一種豎式陶瓷模殼及該陶瓷模殼成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密熔鑄的模殼成型技術(shù)，具體是一種單晶葉片成型用的豎式陶瓷模殼，以及該陶瓷模殼的成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了提高高溫合金渦輪葉片的工作溫度，人們將等軸晶葉片逐步發(fā)展成為定向柱狀晶葉片及定向單晶葉片，其中定向單晶葉片將工作溫度提升了 80?100°C。
[0003]單晶葉片的成型主要是通過(guò)陶瓷模殼底部所設(shè)置的螺旋選晶器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即通過(guò)螺旋選晶器將要進(jìn)入陶瓷模殼內(nèi)的多晶體以選擇性的生長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)陶瓷模殼內(nèi)的單晶產(chǎn)生。
[0004]可見(jiàn)，單晶葉片的成型需要依賴帶螺旋選晶器的陶瓷模殼。此種陶瓷模殼的成型工藝一般是:成型葉片蠟?zāi)?葉片蠟?zāi)５捻敳烤哂袧部诒災(zāi)?、底部具有引晶段蠟?zāi)?選晶蠟?zāi)：偷妆P(pán)蠟?zāi)＃捎秒姛岷傅秾⑷~片蠟?zāi)＝M合在選晶蠟?zāi)５捻敳?，將選晶蠟?zāi)＝M合在底盤(pán)蠟?zāi)５闹醒?，以此形成蠟?shù)；將蠟樹(shù)浸入耐火漿料中，使蠟樹(shù)的表面涂覆一層耐火漿料，在此過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)蠟樹(shù)，以確保蠟樹(shù)的各個(gè)角度或者需要涂覆的各個(gè)面都能均勻的涂覆漿料；采用淋砂機(jī)將砂子淋在涂覆有耐火漿料的蠟樹(shù)上，形成耐火漿料與砂子鑲嵌的結(jié)構(gòu)，干燥后以此往復(fù)，直至形成要求厚度的多層陶瓷模殼；最后經(jīng)脫蠟、焙燒等工序得具有空腔的陶瓷模殼成品，該陶瓷模殼成品用于在定向凝固工藝中澆注單晶葉片。
[0005]在上述陶瓷模殼的成型過(guò)程中，可以清楚的知道:葉片蠟?zāi)Ｍㄟ^(guò)變徑結(jié)構(gòu)的螺旋選晶蠟?zāi)＝M合在底盤(pán)蠟?zāi)Ｉ?，這也就是說(shuō)，整個(gè)蠟樹(shù)的最細(xì)部位的直徑僅有6?1mm(設(shè)計(jì)的選晶器本身結(jié)構(gòu)所決定的)。然而，在蠟樹(shù)上涂覆耐火漿料時(shí)，需要從各個(gè)角度旋轉(zhuǎn)蠟樹(shù)、以確保耐火漿料涂覆的均勻性。在蠟樹(shù)的此旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，蠟樹(shù)的最細(xì)部位因結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題，極易發(fā)生顫動(dòng)、甚至斷裂，從而在最終成型的陶瓷模殼上會(huì)對(duì)應(yīng)的形成裂紋。
[0006]我們清楚的知道:在定向凝固的單晶成型工藝中，單晶體的生長(zhǎng)對(duì)陶瓷模殼的幾何完整性極其敏感，若陶瓷模殼上存在裂紋等缺陷，將會(huì)誘導(dǎo)雜晶產(chǎn)生，最后使得所要成型的單晶產(chǎn)品無(wú)法滿足技術(shù)要求而報(bào)廢。
[0007]綜上所述，單晶葉片成型用的現(xiàn)有陶瓷模殼易產(chǎn)生裂紋等非完整性缺陷，從而在技術(shù)要求較高的單晶成型工藝中，容易誘導(dǎo)雜晶形核和生長(zhǎng)，最終將會(huì)影響所成型的單晶葉片的成品質(zhì)量和合格率，可靠、實(shí)用性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)定向凝固單晶成型工藝的特殊性以及上述現(xiàn)有陶瓷模殼技術(shù)的不足，提供一種成型輕松且方便、技術(shù)難度小、成型質(zhì)量可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊、能夠?qū)μ沾赡ぴ诘妆P(pán)上形成可靠且穩(wěn)定支撐的豎式陶瓷模殼，以及該陶瓷模殼成型方法。
[0009]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種豎式陶瓷模殼，所述陶瓷模殼用于單晶葉片成型，該陶瓷模殼通過(guò)底部的選晶器豎立在底盤(pán)上方，所述底盤(pán)與選晶器之間為組合銜接結(jié)構(gòu)，且底盤(pán)與陶瓷模殼之間設(shè)置有多根支撐柱，這些支撐柱環(huán)繞布置在選晶器外圍。
[0010]所述支撐柱以上端向心傾斜的方式布置。
[0011]上述豎式陶瓷模殼成型方法，包括下列步驟:
1).根據(jù)設(shè)計(jì)的葉片形狀制作葉片蠟?zāi)：瓦x晶蠟?zāi)?；制作底盤(pán)和支撐柱，所述底盤(pán)中央設(shè)有凸起的、中空的銜接頭，所述支撐柱為多根；
2).將葉片蠟?zāi)：瓦x晶蠟?zāi)＝M合，在形成的蠟樹(shù)上以粘漿淋砂的方式制作陶瓷模殼，經(jīng)脫蠟和焙燒成型陶瓷模殼；
3).將步驟I)中的底盤(pán)放平，將步驟2)中陶瓷模殼的選晶器組合在底盤(pán)的銜接頭上，組合處采用耐火泥漿粘接；
4).將步驟I)中準(zhǔn)備的支撐柱環(huán)繞布置在選晶器外圍的底盤(pán)和陶瓷模殼之間，并采用耐火泥漿將支撐柱的底端與底盤(pán)粘接、頂端與陶瓷模殼粘接。
[0012]所述葉片蠟?zāi)５捻敳烤哂袧部诒災(zāi)?、底部具有引晶段蠟?zāi)！?br>[0013]或者，上述豎式陶瓷模殼成型方法，包括下列步驟:
1).根據(jù)設(shè)計(jì)的葉片形狀制作葉片蠟?zāi)！⑦x晶蠟?zāi)?、底盤(pán)蠟?zāi)?、支撐蠟?zāi)：豌暯宇^蠟?zāi)＃凰鲋蜗災(zāi)槎喔?br> 2).將葉片蠟?zāi)：瓦x晶蠟?zāi)＝M合在一起，在形成的蠟樹(shù)上以粘漿淋砂的方式制作陶瓷模殼，經(jīng)脫蠟和焙燒成型陶瓷模殼；將底盤(pán)蠟?zāi)?、銜接頭蠟?zāi)：椭蜗災(zāi)＝M合在一起，所述銜接頭蠟?zāi)ＴO(shè)在底盤(pán)蠟?zāi)Ｖ醒耄鲋蜗災(zāi)－h(huán)繞布置在銜接頭蠟?zāi)５耐鈬?、且支撐蠟?zāi)５捻敹烁哂阢暯宇^蠟?zāi)＃谛纬傻南灅?shù)上以粘漿淋砂的方式制作一體的底盤(pán)、銜接頭和支撐柱；
3).將步驟2)中的底盤(pán)放平，將步驟2)中陶瓷模殼的選晶器組合在底盤(pán)的銜接頭上，組合處采用耐火泥漿粘接、并采用耐火泥漿將支撐柱的頂端與陶瓷模殼粘接。
[0014]所述葉片蠟?zāi)５捻敳烤哂袧部诒災(zāi)！⒌撞烤哂幸Ф蜗災(zāi)！?br>[0015]本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明陶瓷模殼(葉片模殼)與底盤(pán)以組合方式連接，從而使陶瓷模殼和底盤(pán)可以分體成型，這有效避免了整體成型過(guò)程中因蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠、或者說(shuō)兩端過(guò)重而導(dǎo)致蠟樹(shù)腰部損壞(甚至斷裂)的問(wèn)題發(fā)生，進(jìn)而使整個(gè)陶瓷模殼的成型更為輕松、方便，可靠且有效地減小了陶瓷模殼成型的技術(shù)難度，所成型陶瓷模殼的質(zhì)量可靠、合格率高，能夠有效滿足定向凝固單晶成型工藝的技術(shù)要求；
2.本發(fā)明陶瓷模殼(葉片模殼)的底部與底盤(pán)之間所設(shè)置的多根支撐柱，對(duì)豎立的陶瓷模殼在底盤(pán)上形成可靠、穩(wěn)定的支撐，該支撐結(jié)構(gòu)不僅不會(huì)影響陶瓷模殼的成型操作，而且能夠承受合金熔體澆注的沖擊力及靜壓力，有效防止了陶瓷模殼的斷裂及熔體的漏出，進(jìn)而保證了單晶葉片在制殼、澆注和凝固過(guò)程中的順利進(jìn)行；整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊，能夠?qū)μ沾赡ぴ诘妆P(pán)上形成可靠且穩(wěn)定支撐；同時(shí)，此支撐結(jié)構(gòu)有效避免了對(duì)陶瓷模殼中上部的輻射傳熱的阻礙，使得其不影響定向凝固中葉片部分的單晶生長(zhǎng)條件，可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0017]圖1是本發(fā)明陶瓷模殼的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是圖1所示陶瓷模殼具體成型步驟I的示意圖。
[0019]圖3是圖1所示陶瓷模殼具體成型步驟2的示意圖。
[0020]圖4是圖1所示陶瓷模殼具體成型步驟3的示意圖。
[0021]圖5是圖1所示陶瓷模殼具體成型步驟4的示意圖。
[0022]圖6是圖1所示陶瓷模殼具體成型步驟5的示意圖。
[0023]圖7是本發(fā)明陶瓷模殼的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8是圖7所示陶瓷模殼具體成型步驟I的示意圖。
[0025]圖9是圖7所示陶瓷模殼具體成型步驟2的示意圖。
[0026]圖10是圖7所示陶瓷模殼具體成型步驟3的示意圖。
[0027]圖11是圖7所示陶瓷模殼具體成型步驟4的示意圖。
[0028]圖12是圖7所示陶瓷模殼具體成型步驟5的示意圖。
[0029]圖中代號(hào)含義:1 一底盤(pán)；2—選晶器；3—陶瓷模殼；4一支撐柱；5—銜接頭；6—澆口杯蠟?zāi)＃?—葉片蠟?zāi)＃?—引晶段蠟?zāi)＃?一選晶蠟?zāi)＃?0—底盤(pán)蠟?zāi)＃?1 一支撐蠟?zāi)＃?2—銜接頭蠟?zāi)！?br>【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
參見(jiàn)圖1所示，一種豎式陶瓷模殼，該陶瓷模殼用于定向凝固工藝中單晶葉片、尤其是大型單晶葉片的澆注成型。前述陶瓷模殼3上具有對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)葉片形狀的葉片型腔，在陶瓷模殼3的底部設(shè)有選晶器2，陶瓷模殼3與選晶器2為一體成型結(jié)構(gòu)。前述陶瓷模殼3通過(guò)底部的選晶器2豎立在底盤(pán)I上方，具體的，底盤(pán)I的中央設(shè)有凸起的、中空的銜接頭5，底盤(pán)I的銜接頭5與選晶器2的型腔之間為粘接組合的銜接結(jié)構(gòu)，即底盤(pán)I和陶瓷模殼3為分體成型的組合結(jié)構(gòu)。為了保證陶瓷模殼3能夠在底盤(pán)I上可靠、穩(wěn)定的豎立，在底盤(pán)I與陶瓷模殼3的底部之間設(shè)置有多根支撐柱4 (具體數(shù)量視支撐要求而定)，這些支撐柱4環(huán)繞布置在選晶器2的外圍，每根支撐柱4的底端與底盤(pán)I粘接組合、頂端與陶瓷模殼3底部粘接組合。前述每根支撐柱4以上端向心(指陶瓷模殼3豎立的軸心)傾斜的方式環(huán)繞布置在選晶器2外圍，每根支撐柱4在底盤(pán)I上的傾斜角度通常為40?90° (當(dāng)為90°時(shí)，支撐柱4豎立)，例如40°、55°或70°等等。
[0031]上述底盤(pán)I的厚度通常為5?10mm。上述每根支撐柱4的直徑通常為5?30mm。此種取值，有利于定向凝固工藝中的輻射傳熱。
[0032]上述豎式陶瓷模殼的成型方法主要包括下列步驟:
1).采用壓蠟機(jī)，根據(jù)設(shè)計(jì)的葉片形狀制作葉片蠟?zāi)?和選晶蠟?zāi)?，其中，葉片蠟?zāi)?的頂部具有澆口杯蠟?zāi)?、底部具有引晶段蠟?zāi)? ;制作底盤(pán)I (例如采用壓芯機(jī)壓制陶瓷底盤(pán))和支撐柱4，在本實(shí)施例中，底盤(pán)I和支撐柱4分別為陶瓷成型，其中，底盤(pán)I的中央設(shè)有凸起的、中空的銜接頭5 (所述中空指底盤(pán)I的底面至銜接頭5頂面為通孔)，該銜接頭5的中空直徑對(duì)應(yīng)、匹配選晶蠟?zāi)?的型腔部制殼成型的外徑，支撐柱4為多根，每根支撐柱4的長(zhǎng)度大于選晶蠟?zāi)?的高度；本步驟參見(jiàn)圖2所示；
2).采用電焊刀，將澆口杯蠟?zāi)?焊接在葉片蠟?zāi)?的頂部、將引晶段蠟?zāi)?焊接在葉