[发明专利]一种使用硅树脂增强硅基陶瓷型芯以提高力学性能的方法

说明书

技术领域

   本发明涉及一种使用硅树脂增强硅基陶瓷型芯以提高力学性能的方法，属于陶瓷材料制备以及精密铸造领域。

背景技术

硅基陶瓷型芯是根据高温合金叶片所需的孔或者腔而制造的一种部件，因其具有膨胀系数小、抗急冷急热能力强、机械强度高、化学稳定性好、脱芯方便等特点，而被广泛应用于精密铸造领域。例如，航空发动机的涡轮叶片的铸造，需要借助于硅基陶瓷型芯才能形成所需的空心形状。而硅基陶瓷型芯的质量会对涡轮叶片的质量和发动机的性能产生重大的影响。

影响硅基陶瓷型芯性能质量的两个主要因素为：高温强度和室温强度。型芯的室温强度主要通过液态的保护药剂覆盖到型芯表面以及渗透到型芯内部的空隙中，保护液固化后在型芯的表面及内部间隙形成具有一定强度的保护层，从而使型芯的整体室温强度提高，达到在运输和操作中免于损伤的目的。其效果的好坏和强化剂的种类以及强化工艺有密切的关系，它们是陶瓷型芯制造过程中一个非常重要的环节。而型芯的高温强度常使用硅酸乙酯水解液进行多次浸泡的方法来强化。其原理是通过高温强化液留在硅基陶瓷型芯中所形成的无定形SiO₂在高温受热过程中转变成方石英，来增强硅基型芯的高温抗蠕变和抗弯能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用硅树脂增强硅基陶瓷型芯以提高力学性能的方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：

在真空条件下将硅树脂强化剂渗入硅基陶瓷型芯中，真空除气3~5min，真空度600~6000Pa；在35℃下在硅树脂强化剂中浸泡2~10h；取出烘干并在150~180℃加热0.5~4h固化，冷却后取出；经过上述使用工艺得到的陶瓷型芯表面为淡黄色，且光滑时效果最佳；所述的强化剂为甲基苯基硅树脂，其固体含量为50%。

有关本发明的机理

通过硅树脂在型芯表面以及内部间隙中的固化来增强型芯的室温强度，同时型芯内部留存的硅树脂在高温下将生成无定型SiO₂而后在1200℃左右发生相变转变为方石英，因此能同时增强型芯的高温抗弯能力。

具体实施方式

实施例一

本实施例中所述强化剂采用的是甲基苯基硅树脂，固体含量为50%。将上述原料倒入一个有机玻璃实验槽中待用。

将硅基陶瓷型芯浸泡在甲基苯基硅树脂强化剂中，放于保温箱内，浸泡温度为35℃，浸泡时间4h。

取出擦去表面多余保护液至光滑洁净，放置于保温箱中55℃保温1h进行干燥，而后升温至150℃，保温2h ，冷却后取出。得到表面呈淡黄色的陶瓷型芯。

经测试，与未经过保护工艺的陶瓷型芯相比，保护处理后的陶瓷型芯室温强度有明显的改善，达到36.0MPa，可以达到免受操作运输损伤的要求，其高温抗弯强度达到31.0MPa，比未经强化的型芯的高温强度提升了24.0%。

实施例二

本实施例中所述强化剂采用的是甲基苯基硅树脂，固体含量为50%。将上述原料倒入一个有机玻璃实验槽中待用。

将硅基陶瓷型芯浸泡在甲基苯基硅树脂强化剂中，放于保温箱内，浸泡温度为35℃，浸泡时间6h。

取出擦去表面多余保护液至光滑洁净，放置于保温箱中55℃保温1h进行干燥，而后升温至150℃，保温2h ，冷却后取出。得到表面呈淡黄色的陶瓷型芯。

经测试，与未经过保护工艺的陶瓷型芯相比，保护处理后的陶瓷型芯室温强度有明显的改善，达到43.5MPa，可以达到免受操作运输损伤的要求，其高温抗弯强度达到44.2MPa，比未经强化的型芯的高温强度提升了76.8%。

实施例三

本实施例中所述强化剂采用的是甲基苯基硅树脂，固体含量为50%。将上述原料倒入一个有机玻璃实验槽中待用。

将硅基陶瓷型芯浸泡在甲基苯基硅树脂强化剂中，放于保温箱内，浸泡温度为35℃，浸泡时间10h。

取出擦去表面多余保护液至光滑洁净，放置于保温箱中55℃保温1h进行干燥，而后升温至150℃，保温2h ，冷却后取出。得到表面呈淡黄色的陶瓷型芯。

经测试，与未经过保护工艺的陶瓷型芯相比，保护处理后的陶瓷型芯室温强度有明显的改善，达到43.6MPa，其高温抗弯强度达到44.1MPa，与浸泡时间为10h时得到的型芯的力学性能持平。

实施例四

本实施例中所述强化剂采用的是甲基苯基硅树脂，固体含量为50%。将上述原料倒入一个有机玻璃实验槽中待用。