[发明专利]一种氧化物掺杂改性的Y2O3+YSZ耐高温型壳的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐高温陶瓷型壳材料成型工艺技术的领域，具体涉及一种氧化物掺杂改性的Y₂O₃+YSZ耐高温型壳的制备方法。 

背景技术

目前针对高温合金等难熔及高活性金属的熔炼或精密铸造所采用的型壳制备方法主要有以下几种： 

对于钛合金，型壳面层涂料主要以锆溶胶、二醋酸锆等为粘结剂，二次重熔并经Mg、Ca稳定的氧化锆或高纯度的氧化锆为面层或临面层耐火材料，电熔刚玉为中间层及背层耐火材料，用以上单种粘结剂和耐火材料分别配制涂料进行涂挂然后进行相应撒砂并干燥，如此重复数次，粉液比为2～5∶1，撒砂粒度为30～100目，撒砂粒度依次降低，最后封浆干燥脱蜡并进行烧结。 

对于镍基合金，型壳面层涂料主要以碱性硅溶胶为粘结剂，石英砂、锆英粉砂为面层或临面层耐火材料，铝矾土砂和煤矸石粉为中间及背层耐火材料，用相应耐火材料与碱性硅溶胶混合成涂料，然后用相应耐火材料进行撒砂并干燥，重复数次以后，最后封浆干燥脱蜡并进行烧结，粉液比为1.4～3.5∶1，撒砂粒度为30～100目； 

Nb-Si基超高温合金在室温下具有一定的韧性，具有较高的高温强度，并且其熔点高、密度小，有望作为在1200～1400℃温度下工作的发动机叶片候选材料。 

对于Nb-Si基超高温合金，其精密铸造和超高温整体定向凝固工艺要求所用的坩埚对合金液呈惰性，并具有高熔点、高强度、良好的退让性、抗热震性以及易成型等特点。而能面对2100℃以上高温，并与Ti、Hf元素等不反应的陶瓷坩埚目前还未见报道。以上所介绍的适用于钛合金和镍基合金的型壳由于与Nb-Si合金液可发生反应或者不耐2000℃以上高温而不能满足Nb-Si合金熔炼或定向凝固的要求。 

氧化钇具有高熔点、高的高温化学稳定性等特点，在高温下不易与Nb、Ti、Si、Hf等元素反应，这是其可作为耐高温型壳材料的保证。然而氧化钇也存在粉末材料价格高、烧结成瓷温度高、易发生水化作用而使浆料产生胶凝等缺点。钇稳定氧化锆具有高熔点、高的高温强度和抗热震性以及价格相对便宜等特点，然而存在在高温下与Nb、Ti、Si、Hf等元素发生反应的问题。因此，参照氧化钇同其它氧化物的二元相图，挑选合适的氧化物对其进行掺杂改性，并结合氧化钇和氧化锆各自的特点，制备出耐温能力更高、惰性及抗热震性更好的氧化物掺杂改性的Y₂O₃+YSZ复合耐高温型壳具有重要意义及应用前景。 

发明内容

要解决的技术问题 

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种氧化物掺杂改性的Y₂O₃+YSZ耐高温型壳的制备方法，可应用于铌硅基超高温合金等难熔及高活性金属的熔炼及精密铸造领域，有望满足对其耐高温、对Nb-Si合金液呈惰性、高退让性、高强度和抗热震性的要求。 

技术方案 

一种氧化物掺杂改性的Y₂O₃+YSZ耐高温型壳的制备方法，其特征在于步骤如下： 

步骤1、配制料浆：在钇溶胶中加入混合好的电熔氧化钇粉末和掺杂氧化物粉末，掺杂氧化物所占摩尔分数由权利要求3至权利要求10给出，搅拌均匀制成料浆；所述粉液比为1～3:1；所述掺杂氧化物粉末为CaO、La₂O₃、ZrO₂或MgO中的一种或多种； 

步骤2、制备型壳：将铸件形蜡模浸入料浆后取出，待蜡模表面料浆流平且不再下滴时进行撒砂，然后在室温及相对湿度50～70％条件下干燥；重复本过程4～9次后，再浸入料浆进行封浆，并充分干燥，具体过程为： 

第一次和第二次将铸件形蜡模浸入料浆得到型壳面层和临面层，此时的料浆的粉 液比为2～3:1，撒砂为电熔氧化钇80～100目，干燥10～30h；后两次将铸件形蜡模浸入料浆得到背层和临背层，此时的料浆的粉液比为1～2:1，撒砂为钇稳定氧化锆YSZ16～36目，干燥10～30h；中间各次将铸件形蜡模浸入料浆得到中间层，料浆的粉液比为1.5～2.5:1，撒砂为体积分数各占50％的Y₂O₃和YSZ混合沙粒50～80目，干燥10～30h；最后的封浆料浆的粉液比为1～2:1，干燥20～40h。 

步骤3、型壳脱蜡：将步骤2封浆并干燥好的型壳置于450～550℃加热炉中脱蜡20～60min，然后随炉冷至室温；