本發(fā)明涉及陶瓷粉末冶金，具體涉及一種原位生成核殼結(jié)構(gòu)陶瓷型芯的原料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、航空發(fā)動機的性能是制約航空工業(yè)發(fā)展的主要因素，影響航空發(fā)動機關(guān)鍵性能的推重比與其熱端部件渦輪葉片的承溫能力息息相關(guān)。目前，通過渦輪葉片空心氣冷結(jié)構(gòu)提升渦輪葉片的承溫能力已成為提高發(fā)動機性能的重要手段。而陶瓷型芯是實現(xiàn)發(fā)動機葉片空心內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，并且隨著冷卻技術(shù)的發(fā)展，葉片內(nèi)腔結(jié)構(gòu)日漸復雜，這對陶瓷型芯的結(jié)構(gòu)和性能提出了更高的要求。

2、目前，應(yīng)用最為廣泛的陶瓷型芯是氧化硅基陶瓷型芯，以石英玻璃為主要原料，具有優(yōu)異的高溫物理與化學穩(wěn)定性，并且具有優(yōu)異的脫除性。但是隨著對葉片氣冷效率的要求越來越高，其內(nèi)腔結(jié)構(gòu)越復雜，對陶瓷型芯的結(jié)構(gòu)復雜性要求也越高，必然對陶瓷型芯的性能提出更高要求，以滿足實際應(yīng)用，比如某型號陶瓷型芯最細小處僅有毫米尺寸，這使得在澆鑄葉片時，常會因型芯高溫性能差即在高溫下變形或斷裂而影響葉片整體制造，這不僅增加了制造成本，還極大降低了產(chǎn)品成功率。

3、如上所述，僅以石英玻璃粉為原料制備的氧化硅陶瓷型芯性能已無法滿足高效氣冷葉片的制造要求。因此，通過添加礦化劑增強氧化硅基陶瓷型芯已成為重要手段。硅酸鋯、氧化鋯、氧化鋁、碳化硅、氮化硅等顆粒已經(jīng)實現(xiàn)對氧化陶瓷型芯性能的改善，但是提高幅度仍然有限。纖維強化可以利用其在三維空間形成的僑聯(lián)作用，充分利用陶瓷型芯內(nèi)部的空隙結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對氧化硅陶瓷型芯性能的增強效應(yīng)，比如一些氧化鋁纖維引入陶瓷型芯增強其性能，起到補強作用（如專利cn112358309a）。充分發(fā)揮纖維的增強效應(yīng)可以進一步強化陶瓷型芯性能，以滿足更高要求的應(yīng)用。但是纖維通常是以直接添加方式引入，必然導致纖維在混料過程中發(fā)生纏繞或者斷裂等問題，影響纖維在陶瓷基體中的分散性，降低纖維強化陶瓷型芯的效果。目前，也有研究通過原位生成纖維來強化陶瓷型芯，但是這些纖維與基體結(jié)合強度不夠，在陶瓷型芯受力時不能有效起到阻擋作用，性能強化效果不佳，需要新的策略來改善纖維與基體的結(jié)合強度實現(xiàn)其對陶瓷型芯的強化效應(yīng)。

4、現(xiàn)有專利cn112358309a公開了一種氧化鋁纖維增強陶瓷型芯的制備方法，通過用氧化鋁陶瓷纖維來增強陶瓷型芯，以溶劑為載體選用了一種新型的纖維添加方式，向陶瓷型芯中加入了不同含量的氧化鋁纖維，通過機械攪拌作用以及羥丙基甲基纖維素分散劑對纖維進行分散，制備出氧化鋁纖維增強陶瓷型芯。

5、現(xiàn)有專利cn113354422a公開了一種用于單晶高溫合金葉片的陶瓷型芯及其制備方法，陶瓷型芯的原料包括：石英玻璃粉55％-75％，電熔剛玉粉5％-15％，硅酸鋯粉5％-15％，氧化釔0?.5％-5％，氧化鑭0?.5％-5％及增塑劑10％-25％。將上述原料按重量百分比經(jīng)混配、加熱、攪拌、冷卻、成型，最終經(jīng)焙燒和強化后制成陶瓷型芯。

6、綜上所述，以上兩個現(xiàn)有專利均未徹底解決陶瓷型芯高溫性能需進一步提高的問題。因此，開發(fā)具有優(yōu)異綜合性能特別是優(yōu)異高溫性能的陶瓷型芯對航空工業(yè)發(fā)展具有重大意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種原位生成核殼結(jié)構(gòu)陶瓷型芯的原料及制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中原位生成纖維與基體結(jié)合強度不夠?qū)μ沾尚托拘阅軓娀饔糜邢薜膯栴}。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種原位生成核殼結(jié)構(gòu)陶瓷型芯的原料及制備方法。具體技術(shù)方案如下：

3、一種原位生成核殼結(jié)構(gòu)陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和礦化劑，還包括電熔剛玉粉和納米氧化鋁粉，所述礦化劑為硅酸鋯粉，所述耐火材料粉在陶瓷型芯原料中的重量百分比為70%-85%，所述硅酸鋯粉在陶瓷型芯原料中的重量百分比為5%-20%，所述電熔剛玉粉在陶瓷型芯原料中的重量百分比為5%-10%，所述納米氧化鋁粉在陶瓷型芯原料中的重量百分比為1%-5%；所述耐火材料粉為石英玻璃粉。

4、進一步的，所述耐火材料粉在陶瓷型芯原料中的重量百分比為73%-80%，所述硅酸鋯粉在陶瓷型芯原料中的重量百分比為10%-15%，所述電熔剛玉粉在陶瓷型芯原料中的重量百分比為6%-9%，所述納米氧化鋁粉在陶瓷型芯原料中的重量百分比為2%-4%。

5、進一步的，所述耐火材料粉的粉體粒度范圍為1-60μm且粉體純度不小于99.95?%，所述硅酸鋯粉的粉體粒度范圍為1-40μm且純度不小于98.6%，所述電熔剛玉粉的粉體粒度范圍為1-30μm且純度不小于99.9%，所述納米氧化鋁粉的粉體粒度范圍為10-300nm且純度不小于99.9%。

6、本發(fā)明還提供了一種原位生成核殼結(jié)構(gòu)陶瓷型芯的制備方法，使用上述原位生成核殼結(jié)構(gòu)陶瓷型芯的原料制備陶瓷型芯，所述制備方法具體包括以下步驟：

7、s1、將陶瓷型芯原料混合形成陶瓷型芯漿料；

8、s2、利用陶瓷型芯漿料制備陶瓷型芯素坯；

9、s3、陶瓷型芯素坯經(jīng)埋粉燒結(jié)形成陶瓷型芯。

10、進一步的，在步驟s1中，將陶瓷型芯原料分批次添加至分散劑中，通過真空攪拌實現(xiàn)均勻混合，形成陶瓷型芯漿料。

11、進一步的，在步驟s1中，按比例稱取石英玻璃粉、硅酸鋯粉、電熔剛玉粉和納米氧化鋁粉，放置于真空干燥機中進行干燥后混合均勻形成陶瓷型芯原料，將陶瓷型芯原料分批次加入至液態(tài)的石蠟中均勻混合；

12、所述真空干燥機的干燥溫度為100-150℃，干燥時間為12-24h；

13、所述石蠟的熔融溫度為80-95℃，所述真空攪拌的速度為12-180?r/min，攪拌時間為5-10h，真空度為4×10-2-6×10-2pa。

14、進一步的，在步驟s2中，將陶瓷型芯漿料加入到壓芯機中，通過熱壓注射成型方法得到陶瓷型芯素坯；

15、所述壓芯機的成型壓力為5-10mpa。

16、進一步的，在步驟s3中，將陶瓷型芯素坯進行埋粉后經(jīng)過高溫燒結(jié)形成陶瓷型芯；

17、所述高溫燒結(jié)的終燒溫度為1000-1300℃，所述高溫燒結(jié)的升溫過程包括多個階段，每個階段的升溫幅度為150-300℃，每個階段的升溫速度為2-10℃/min，每個階段升溫后的保溫時間為4-15h。

18、進一步的，所述多個階段包括：第一階段：室溫至200℃，升溫速度是2℃/min，在200℃下保溫4?h；第二階段：200℃至400℃，升溫速度是3℃/min，在400℃下保溫5?h；第三階段：400℃至600℃，升溫速度為5℃/min，在600℃保溫8?h；第四階段：600℃至900℃，升溫速度為?8℃/min，在900℃保溫10?h；第五階段：900℃升至最1200℃，升溫速度為10℃/min，并保溫12?h。

19、基于上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

20、1.本發(fā)明提出一種原位生成核殼結(jié)構(gòu)陶瓷型芯的原料及制備方法，高溫燒結(jié)過程中原位生成以氧化鋁為核-莫來石纖維為殼的核殼結(jié)構(gòu)，解決了纖維的分散性，強化纖維與原料顆粒的結(jié)合強度，實現(xiàn)陶瓷型芯受力時對裂紋的有效阻滯作用，進一步增強氧化陶瓷型芯性能。

21、2.本發(fā)明提出一種原位生成核殼結(jié)構(gòu)陶瓷型芯的原料及制備方法，通過在耐火材料粉中添加納米氧化鋁粉和電熔剛玉粉，實現(xiàn)原位生成以氧化鋁為核莫來石纖維為殼的核殼結(jié)構(gòu)，莫來石作為高溫穩(wěn)定相，在高溫下的釘扎作用能夠增強陶瓷型芯的高溫強度。

22、3.本發(fā)明提出一種原位生成核殼結(jié)構(gòu)陶瓷型芯的原料及制備方法，制備工藝過程簡單，纖維分散性好，纖維與基體結(jié)合強度高，對陶瓷型芯性能強化效果優(yōu)異。

23、4.本發(fā)明提出一種原位生成核殼結(jié)構(gòu)陶瓷型芯的原料及制備方法，也適用于其它體系陶瓷型芯的設(shè)計與開發(fā)，具有重要的推廣價值。