一种改善氧化铝基陶瓷型芯高温性能方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN101955353A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN101955353A(43)申请公布日2011.01.26(21)申请号201010288608.0(22)申请日2010.09.26(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号申请人西安瑞特快速制造工程研究有限公司(72)发明人李涤尘吴海华邢建东徐东阳陈晓杰左艳峰(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人陆万寿(51)Int.Cl.C04B35/10(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书1页说明书5页(54)发明名称一种改善氧化铝基陶瓷型芯高温性能方法(57)摘要本发明公开了一种改善氧化铝基陶瓷型芯高温性能方法，首先采取凝胶注模成型工艺制备氧化铝基陶瓷型芯坯体；然后通过冷冻干燥、预烧结，制备多孔、具有一定的室温抗弯强度的氧化铝基陶瓷型芯预制体；接着在真空及外加压力的条件下将渗透液渗入其中，烘干、脱胶，实现三次真空压力浸渍；最后高温烧结，获得所需的氧化铝基陶瓷型芯。采取本发明所制备的氧化铝基陶瓷型芯不仅具有良好的高温性能，而且具有良好的脱芯工艺性，能够满足空心涡轮叶片定向浇铸、单晶浇铸工艺要求，保证叶片铸件合格率。CN10953ACN101955353A权利要求书1/1页1.一种改善氧化铝基陶瓷型芯高温性能方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用凝胶注模成型工艺制备氧化铝基陶瓷型芯坯体：将丙烯酰胺单体和N，N′-亚甲基二丙烯酰胺交联剂溶入去离子水中，制备得质量分数为15-30％的预混液；将质量百分数为30％的聚丙烯酸钠分散剂加入该预混液中，用浓氨水调整预混液pH值至11，将质量百分比70-75％平均粒径为25μm的电熔刚玉粉末、质量百分比10-15％平均粒径为5μm电熔刚玉粉末、质量百分比6-8％平均粒径为2μm氧化钇微粉和质量百分比4-6％平均粒径为2μm氧化镁微粉混合后加入预混液中，球磨2-4小时，获得固相体积分数大于50％、粘度小于1Pa.S的水基陶瓷浆料；对水基陶瓷浆料真空除气3-5分钟，将水基陶瓷浆料注入模具中，在引发剂过硫酸铵和催化剂四甲基乙二胺的作用下原位成型，脱模，获得湿态氧化铝基陶瓷型芯坯体；(2)制备氧化铝基陶瓷型芯预制体：将湿态氧化铝基陶瓷型芯坯体置于预冻室，预冻温度为-10℃～-30℃中预冻，使坯体中水分完全冻结成冰晶，然后冻干，使冰晶升华；将干燥完毕的氧化铝基陶瓷型芯坯体置入电阻加热炉中，通过预烧结工艺烧失掉坯体中有机物，以60℃/h-120℃/h升温至600℃，并保温0.5-1小时，再以240℃/h-360℃/h升温至1250℃，保温4-5小时，获得显气孔率大于45％、室温抗弯强度大于2Mpa的氧化铝基陶瓷型芯预制体；(3)真空压力浸渍：在真空和外加压力条件下将浸渍液渗入氧化铝基陶瓷型芯预制体中，真空度600-6000Pa、外加压力0.2-0.6Mpa，保压时间为5-10min，取出预制体，烘干、加热脱胶，进行第二次、第三次真空压力浸渍；(4)高温强化：高温烧结氧化铝基陶瓷型芯坯体，以240℃/h-360℃/h升温至1550℃，保温4-6小时，获得氧化铝基陶瓷型芯。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的浸渍液为钇溶胶，其质量分数为15％，氧化钇平均粒度为3nm，粘度≤10CP。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的脱胶工艺为：以300℃/h-400℃/h升温至800-1000℃，并保温1-2h。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，氧化铝基陶瓷型芯内部生成钇铝石榴石3Y2O3·5Al2O3耐高温多晶相。2CN101955353A说明书1/5页一种改善氧化铝基陶瓷型芯高温性能方法技术领域[0001]本发明涉及一种改善氧化铝基陶瓷型芯高温性能方法，主要应用于精密铸造领域。背景技术[0002]在空心涡轮叶片精密铸造工艺中，陶瓷型芯用于形成叶片内部复杂的冷却通道。目前，叶片用陶瓷型芯主要有两种：氧化硅基陶瓷型芯和氧化铝基陶瓷型芯。氧化硅基陶瓷型芯依靠控制方石英量来改善其高温性能，当使用温度高于1550℃，用于单晶浇注时，叶片的合格率会受到影响，尤其是合金中含Al、Hf和C时，在1550℃以上氧化硅基型芯会与之发生化学反应，因此氧化硅基陶瓷型芯只适合生产柱状晶，而不能用于叶片定向凝固、单晶浇注。与氧化硅基陶瓷型芯相比，氧化铝陶瓷型芯冶金化学稳定性、抗蠕变性能更好，适合高级单晶和共晶浇铸条件使用。但氧化铝基陶瓷型芯配方设计及其制备工艺一直是难点。为了达到空心涡轮叶片定向凝固、单晶浇注工艺要求，一方面要求氧化铝基陶瓷型芯具有足够高的高温强度和较小的高温挠度，较长时间(30-60min)在高温金属液(1500-1