一種低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于精密鑄造技術領域，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】
[0002]隨著航空發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。葉片從實現發展到空心，從多晶發展到單晶，葉片內腔形狀也日趨復雜。陶瓷型芯是形成葉片內腔的關鍵部件，其制造技術已經成為空心冶煉制造的關鍵技術。日益復雜的葉片內腔結構使陶瓷型芯在研制和生產過程中濕態起模極易斷裂和產生應力集中，造成型芯裂紋和變形，型芯的壓制合格率不高。復雜結構的陶瓷型芯在燒結過程中，由于起模應力殘留，薄厚過度大、懸臂等結構極易引起燒結裂紋和變形。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葉片的研制生產需要。
[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，應用較少。氧化硅基陶瓷型芯高溫性能優良，易于脫出，應用廣泛。但是現有技術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，導致陶瓷型芯焙燒和澆注過程中產生裂紋，因此需要減少或消除氧化鋯的相變，消除型芯的裂紋。
【發明內容】
[0004]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法，目的是彌補現有陶瓷型芯韌性的不足，降低陶瓷型芯在壓制、燒結、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，滿足結構日趨復雜的陶瓷型芯的制備要求。
[0005]實現本發明目的的技術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，燒結后，其高溫熱變形量<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]與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是:
本發明中的礦化劑選用氧化鋯，氧化鋯具有熔點高、耐熱震、穩定性好等優點，但氧化鋯隨著溫度的升高，結構會由單斜相轉變為四方相，再轉變到立方相，且相變過程中伴隨著體積的明顯變化。本發明為解決這一問題，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的穩定劑的作用，本發明還在型芯漿料配方中加入氧化鎂，其纖維狀結構在壓制型芯濕坯之時可以增大濕態型芯的韌性，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]本發明將制備好的漿料加入到型芯壓制設備中，壓制的型芯濕坯具有較高的韌性，不易產生起模變形和開裂，同時型芯在高溫燒結過程中，由于氧化鎂纖維存在，可以降低型芯的燒結溫度，減小型芯的燒結變形，并使型芯具有足夠的燒結強度。
[0010]本發明不僅適用于形狀復雜、薄壁、大型件的陶瓷型芯制備，也適合用于生產等軸、定向渦輪空心葉片用陶瓷型芯的生產，采用本發明方法制成的型芯濕坯韌性好，起模合格率高，變形小，型芯的燒結變形量小，高溫熱變形量< 0.2mm;型芯的室溫強度達到15 土IMPa，高溫強度達到12±lMPa，1200°C的熱膨脹系數為1.1 X 10—t1。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發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]下面結合具體實施例對本申請的技術方案做進一步說明。
[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，燒結后，其高溫熱變形量為0.2mm，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，燒結后，其高溫熱變形量為0.1mm，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，燒結后，其高溫熱變形量為0.17mm，室溫強度達到15.6MPa，高溫強度達到12.6MPa，1200°C的熱膨脹系數為1.1 X 10—t1。
【主權項】
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，燒結后，其高溫熱變形量<0.2_，室溫強度達到15 土 IMPa，高溫強度達到12 土 IMPa，1200°C的熱膨脹系數為1.1 X 10—6K一、2.根據權利要求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】本發明屬于精密鑄造技術領域，具體涉及一種低變形增韌硅基陶瓷型芯的制作方法。本發明是向氧化鋯中摻雜異價金屬氧化物氧化鎂作為穩定劑，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，其纖維狀結構在壓制型芯濕坯之時可以增大濕態型芯的韌性，降低型芯濕坯起模變形和裂紋，減小型芯修整時的斷裂率。本發明不僅適用于形狀復雜、薄壁、大型件的陶瓷型芯制備，也適合用于生產等軸、定向渦輪空心葉片用陶瓷型芯的生產，采用本發明方法制成的型芯濕坯韌性好，起模合格率高，變形小，型芯的燒結變形量小。
【IPC分類】C04B35/14, B28B3/00, C04B35/63
【公開號】CN105418058
【申請號】CN201510781766
【發明人】張玲, 黃靜, 杜洪強, 張世東, 馮文剛
【申請人】沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月16日