燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110483087A(43)申请公布日2019.11.22(21)申请号201910869027.7(22)申请日2019.09.16(71)申请人郑州航空工业管理学院地址450000河南省郑州市二七区大学中路2号(72)发明人田国强闫学伟文振华杨红普刘全威刘建伟侯军兴张海军(74)专利代理机构郑州豫鼎知识产权代理事务所(普通合伙)41178代理人魏新培(51)Int.Cl.C04B35/81(2006.01)C04B35/101(2006.01)C04B38/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法(57)摘要本发明涉及燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法，有效的解决了大尺寸燃气轮机叶片铸造过程中型芯高温力学性能不足出现的断芯和偏芯问题以及叶片铸造完毕后脱芯困难的问题；包括步骤一：制作树脂模具，步骤二：制备陶瓷浆料，步骤三：制备陶瓷型芯素坯；步骤四：预烧脱脂；步骤五：高温烧结；步骤六：对合成晶须后的陶瓷型芯进行硅溶胶浸渍，得到二次莫来石，本发明通过光固化快速成型法和凝胶注模方法制备含内部流道结构的陶瓷型芯，从而在脱芯过程中能够使脱芯液通过流道进入型芯内部，型芯两端和内部可以同时与脱芯液接触，从而增大了型芯材料的脱除速率，同时，在型芯中原位合成莫来石晶须，改善了型芯的高温力学性能。CN110483087ACN110483087A权利要求书1/2页1.燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：制作树脂模具；利用光固化快速成型方法制造型芯凝胶注模用树脂模具，树脂模具包括树脂模具外壳和其内部的树脂丝材，树脂丝材与树脂模具外壳一体化成型；步骤二：制备陶瓷浆料；将单体、交联剂、分散剂溶于去离子水中，随后加入混合均匀的陶瓷粉末制成陶瓷浆料；步骤三：制备陶瓷型芯素坯；将步骤二中所述陶瓷浆料灌注入所述步骤一中树脂模具外壳与树脂丝材之间的腔体内，待陶瓷浆料原位固化后制得陶瓷型芯湿坯，再经冷冻干燥、脱除陶瓷型芯湿坯内部水分，制得陶瓷型芯素坯；步骤四：预烧脱脂；将所述步骤三中的陶瓷型芯素坯进行预烧脱脂，制得预烧脱脂后的陶瓷型芯；步骤五：高温烧结；将所述步骤四中预烧脱脂后的陶瓷型芯置于刚玉坩埚中，在刚玉坩埚内部置入3%～6%氟化铝粉体，盖上坩埚盖，然后进行高温烧结，在陶瓷型芯内部原位合成莫来石晶须；步骤六：对合成晶须后的陶瓷型芯进行硅溶胶浸渍，然后烘干陶瓷型芯中的硅溶胶中的水分，并再次对陶瓷型芯进行高温烧结，得到二次莫来石。2.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法，其特征在于，所述步骤一中型芯凝胶注模用树脂模具采用光敏树脂经光固化快速成型制备。3.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法，其特征在于，所述步骤一中的树脂丝材包含主干树脂丝材和分支树脂丝材，主干树脂丝材和分支树脂丝材的横截面均可为方形或圆形；对于主干树脂丝材，当横截面为方形时，边长为1.0～1.5mm，树脂丝材截面为圆形时，截面直径为1.0～1.5mm；对于分支树脂丝材，当横截面为方形时，边长为0.3～0.6mm，树脂丝材截面为圆形时，截面直径为0.3～0.6mm。4.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法，其特征在于，所述步骤二中陶瓷粉末由基体材料氧化铝和少量矿化剂氧化硅组成，其中氧化铝陶瓷粉末采用粒径为40～60μm、5～10μm和1～3μm的电熔刚玉粉末进行混合，相应的分别占固相粉末质量的30%和50%和17%，氧化硅粉末采用粒径为1～3μm的氧化硅，占固相粉末质量的3%。5.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法，其特征在于，所述步骤二中的单体和交联剂，其中单体为丙烯酰胺单体，交联剂为N,N´—亚甲基双丙烯酰胺，单体和交联剂按（15～25）:1的质量比配成混合物，单体和交联剂溶解在去离子水中制成质量浓度为10%～20%的预混液；分散剂为1%～3%的聚丙烯酸纳溶液，其加入量是陶瓷粉末质量的2.0%～3.0%；陶瓷浆料中陶瓷粉体占浆料体积的50%～60%，余量为去离子水、单体、交联剂和分散剂；引发剂和催化剂为过硫酸胺水溶液和四甲基乙二胺水溶液，二者的加入量分别为预混液质量的0.5～1%和0.1%～1%。2CN110483087A权利要求书2/2页6.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法，其特征在于，所述步骤五中莫来石晶须合成过程中陶瓷型芯需要放置在坩埚中，坩埚需要盖上坩埚盖，且坩埚底部需要铺放氟化铝粉体；氟化铝粉