[发明专利]一种制备增压器陶瓷涡轮转子的材料及用该材料制备涡轮转子的方法

说明书

技术领域

本发明属于增压器涡轮转子制造的技术领域，具体涉及一种制备增压器陶瓷涡轮转 

子的材料及用该材料制备涡轮转子的方法。 

背景技术

利用废气涡轮增压已经成为当前国际上汽油机、柴油机提高动力性、经济性和排放特性的最主要手段之一。涡轮转子增压器就是利用发动机排出的高温废气能量推动涡轮室内的废气涡轮高速旋转，由此驱动与涡轮同轴的压气机实现增压，从而提升发动机的性能。传统的涡轮转子材料一般采用镍基合金，但是，在高温、高压、高速的环境工况下，镍基涡轮转子叶片容易变形和开裂；另一方面，铸造镍基涡轮转子表面粗糙，易积碳，在高速运转下微小碳块有可能撞击涡轮转子叶片，造成转子叶片断裂失效。因此增压器涡轮转子安全性和可靠性成为制约其应用和发展的瓶颈。 

氮化硅陶瓷具有高强度、 高硬度、 耐高温、 耐腐蚀、抗氧化、抗热震性好、热导率高、密度小等优点，可替代传统涡轮材料镍基合金，成为制造增压器涡轮转子的理想陶瓷材料。特别是氮化硅陶瓷相对于镍合金密度小的优势，可有效减少涡轮转子的惯性矩，消除涡轮轴的滞后响应，降低发动机的排放烟度，提升发动机动力。但是，氮化硅陶瓷的本质脆性，在极端恶劣的服役条件下，面临热力冲击损伤问题，以及形成的热冲击损伤在长期高温和复杂载荷下的结构演化损伤与性能急剧衰减问题，氮化硅陶瓷涡轮转子可靠性受到严峻挑战。 

氮化硅陶瓷涡轮转子的本质脆性和恶劣的服役环境造成其性能不稳定，叶片飞断，使用寿命低。以往的氮化硅陶瓷涡轮转子原料配方中只是不同陶瓷成分的混合，这样的陶瓷涡轮转子因其脆性而性能极为不稳定。 

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种制备增压器陶瓷涡轮转子的材料 

及用该材料制备涡轮转子的方法，用本发明所述材料制备的增压器陶瓷涡轮转子重量轻，韧

性好，强度高，比重低，相应性好，在高温、高压和高速超常工况下，滞后相应小，变形量

小，积碳少，寿命高，同时，所述用该材料制备涡轮转子的方法步骤简单，操作方便，有利

于工业化规模生产。

本发明的技术方案为：一种制备增压器陶瓷涡轮转子的材料，包括以下重量份的组分：氮化硅粉末85～90份，氮化硼纳米管粉末1～8份，金属铝粉末2～4份，硅粉末2～4份，氧化锆粉末3～5份。 

用所述材料制备涡轮转子的方法，包括以下步骤： 

（1）原料配制：按重量份分别称取85～90份氮化硅粉末、1～8份氮化硼纳米管粉末、3～5份氧化锆粉末、2～4份金属铝粉末、2～4份硅粉末，构成原料；

（2）膏料配制：将步骤（1）所得原料与粘结剂按重量比1：1.5的比例加入至搅拌机中进行搅拌混合，搅拌速度55～65 r/min，在搅拌50～60min后，加入原料重量2%～4%的三氧化二钇烧结助剂，同时加入原料重量13%～15%的蒸馏水，继续搅拌20min，再加入原料重量3%～6%的流变剂，搅拌30～50min后制成膏状物；

（3）注射成型：将步骤（2）所得膏状物移入注射机储存罐中，静置30min，用注射机将膏状物注入涡轮转子成型模具中，将涡轮转子成型模具预热至300℃，在加压条件下进行模具成型，得到毛坯；

（4）定型干燥处理：将（3）中毛坯取出置于干燥钵中，用粒度为150～200目的氧化铝干粉填埋，一起放入120℃～200℃烘干炉内定型干燥，时间24h～30h；

（5）模具约束气压烧结：首先将（4）中干燥定型好的毛坯置于内表面涂有氮化硼的石墨涡轮转子模具中，将装有毛坯的石墨涡轮转子模具放入真空气压烧结炉内，真空度为10^-3Pa，通入101～108MPa的氮气或氩气，先按250℃/h的升温速度将炉内温度由室温升至500℃，保温1h后，再按100℃/h的升温速度将温度从500℃升至为1400～1800℃，最后保温1h后烧结结束，关炉使涡轮转子随炉自然冷却得到增压器涡轮转子。

所述步骤（2）中的粘结剂为硅溶胶。 

所述步骤（2）中的搅拌机为立式可升降强制式搅拌机。 

所述步骤（2）中的流变剂为高岭土与羧甲基纤维素的混合物或者聚乙烯醇水溶液或者膨润土或者羟乙基纤维素。 

所述步骤（3）中的注射机为柱塞式注射机。 

所述步骤（3）中所述压力为100MPa。 

所述步骤（3）中在用注射机将膏状物注入涡轮转子成型模具前，在涡轮转子成型模具内表面涂上聚乙烯醇水溶液润湿剂。