專利名稱：一種澆注陶瓷型芯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有空心支板的大型鑄件的熔模鑄造技術(shù)，特別是一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中介機(jī)匣、后機(jī)匣等環(huán)形鑄件空心支板成型用型芯材料及制備方法。
背景技術(shù)：
增加航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前進(jìn)氣溫度和減重是提高其推重比的主要途徑。構(gòu)成航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要承力部件，如高溫合金后機(jī)匣、鈦合金中介機(jī)匣等部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也日趨復(fù)雜， 因此對(duì)其金屬基體材料及其加工技術(shù)提出了更加苛刻的要求。從世界航空發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展的歷程和未來(lái)趨勢(shì)看，在發(fā)動(dòng)機(jī)推力一定的情況下，通過(guò)機(jī)匣類鑄件薄壁化設(shè)計(jì)和采用整體精鑄技術(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)本身減重并且提高可靠性，大大提升了發(fā)動(dòng)機(jī)性能，也是提高推重比的有效途徑之一。近凈形熔模精密鑄造技術(shù)是國(guó)內(nèi)外制備發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣類結(jié)構(gòu)件最重要的技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)采用可熔失的蠟料壓制蠟?zāi)?，然后制作陶瓷型殼，脫蠟后?duì)陶瓷型殼進(jìn)行焙燒，最后將熔融的金屬澆注到型殼中，待金屬凝固、冷卻后清殼，即得到所需的鑄件。通過(guò)對(duì)鑄型材料以及對(duì)鑄件成型過(guò)程中各工藝環(huán)節(jié)和工藝因素的嚴(yán)格控制，可獲得工作面無(wú)需機(jī)械加工或只進(jìn)行局部打磨的近凈形鑄件。因此熔模精密鑄造技術(shù)具有鑄造尺寸精度高、表面粗糙度低、可用于鑄造形狀復(fù)雜(特別是內(nèi)腔復(fù)雜)的大型薄壁件和整體件的優(yōu)點(diǎn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣類部件通常有若干空心支板，為了獲得其空心結(jié)構(gòu)，須在陶瓷型殼中的斜支板部位增加陶瓷型芯，待鑄件澆注完畢后，首先脫除型殼，然后將陶瓷型芯從支板中用機(jī)械或化學(xué)方法清除，即獲得支板具有空心結(jié)構(gòu)的機(jī)匣鑄件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適于滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣類鑄件的熔模精密鑄造技術(shù)的需求的支板成型用澆注陶瓷型芯及其制備方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的澆注陶瓷型芯包括不同粒度的熔融石英粉、針狀石墨粉、氯化銨以及硅溶膠。所述的不同粒度的熔融石英粉中的二氧化硅的含量> 99wt. %，不同粒度的熔融石英粉的粒度分別為20-40目、50-100目和200-325目，其中粒度為20-40目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為10% -30%，粒度為50-100目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為20% -40%, 粒度為200-325目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為30%-70%;所述的針狀石墨粉，是由針狀石油焦經(jīng)由2600-2800°C高溫煅燒，并發(fā)生石墨化而獲得，其中碳含量> 99wt. %，粒度分布在40-120目之間，針狀石墨粉加入量為熔融石英粉質(zhì)量的1-5%;所述的氯化銨，為分析純，粒度分布在200-325目之間，氯化銨的加入量為熔融石英粉的0. 08-0. 12wt. % ；所述的硅溶膠中的二氧化硅含量彡28wt. %。本發(fā)明涉及的支板成型用陶瓷型芯的制作方法是將不同粒度的熔融石英粉、針狀石墨粉和氯化銨按照一定比例混合，獲得粉體原料；將一定量的硅溶膠加入到該粉體原料中，采用強(qiáng)力攪拌方式混合一定的時(shí)間，配成陶瓷漿料，將陶瓷漿料澆注到鑄件熔模鑄造用蠟?zāi)５闹О蹇涨恢?，?jīng)過(guò)一定時(shí)間后，氯化銨引發(fā)硅溶膠發(fā)生固化反應(yīng)，使陶瓷漿料成為具有一定強(qiáng)度的固體，即支板成型用陶瓷型芯。該陶瓷型芯的作用是使鑄件澆注后，經(jīng)型芯清除，使鑄件的支板具有一定尺寸和形狀的空心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的澆注陶瓷型芯的制備方法，包括如下步驟第一步，配制粉體原料。配制過(guò)程是將不同粒度的熔融石英粉、針狀石墨粉和氯化銨粉體加入到V型混料機(jī)中，進(jìn)行強(qiáng)制干混，V型混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/min，混合時(shí)間為12-24h。各種粉體混合后，即得到制備陶瓷型芯的粉體原料。第二步，配制陶瓷型芯澆注成型用漿料。配制過(guò)程是將第一步中得到的粉體原料加入到一定量的硅溶膠中，用強(qiáng)力攪拌機(jī)混合約lrnin，粉體原料和硅溶膠混合成為陶瓷型芯澆注成型用漿料。第三步，型芯澆注成型。將第二步中獲得的漿料澆注到鑄件熔模鑄造用蠟?zāi)５闹О蹇涨恢?，?jīng)一定時(shí)間后漿料固化，獲得具有一定強(qiáng)度的固體型芯。該型芯可在鑄件澆注后清除，使鑄件的支板具有一定尺寸和形狀的空心結(jié)構(gòu)。上述方法中，所述的不同粒度的熔融石英粉中的二氧化硅的含量> 99wt. %，該熔融石英粉的粒度分別為20-40目、50-100目和200-325目，其中粒度為20-40目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為10% -30%，粒度為50-100目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為 20%-40%，粒度為200-325目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為30 %-70 %。所述的針狀石墨粉是由針狀石油焦經(jīng)由2600-2800°C高溫煅燒并發(fā)生石墨化而獲得，其中碳的含量 ^ 99wt. %，粒度分布在40-120目之間，針狀石墨粉加入量為熔融石英粉質(zhì)量的1_5%。 所述的氯化銨，為分析純，粒度分布在200-325目之間，氯化銨的加入量為熔融石英粉的 0. 08-0. 12wt. % .。所述的硅溶膠中的二氧化硅含量> 28wt. %，硅溶膠與采用的粉體原料的質(zhì)量比為1 1. 3-1 1. 7。下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明本發(fā)明中所采用的熔融石英粉，是構(gòu)成陶瓷型芯的主體材料，其燒結(jié)溫度在 1000-120(TC，燒結(jié)后熱膨脹系數(shù)很低，所以作為支板中的陶瓷型芯，在焙燒和鑄件澆注過(guò)程中基本沒(méi)有尺寸變化，有利于支板空腔尺寸精度的控制。本發(fā)明所采用的針狀石墨粉，其作用是對(duì)陶瓷型芯濕坯體提供一定的增強(qiáng)作用， 同時(shí)避免型芯因焙燒時(shí)水分蒸發(fā)造成開裂現(xiàn)象的發(fā)生；同時(shí)，針狀石墨粉在型殼焙燒過(guò)程中，因氧化而燒除，使陶瓷型芯在焙燒后產(chǎn)生一定的孔隙，利于型芯的清除。本發(fā)明所采用的氯化銨，是硅溶膠的固化劑，其作用是使硅溶膠在常溫下即發(fā)生凝膠化，使陶瓷粉體原料粘結(jié)在一起，成為具有一定強(qiáng)度的陶瓷型芯。通過(guò)調(diào)整氯化銨與硅溶膠的比例，可以精確控制陶瓷型芯固化的時(shí)間。本發(fā)明所采用的硅溶膠，其作用是作為陶瓷粉體的粘結(jié)劑，經(jīng)與氯化銨發(fā)生反應(yīng)而凝膠化，賦予陶瓷型芯一定的強(qiáng)度；同時(shí)在型殼焙燒過(guò)程中，型芯中的硅溶膠粘結(jié)劑因其含有納米二氧化硅粒子，化學(xué)成分與熔融石英相同，因此易于燒結(jié)在一起，提高陶瓷型芯材料的燒結(jié)強(qiáng)度。本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明制備陶瓷芯所用的陶瓷材料主要成分為不同粒度的熔融石英，而型殼背層的主要的陶瓷材料也為熔融石英，所以在型殼焙燒與熔體澆注過(guò)程中，陶瓷型芯與陶瓷型殼的熱膨脹系數(shù)相近，所以較好地防止了機(jī)匣類鑄件的支板大面積薄壁處的變形和厚薄不均。2)本發(fā)明所采用的陶瓷型芯材料，其固化時(shí)間可以通過(guò)調(diào)整固化劑氯化銨的加入量來(lái)調(diào)整，即陶瓷型芯的固化時(shí)間隨著固化劑加入量的增加而縮短。陶瓷型芯固化時(shí)間的可控性保證了操作者能夠預(yù)留出充分的時(shí)間來(lái)完成蠟?zāi)ＶО逍托緷沧⒌倪^(guò)程。
3)本發(fā)明所采用的針狀石墨粉，對(duì)陶瓷型芯濕坯體能夠提供顯著的增強(qiáng)作用，并可以避免型芯在焙燒過(guò)程中的開裂；同時(shí)針狀石墨粉因高溫氧化燒除，還可以使陶瓷型芯具有一定的孔隙，利于型芯在澆注之后從鑄件支板中清除。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程。實(shí)施例1 稱取粒度為20-40目的熔融石英粉1kg，粒度為50-100目的熔融石英粉20g，粒度為200-325目的熔融石英粉7kg，針狀石墨粉0. Ikg,氯化銨0. 08kg,放入到V型混料機(jī)中， 在轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/min的條件下干混12h，獲得陶瓷型芯原料粉體，備用。稱取硅溶膠400g，放入到IOOOml的燒杯中，然后稱取上述原料粉體600g，加入到燒杯中，在強(qiáng)力攪拌的條件下使原料粉體與硅溶膠混合lmin，獲得流動(dòng)性能優(yōu)良的漿料； 將漿料澆注到鑄件蠟?zāi)ＶО宓目涨恢?，約IOmin后，漿料固化，即得到具有一定強(qiáng)度的固體陶瓷型芯。通過(guò)機(jī)匣實(shí)際件的澆注試驗(yàn)，表明機(jī)匣支板的壁厚均勻，未出現(xiàn)變形，且尺寸精度合格，澆注結(jié)束后，型芯較易從支板空腔中清除。實(shí)施例2 稱取粒度為20-40目的熔融石英粉2kg，粒度為50-100目的熔融石英粉3kg，粒度為200-325目的熔融石英粉3kg，針狀石墨粉0. 25kg，氯化銨0. IOkg,放入放入到V型混料機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/min的條件下干混18h，獲得陶瓷型芯原料粉體，備用。稱取硅溶膠400g，放入到IOOOml的燒杯中，然后稱取上述原料粉體600g，加入到燒杯中，在強(qiáng)力攪拌的條件下使原料粉體與硅溶膠混合lmin，獲得流動(dòng)性能優(yōu)良的漿料； 將漿料澆注到鑄件蠟?zāi)ＶО宓目涨恢?，約8min后，漿料固化，即得到具有一定強(qiáng)度的固體陶瓷型芯。通過(guò)機(jī)匣實(shí)際件的澆注試驗(yàn)，表明機(jī)匣支板的壁厚均勻，未出現(xiàn)變形，且尺寸精度合格，澆注結(jié)束后，型芯易從支板空腔中清除。實(shí)施例3:稱取粒度為20-40目的熔融石英粉3kg，粒度為50-100目的熔融石英粉3kg，粒度為200-325目的熔融石英粉3kg，針狀石墨粉0.5kg，氯化銨0. 12kg，放入放入到V型混料機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/min的條件下干混24h，獲得陶瓷型芯原料粉體，備用。稱取硅溶膠400g，放入到IOOOml的燒杯中，然后稱取上述原料粉體600g，加入到燒杯中，在強(qiáng)力攪拌的條件下使原料粉體與硅溶膠混合lmin，獲得流動(dòng)性能優(yōu)良的漿料；將漿料澆注到鑄件蠟?zāi)ＶО宓目涨恢?，約5min后，漿料固化，即得到具有一定強(qiáng)度的固體陶瓷型芯。 通過(guò)機(jī)匣實(shí)際件的澆注試驗(yàn)，表明機(jī)匣支板的壁厚均勻，未出現(xiàn)變形，且尺寸精度合格，澆注結(jié)束后，型芯自行潰散，易于清除。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種澆注陶瓷型芯，其特征在于包括不同粒度的熔融石英粉、針狀石墨粉、氯化銨和硅溶膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的澆注陶瓷型芯，其特征在于所述的不同粒度的熔融石英粉中的二氧化硅的含量彡99wt. %，所述熔融石英粉的粒度分別為20-40目、50-100目和 200-325目，其中粒度為20-40目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為10%-30%，粒度為50-100 目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為20% -40%，粒度為200-325目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為 30% -70% ο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的澆注陶瓷型芯，其特征在于所述的針狀石墨粉是由針狀石油焦經(jīng)由2600-2800°C高溫煅燒，并發(fā)生石墨化而獲得，其中碳含量> 99wt. %，粒度分布在40-120目之間，針狀石墨粉的含量為熔融石英粉質(zhì)量的1_5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的澆注陶瓷型芯，其特征在于所述的氯化銨，為分析純，粒度分布在200-325目之間，氯化銨的加入量為熔融石英粉的0. 08-0. 12wt. %。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的澆注陶瓷型芯，其特征在于所述的硅溶膠中的二氧化硅含量彡28wt. %，硅溶膠與采用的粉體原料的質(zhì)量比為1 1.3-1 1.7。
6.一種澆注陶瓷型芯的制備方法，其特征在于包括如下步驟第一步，配制粉體原料將不同粒度的熔融石英粉、針狀石墨粉和氯化銨粉體加入到V 型混料機(jī)中，進(jìn)行強(qiáng)制干混，在各種粉體混合后，即得到制備陶瓷型芯的粉體原料；第二步，配制陶瓷型芯澆注成型用漿料將上述第一步中得到的粉體原料加入到硅溶膠中，用強(qiáng)力攪拌機(jī)混合，粉體原料與硅溶膠混合成為陶瓷型芯澆注成型用漿料；第三步，型芯澆注成型將上述第二步中獲得的漿料澆注到鑄件熔模鑄造用蠟?zāi)５闹О蹇涨恢校?jīng)一定時(shí)間后漿料固化，獲得具有一定強(qiáng)度的固體型芯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的澆注陶瓷型芯的制備方法，其特征在于所述的不同粒度的熔融石英粉中的二氧化硅的含量彡99wt. %，該熔融石英粉的粒度分別為20-40目、50-100 目和200-325目，其中粒度為20-40目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為10 %-30 %，粒度為 50-100目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為20% -40%，粒度為200-325目的熔融石英粉的質(zhì)量百分比為30% -70%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的澆注陶瓷型芯的制備方法，其特征在于所述的針狀石墨粉是由針狀石油焦經(jīng)由2600-2800°C高溫煅燒并發(fā)生石墨化而獲得，其中碳的含量彡99wt. %，粒度分布在40-120目之間，針狀石墨粉加入量為熔融石英粉質(zhì)量的1_5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的澆注陶瓷型芯的制備方法，其特征在于所述的氯化銨，為分析純，粒度分布在200-325目之間，氯化銨的加入量為熔融石英粉的0. 08-0. 12wt. %。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的澆注陶瓷型芯的制備方法，其特征在于所述的硅溶膠中的二氧化硅含量彡28wt. %，硅溶膠與采用的粉體原料的質(zhì)量比為1 1.3-1 1.7。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種澆注陶瓷型芯及其制備方法，其材料包括不同粒度的熔融石英粉、針狀石墨粉、氯化銨和硅溶膠。其制備方法包括第一步，配制粉體原料將不同粒度的熔融石英粉、針狀石墨粉和氯化銨粉體加入到V型混料機(jī)中，進(jìn)行強(qiáng)制干混，在各種粉體混合后，即得到制備陶瓷型芯的粉體原料；第二步，配制陶瓷型芯澆注成型用漿料將上述第一步中得到的粉體原料加入到硅溶膠中，用強(qiáng)力攪拌機(jī)混合，粉體原料與硅溶膠混合成為陶瓷型芯澆注成型用漿料；第三步，型芯澆注成型將上述第二步中獲得的漿料澆注到鑄件熔模鑄造用蠟?zāi)５闹О蹇涨恢?，?jīng)一定時(shí)間后漿料固化，獲得具有一定強(qiáng)度的固體型芯。
文檔編號(hào)B28B1/26GK102351519SQ20111020587
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者萬(wàn)捷, 萬(wàn)柏方, 袁鎖軍 申請(qǐng)人:丹陽(yáng)市精密合金廠有限公司