[发明专利]一种添加方石英的硅基陶瓷型芯

说明书

技术领域

本发明公开了一种添加方石英的硅基陶瓷型芯，特别是指一种添加方石英的定向空心涡轮叶片用硅基陶瓷型芯；属于精密铸造技术领域。

背景技术

硅基陶瓷型芯具有膨胀系数小、优良的抗急冷急热能力、机械强度高、化学稳定性好和脱芯方便等优点，广泛应用在空心涡轮叶片制造领域。硅基陶瓷型芯以石英玻璃为基体材料，一般添加氧化铝、莫来石和锆英石等作为矿化剂，通过选择合适的烧结温度来控制陶瓷型芯烧成后方石英的含量，以提高型芯的性能。该类陶瓷型芯在浇注温度较低的等轴晶叶片时成品率较高，但在定向及单晶凝固(浇注温度超过1500℃)时，时常产生严重变形甚至断裂，导致叶片的浇注成品率很低。

硅基陶瓷型芯在烧成后必须含有一定量的方石英，作为在合金液浇注时石英玻璃的析晶晶核，促进石英玻璃的析晶。现有的硅基陶瓷型芯由于烧成后方石英含量较少，造成在合金液浇注前型芯中方石英的转变量不足，以致抗蠕变性能较差，陶瓷型芯在金属液的作用下发生软化变形。提高烧结温度能增加陶瓷型芯烧成后方石英的含量，但同时也带来了其他问题，如陶瓷型芯收缩率增大、气孔率降低等问题。陶瓷型芯收缩率过大，会降低叶片内腔的尺寸精度；而气孔率降低会恶化陶瓷型芯的脱芯性能。因此，现有的硅基陶瓷型芯无法满足叶片定向浇注的要求，成为制约空心涡轮叶片发展的技术瓶颈，需要研究开发性能优异的硅基陶瓷型芯。

目前，国内外对通过预先添加方石英提高陶瓷型芯的抗高温蠕变性能和尺寸稳定性的研究尚未见诸报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种通过对陶瓷型芯添加方石英晶体，有效降低陶瓷型芯的高温蠕变并提高陶瓷型芯的尺寸稳定性，从而提高在浇注定向空心叶片时的成功率的途径。

本发明一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，由下述组分按重量百分比组成：

石英玻璃    44-74％

方石英    10-40％

氧化锆    5-16％

各组分之和为100％。

本发明一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，由下述组分按重量百分比组成：

石英玻璃  54-64％

方石英    20-30％

氧化锆    8-13％

各组分之和为100％。

本发明一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，由下述组分按重量百分比组成：

石英玻璃  56-60％

方石英    23-27％

氧化锆    9-11％

各组分之和为100％。

本发明中，所述石英玻璃的纯度大于99.59％，氧化锆的纯度大于99.96％。

本发明中，所述方石英由石英玻璃煅烧而成，煅烧工艺参数为：温度1550℃，时间4h。

本发明中，所述石英玻璃最大粒度小于230目，方石英最大粒度小于270目，氧化锆最大粒度小于2微米。

本发明由于采用上述配方，在石英玻璃基体材料中添加方石英晶体，一方面，在较低的烧结温度下获得足量的方石英，作为合金液浇注前石英玻璃析晶的晶核，使陶瓷型芯中形成大量的方石英晶体成为耐高温骨架，提高陶瓷型芯的抗高温蠕变性能；有效降低陶瓷型芯的高温变形并提高铸造叶片的不露芯率；另一方面，利用方石英晶体在陶瓷型芯焙烧过程中能抑制陶瓷型芯烧结过程中石英玻璃的黏性流动，加入方石英能稳定陶瓷型芯的尺寸和降低收缩率，获得良好的高温性能。从而为内腔日益复杂的空心涡轮叶片提供性能优异的硅基陶瓷型芯，提高叶片内腔尺寸的精度。

本发明的优点和积极效果：

1、添加方石英后，能提高陶瓷型芯的抗高温变形能力，从而有效降低陶瓷型芯的高温挠度。

2、添加方石英后，能抑制石英玻璃的黏性流动，从而有效降低陶瓷型芯的烧结收缩率。

综上所述，本发明通过在陶瓷型芯中添加方石英晶体，一方面，利用方石英能促进石英玻璃析晶的特性，促使陶瓷型芯在烧成后含有足量的方石英，作为合金液浇注前石英玻璃的析晶晶核，使陶瓷型芯中形成大量的方石英晶体成为耐高温骨架，提高陶瓷型芯的抗高温蠕变能力，从而有效降低陶瓷型芯的高温变形并提高铸造叶片的不露芯率；另一方面，利用方石英晶体在陶瓷型芯焙烧过程中能抑制石英玻璃黏性流动的特性，加入方石英能稳定陶瓷型芯的尺寸和降低收缩率，从而提高叶片内腔尺寸的精度。可有效提高陶瓷型的高温性能，从而为定向空心涡轮叶片及其他精密铸造领域提供了一种性能优异的硅基陶瓷型芯。经过生产验证，定向空心叶片的一次浇注成功率达到33％以上。

附图说明

附图1是未添加方石英的陶瓷型芯在1250℃烧结后的物相分析曲线；