家航天事業的發展，縮小與世界發達國家的差距，意義重大。
[0003]為了提高發動機渦輪部件適應渦輪前進口溫度不斷提高的能力，必須增加渦輪空心葉片的承溫能力。而單純通過提高合金的承溫能力來滿足渦輪前進口溫度日益提高的要求已不太可能，所以現在復雜的葉片冷卻系統的研發應用日漸火熱，即采用具有復雜內腔的空心葉片，由于空心葉片內部的冷卻結構異常復雜，靠傳統的機加工、電化學方法都己無法達到要求，只有采用熔模精密鑄造技術才能解決這一問題。然而熔模精密鑄造的普通成型法(金屬陶芯和可溶陶芯)無法形成渦輪葉片的復雜、細薄內腔，因為在模組浸涂時，耐火材料無法進入其中，撒沙、干燥等工序無法實現，只有采用陶瓷型芯才能達到這一目標。
[0004]顯然，在制造空心葉片過程中，型芯的制備尤為關鍵，它的性能好壞直接關系到葉片的生產質量。但目前陶瓷型芯的制造技術在各國都是核心機密，有關陶瓷型芯材料配方和關鍵制造技術受到專利保護，國內外相關文章甚少。而在我國，除個別航空工廠外，大部分的精鑄廠還不能生產具有復雜內腔的精密鑄件。同時還沒有出現商品化的陶瓷型芯供應商，生產設備比較簡單，工藝參數不能得到準確控制，其差距與國外相比是顯而易見的，尤其是在氧化鋁陶瓷型芯的脫芯性能方面，十分落后，這極大地限制了我國精鑄水平的發展。
【發明內容】
[0005]本發明是為解決現有陶瓷型芯燒成氣孔率低、室溫強度低、收縮率大、高溫撓度大，脫芯困難，型芯不能適應在高溫環境下使用及后期脫芯困難的問題，而提供一種改進的氧化鋁陶瓷型芯及其制備方法。
[0006]本發明的一種改進的氧化鋁陶瓷型芯由陶瓷漿料和增塑劑制備而成；
[0007]所述的陶瓷漿料與增塑劑的質量比為100: (20?30);所述的陶瓷漿料按質量份數由5?90份剛玉粉、5?90莫來石、7?35份石英粉、I?1.5份活性石墨、I?1.5份氧化鎂和0.5?I份油酸混合而成；
[0008]其中所述的剛玉粉由200目的剛玉粉、300目的剛玉粉和400目的剛玉粉混合而成，其中所述的200目的剛玉粉與300目的剛玉粉的質量比為(3?7):3，其中所述的200目的剛玉粉與400目的剛玉粉的質量比為(3?7):2 ;
[0009]其中所述的莫來石粉由200目的莫來石粉、320目的莫來石粉和400目的莫來石粉混合而成；其中所述的200目的莫來石粉與320目的莫來石粉的質量比為2: (3?7);其中所述的400目莫來石粉與320目的莫來石粉的質量比為3: (3?7);
[0010]其中所述的石英粉為200目的石英粉；
[0011]所述的增塑劑由石蠟、蜂蠟和聚乙烯混合而成；
[0012]其中所述的石蠟與蜂蠟的質量比為(15?22):1 ;其中所述的石蠟與聚乙烯的質量比為(45?48):1。
[0013]本發明的一種改進的氧化鋁陶瓷型芯的制備方法按以下步驟進行:
[0014]一、配置增塑劑:將石蠟、蜂蠟和聚乙烯混合均勻，得到增塑劑；
[0015]步驟一中所述的石蠟與蜂蠟的質量比為(15?22):1 ;步驟一中所述的石蠟與聚乙烯的質量比為(45?48):1 ；
[0016]二、配置陶瓷漿料:按質量份數將5?90份剛玉粉、5?90莫來石、7?35份石英粉、I?1.5份活性石墨、I?1.5份氧化鎂和0.5?I份油酸攪拌均勻后放在保溫箱中在溫度為80?100°C的條件下保溫2h?4h，得到陶瓷漿料；
[0017]步驟二中所述的剛玉粉由200目的剛玉粉、300目的剛玉粉和400目的剛玉粉混合而成，其中所述的200目的剛玉粉與300目的剛玉粉的質量比為(3?7):3，其中所述的200目的剛玉粉與400目的剛玉粉的質量比為(3?7):2 ;
[0018]步驟二中所述的莫來石粉由200目的莫來石粉、320目的莫來石粉和400目的莫來石粉混合而成；其中所述的200目的莫來石粉與320目的莫來石粉的質量比為2: (3?7);其中所述的400目莫來石粉與320目的莫來石粉的質量比為3: (3?7);
[0019]步驟二中所述的石英粉為200目的石英粉；
[0020]三、制備預制料:將步驟二得到的陶瓷漿料加入到步驟一得到的增塑劑中，加入速度為60g/min?120g/min，在攪拌速度為60r/min?70r/min下攪拌7h?9h，得到預制料；
[0021]步驟三中所述的步驟二得到的陶瓷漿料與步驟一得到的增塑劑的質量比為100:(20 ?30)；
[0022]四、制備氧化鋁陶瓷型芯:將壓型模具預熱至溫度為80?100°C，然后將步驟三得到的預制料加入到模具中進行壓制，再燒結，得到改進的氧化鋁陶瓷型芯。
[0023]本發明的有益效果:
[0024]本發明的氧化鋁陶瓷型芯的優點是通過新的成分配比，即同時添加莫來石，可以降低陶瓷型芯的燒成收縮率并且提高型芯的室溫強度，并配合合適的高溫強化措施顯著的減少陶瓷型芯的高溫撓度；石英粉和活性石墨的加入，大大增加了氣孔率，顯著提高了型芯的脫芯效率。近些年來陶瓷型芯向著形狀更復雜，尺寸更大，性能更高的方向發展，這對葉片的性能指標要求越來越高。通過實驗測試，本發明的改進的氧化鋁陶瓷型芯其氣孔率為47.78%，遠高于已有的氧化鋁陶瓷型芯的氣孔率；室溫強度為26.45Mpa，也遠高于已有的氧化鋁陶瓷型芯的室溫強度；燒成收縮率為0.58%，低于已有氧化鋁陶瓷型芯的收縮率，收縮率降低了 2.52%，同時經高溫強化后其高溫撓度為0.23，明顯低于原來成分配比的陶瓷型芯高溫撓度，高溫撓度降低了 6.77mm ;最重要的一點是脫芯性能明顯提高，堿煮1.5小時，基本腐蝕殆盡，完全符合生產要求。
[0025]同時本發明方法的制備過程及操作簡單，漿料有很好的流動性，能大大提高陶瓷型芯的成型率，縮短實驗時間。
【附圖說明】
[0026]圖1為試驗一得到的改進的氧化鋁陶瓷型芯斷口 1000倍SEM圖像；
[0027]圖2為試驗一得到的改進的氧化鋁陶瓷型芯與現有陶瓷型芯高溫撓度測試后照片；其中a為現有陶瓷型芯，b為試驗一得到的改進的氧化鋁陶瓷型芯；
[0028]圖3為壓鑄成型的陶瓷型芯件。
【具體實施方式】
[0029]【具體實施方式】一:本實施方式的一種改進的氧化鋁陶瓷型芯由陶瓷漿料和增塑劑制備而成；
[0030]所述的陶瓷漿料與增塑劑的質量比為100: (20?30);所述的陶瓷漿料按質量份數由5?90份剛玉粉、5?90莫來石、7?35份石英粉、I?1.5份活性石墨、I?1.5份氧化鎂和0.5?I份油酸混合而成；
[0031]其中所述的剛玉粉由200目的剛玉粉、300目的剛玉粉和400目的剛玉粉混合而成，其中所述的200目的剛玉粉與300目的剛玉粉的質量比為(3?7):3，其中所述的200目的剛玉粉與400目的剛玉粉的質量比為(3?7):2 ;
[0032]其中所述的莫來石粉由200目的莫來石粉、320目的莫來石粉和400目的莫來石粉混合而成；其中所述的200目的莫來石粉與320目的莫來石粉的質量比為2: (3?7);其中所述的400目莫來石粉與320目的莫來石粉的質量比為3: (3?7);
[0033]其中所述的石英粉為200目的石英粉；
[0034]所述的增塑劑由石蠟、蜂蠟和聚乙烯混合而成；
[0035]其中所述的石蠟與蜂蠟的質量比為(15?22):1 ;其中所述的石蠟與聚乙烯的質量比為(45?48):1。
[0036]本實施方式中所述的活性石墨、氧化鎂和油酸均為市售產品。
[0037]本實施方式的氧化鋁陶瓷型芯的優點是通過新的成分配比，即同時添加莫來石，可以降低陶瓷型芯的燒成收縮率并且提高型芯的室溫強度，并配合合適的高溫強化