[发明专利]一种浇注陶瓷型芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有空心支板的大型铸件的熔模铸造技术，特别是一种用于航空发动机中介机匣、后机匣等环形铸件空心支板成型用型芯材料及制备方法。

背景技术

增加航空发动机涡轮前进气温度和减重是提高其推重比的主要途径。构成航空发动机的主要承力部件，如高温合金后机匣、钛合金中介机匣等部件的结构设计也日趋复杂，因此对其金属基体材料及其加工技术提出了更加苛刻的要求。从世界航空发达国家发展的历程和未来趋势看，在发动机推力一定的情况下，通过机匣类铸件薄壁化设计和采用整体精铸技术，使发动机本身减重并且提高可靠性，大大提升了发动机性能，也是提高推重比的有效途径之一。

近净形熔模精密铸造技术是国内外制备发动机机匣类结构件最重要的技术。该技术通过采用可熔失的蜡料压制蜡模，然后制作陶瓷型壳，脱蜡后对陶瓷型壳进行焙烧，最后将熔融的金属浇注到型壳中，待金属凝固、冷却后清壳，即得到所需的铸件。通过对铸型材料以及对铸件成型过程中各工艺环节和工艺因素的严格控制，可获得工作面无需机械加工或只进行局部打磨的近净形铸件。因此熔模精密铸造技术具有铸造尺寸精度高、表面粗糙度低、可用于铸造形状复杂(特别是内腔复杂)的大型薄壁件和整体件的优点。

航空发动机机匣类部件通常有若干空心支板，为了获得其空心结构，须在陶瓷型壳中的斜支板部位增加陶瓷型芯，待铸件浇注完毕后，首先脱除型壳，然后将陶瓷型芯从支板中用机械或化学方法清除，即获得支板具有空心结构的机匣铸件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适于满足航空发动机机匣类铸件的熔模精密铸造技术的需求的支板成型用浇注陶瓷型芯及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的浇注陶瓷型芯包括：不同粒度的熔融石英粉、针状石墨粉、氯化铵以及硅溶胶。

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别为20-40目、50-100目和200-325目，其中粒度为20-40目的熔融石英粉的质量百分比为10％-30％，粒度为50-100目的熔融石英粉的质量百分比为20％-40％，粒度为200-325目的熔融石英粉的质量百分比为30％-70％；所述的针状石墨粉，是由针状石油焦经由2600-2800℃高温煅烧，并发生石墨化而获得，其中碳含量≥99wt.％，粒度分布在40-120目之间，针状石墨粉加入量为熔融石英粉质量的1-5％；所述的氯化铵，为分析纯，粒度分布在200-325目之间，氯化铵的加入量为熔融石英粉的0.08-0.12wt.％；所述的硅溶胶中的二氧化硅含量≥28wt.％。

本发明涉及的支板成型用陶瓷型芯的制作方法是：将不同粒度的熔融石英粉、针状石墨粉和氯化铵按照一定比例混合，获得粉体原料；将一定量的硅溶胶加入到该粉体原料中，采用强力搅拌方式混合一定的时间，配成陶瓷浆料，将陶瓷浆料浇注到铸件熔模铸造用蜡模的支板空腔中，经过一定时间后，氯化铵引发硅溶胶发生固化反应，使陶瓷浆料成为具有一定强度的固体，即支板成型用陶瓷型芯。该陶瓷型芯的作用是使铸件浇注后，经型芯清除，使铸件的支板具有一定尺寸和形状的空心结构。

本发明的浇注陶瓷型芯的制备方法，包括如下步骤：

第一步，配制粉体原料。配制过程是：将不同粒度的熔融石英粉、针状石墨粉和氯化铵粉体加入到V型混料机中，进行强制干混，V型混料机的转速为120转/min，混合时间为12-24h。各种粉体混合后，即得到制备陶瓷型芯的粉体原料。

第二步，配制陶瓷型芯浇注成型用浆料。配制过程是：将第一步中得到的粉体原料加入到一定量的硅溶胶中，用强力搅拌机混合约1min，粉体原料和硅溶胶混合成为陶瓷型芯浇注成型用浆料。

第三步，型芯浇注成型。将第二步中获得的浆料浇注到铸件熔模铸造用蜡模的支板空腔中，经一定时间后浆料固化，获得具有一定强度的固体型芯。该型芯可在铸件浇注后清除，使铸件的支板具有一定尺寸和形状的空心结构。