一種改進(jìn)的氧化鋁陶瓷型芯及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷型芯及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)是20世紀(jì)人類取得的偉大科技成就之一，使人類社會文明進(jìn)步極大地得到了推動。而作為飛機(jī)“心臟”的發(fā)動機(jī)，則是推動飛機(jī)和整個航空工業(yè)蓬勃發(fā)展的源動力。在航空發(fā)動機(jī)中，由于渦輪葉片長期處于高溫、復(fù)雜應(yīng)力、環(huán)境極其惡劣的部位，以至于渦輪葉片性能的好壞直接關(guān)系到整個發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)的高低。渦輪葉片的性能水平(特別是承溫能力)不僅是一種型號發(fā)動機(jī)先進(jìn)程度的重要標(biāo)志，另一方面，也是一個國家航空工業(yè)水平高低的顯著標(biāo)志。世界上已有很多國家在開展相近的研宄工作，如英國已提出的在本世紀(jì)初研制出推重比約為20的航空發(fā)動機(jī)的“先進(jìn)核心發(fā)動機(jī)技術(shù)”計劃。日本提出的提高先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)推重比的“工業(yè)前沿科技研宄”研宄計劃。與這些航空發(fā)達(dá)國家相比，我國的航空發(fā)動機(jī)總體水平還比較落后，差I(lǐng)?1.5代，約25?30年，并且這種差距還有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢。所以我國研宄怎樣提高發(fā)動機(jī)推重比，對推動國家航天事業(yè)的發(fā)展，縮小與世界發(fā)達(dá)國家的差距，意義重大。
[0003]為了提高發(fā)動機(jī)渦輪部件適應(yīng)渦輪前進(jìn)口溫度不斷提高的能力，必須增加渦輪空心葉片的承溫能力。而單純通過提高合金的承溫能力來滿足渦輪前進(jìn)口溫度日益提高的要求已不太可能，所以現(xiàn)在復(fù)雜的葉片冷卻系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用日漸火熱，即采用具有復(fù)雜內(nèi)腔的空心葉片，由于空心葉片內(nèi)部的冷卻結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，靠傳統(tǒng)的機(jī)加工、電化學(xué)方法都己無法達(dá)到要求，只有采用熔模精密鑄造技術(shù)才能解決這一問題。然而熔模精密鑄造的普通成型法(金屬陶芯和可溶陶芯)無法形成渦輪葉片的復(fù)雜、細(xì)薄內(nèi)腔，因為在模組浸涂時，耐火材料無法進(jìn)入其中，撒沙、干燥等工序無法實現(xiàn)，只有采用陶瓷型芯才能達(dá)到這一目標(biāo)。
[0004]顯然，在制造空心葉片過程中，型芯的制備尤為關(guān)鍵，它的性能好壞直接關(guān)系到葉片的生產(chǎn)質(zhì)量。但目前陶瓷型芯的制造技術(shù)在各國都是核心機(jī)密，有關(guān)陶瓷型芯材料配方和關(guān)鍵制造技術(shù)受到專利保護(hù)，國內(nèi)外相關(guān)文章甚少。而在我國，除個別航空工廠外，大部分的精鑄廠還不能生產(chǎn)具有復(fù)雜內(nèi)腔的精密鑄件。同時還沒有出現(xiàn)商品化的陶瓷型芯供應(yīng)商，生產(chǎn)設(shè)備比較簡單，工藝參數(shù)不能得到準(zhǔn)確控制，其差距與國外相比是顯而易見的，尤其是在氧化鋁陶瓷型芯的脫芯性能方面，十分落后，這極大地限制了我國精鑄水平的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為解決現(xiàn)有陶瓷型芯燒成氣孔率低、室溫強(qiáng)度低、收縮率大、高溫?fù)隙却?，脫芯困難，型芯不能適應(yīng)在高溫環(huán)境下使用及后期脫芯困難的問題，而提供一種改進(jìn)的氧化鋁陶瓷型芯及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的一種改進(jìn)的氧化鋁陶瓷型芯由陶瓷漿料和增塑劑制備而成；
[0007]所述的陶瓷漿料與增塑劑的質(zhì)量比為100: (20?30);所述的陶瓷漿料按質(zhì)量份數(shù)由5?90份剛玉粉、5?90莫來石、7?35份石英粉、I?1.5份活性石墨、I?1.5份氧化鎂和0.5?I份油酸混合而成；
[0008]其中所述的剛玉粉由200目的剛玉粉、300目的剛玉粉和400目的剛玉粉混合而成，其中所述的200目的剛玉粉與300目的剛玉粉的質(zhì)量比為(3?7):3，其中所述的200目的剛玉粉與400目的剛玉粉的質(zhì)量比為(3?7):2 ;
[0009]其中所述的莫來石粉由200目的莫來石粉、320目的莫來石粉和400目的莫來石粉混合而成；其中所述的200目的莫來石粉與320目的莫來石粉的質(zhì)量比為2: (3?7);其中所述的400目莫來石粉與320目的莫來石粉的質(zhì)量比為3: (3?7);
[0010]其中所述的石英粉為200目的石英粉；
[0011]所述的增塑劑由石蠟、蜂蠟和聚乙烯混合而成；
[0012]其中所述的石蠟與蜂蠟的質(zhì)量比為(15?22):1 ;其中所述的石蠟與聚乙烯的質(zhì)量比為(45?48):1。
[0013]本發(fā)明的一種改進(jìn)的氧化鋁陶瓷型芯的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
[0014]一、配置增塑劑:將石蠟、蜂蠟和聚乙烯混合均勻，得到增塑劑；
[0015]步驟一中所述的石蠟與蜂蠟的質(zhì)量比為(15?22):1 ;步驟一中所述的石蠟與聚乙烯的質(zhì)量比為(45?48):1 ；
[0016]二、配置陶瓷漿料:按質(zhì)量份數(shù)將5?90份剛玉粉、5?90莫來石、7?35份石英粉、I?1.5份活性石墨、I?1.5份氧化鎂和0.5?I份油酸攪拌均勻后放在保溫箱中在溫度為80?100°C的條件下保溫2h?4h，得到陶瓷漿料；
[0017]步驟二中所述的剛玉粉由200目的剛玉粉、300目的剛玉粉和400目的剛玉粉混合而成，其中所述的200目的剛玉粉與300目的剛玉粉的質(zhì)量比為(3?7):3，其中所述的200目的剛玉粉與400目的剛玉粉的質(zhì)量比為(3?7):2 ;
[0018]步驟二中所述的莫來石粉由200目的莫來石粉、320目的莫來石粉和400目的莫來石粉混合而成；其中所述的200目的莫來石粉與320目的莫來石粉的質(zhì)量比為2: (3?7);其中所述的400目莫來石粉與320目的莫來石粉的質(zhì)量比為3: (3?7);
[0019]步驟二中所述的石英粉為200目的石英粉；
[0020]三、制備預(yù)制料:將步驟二得到的陶瓷漿料加入到步驟一得到的增塑劑中，加入速度為60g/min?120g/min，在攪拌速度為60r/min?70r/min下攪拌7h?9h，得到預(yù)制料；
[0021]步驟三中所述的步驟二得到的陶瓷漿料與步驟一得到的增塑劑的質(zhì)量比為100:(20 ?30)；
[0022]四、制備氧化鋁陶瓷型芯:將壓型模具預(yù)熱至溫度為80?100°C，然后將步驟三得到的預(yù)制料加入到模具中進(jìn)行壓制，再燒結(jié)，得到改進(jìn)的氧化鋁陶瓷型芯。
[0023]本發(fā)明的有益效果:
[0024]本發(fā)明的氧化鋁陶瓷型芯的優(yōu)點是通過新的成分配比，即同時添加莫來石，可以降低陶瓷型芯的燒成收縮率并且提高型芯的室溫強(qiáng)度，并配合合適的高溫強(qiáng)化措施顯著的減少陶瓷型芯的高溫?fù)隙?；石英粉和活性石墨的加入，大大增加了氣孔率，顯著提高了型芯的脫芯效率。近些年來陶瓷型芯向著形狀更復(fù)雜，尺寸更大，性能更高的方向發(fā)展，這對葉片的性能指標(biāo)要求越來越高。通過實驗測試，本發(fā)明的改進(jìn)的氧化鋁陶瓷型芯其氣孔率為47.78%，遠(yuǎn)高于已有的氧化鋁陶瓷型芯的氣孔率；室溫強(qiáng)度為26.45Mpa，也遠(yuǎn)高于已有的氧化鋁陶瓷型芯的室溫強(qiáng)度；燒成收縮率為0.58%，低于已有氧化鋁陶瓷型芯的收縮率，收縮率降低了 2.52%，同時經(jīng)高溫強(qiáng)化后其高溫?fù)隙葹?.23，明顯低于原來成分配比的陶瓷型芯高溫?fù)隙龋邷負(fù)隙冉档土?6.77mm ;最重要的一點是脫芯性能明顯提高，堿煮1.5小時，基本腐蝕殆盡，完全符合生產(chǎn)要求。
[0025]同時本發(fā)明方法的制備過程及操作簡單，漿料有很好的流動性，能大大提高陶瓷型芯的成型率，縮短實驗時間。
【附圖說明】
[0026]圖1為試驗一得到的改進(jìn)的氧化鋁陶瓷型芯斷口 1000倍SEM圖像；
[0027]圖2為試驗一得到的改進(jìn)的氧化鋁陶瓷型芯與現(xiàn)有陶瓷型芯高溫?fù)隙葴y試后照片；其中a為現(xiàn)有陶瓷型芯，b為試驗一得到的改進(jìn)的氧化鋁陶瓷型芯；
[0028]圖3為壓鑄成型的陶瓷型芯件。
【具體實施方式】
[0029]【具體實施方式】一:本實施方式的一種改進(jìn)的氧化鋁陶瓷型芯由陶瓷漿料和增塑劑制備而成；
[0030]所述的陶瓷漿料與增塑劑的質(zhì)量比為100: (20?30);所述的陶瓷漿料按質(zhì)量份數(shù)由5?90份剛玉粉、5?90莫來石、7?35份石英粉、I?1.5份活性石墨、I?1.5份氧化鎂和0.5?I份油酸混合而成；
[0031]其中所述的剛玉粉由200目的剛玉粉、300目的剛玉粉和400目的剛玉粉混合而成，其中所述的200目的剛玉粉與300目的剛玉粉的質(zhì)量比為(3?7):3，其中所述的200目的剛玉粉與400目的剛玉粉的質(zhì)量比為(3?7):2 ;
[0032]其中所述的莫來石粉由200目的莫來石粉、320目的莫來石粉和400目的莫來石粉混合而成；其中所述的200目的莫來石粉與320目的莫來石粉的質(zhì)量比為2: (3?7);其中所述的400目莫來石粉與320目的莫來石粉的質(zhì)量比為3: (3?7);
[0033]其中所述的石英粉為200目的石英粉；
[0034]所述的增塑劑由石蠟、蜂蠟和聚乙烯混合而成；
[0035]其中所述的石蠟與蜂蠟的質(zhì)量比為(15?22):1 ;其中所述的石蠟與聚乙烯的質(zhì)量比為(45?48):1。
[0036]本實施方式中所述的活性石墨、氧化鎂和油酸均為市售產(chǎn)品。
[0037]本實施方式的氧化鋁陶瓷型芯的優(yōu)點是通過新的成分配比，即同時添加莫來石，可以降低陶瓷型芯的燒成收縮率并且提高型芯的室溫強(qiáng)度，并配合合適的高溫強(qiáng)化