[发明专利]用于制造多孔陶瓷立体光刻的树脂及其使用方法

说明书

本申请提供了一种陶瓷树脂及其形成和使用方法。陶瓷树脂可以包括可交联前体、光引发剂、陶瓷颗粒和成孔颗粒。陶瓷树脂可以用于形成陶瓷铸造元件，例如通过包括下列步骤的方法：形成陶瓷树脂层；将光施加到陶瓷树脂上，使得光引发剂引发可交联前体的聚合，以形成将陶瓷颗粒和成孔颗粒定型的交联聚合物基质；然后，将交联聚合物基质加热到第一温度以烧掉成孔颗粒。

技术领域

本说明书的实施例大体涉及使用一次性陶瓷铸造元件制造部件的方法。更具体地，本说明书的实施例涉及用于熔模铸造复杂制品的整体牺牲型(sacrificial)芯的制造和使用，所述复杂制品包括燃气涡轮部件，例如叶片、喷嘴和护罩。

背景技术

熔模铸造或失蜡工艺用于形成诸如金属的合适材料的复杂三维部件。例如，熔模铸造可以用于形成包括翼型件的涡轮叶片，翼型件在其根部与叶片平台整体接合，在叶片平台下方整体接合有多叶形支撑燕尾榫。翼型件是中空的并且包括沿着其跨度延伸的一个或多个径向通道，径向通道开始于叶片燕尾榫内部，叶片燕尾榫具有一个或多个入口，用于在发动机运行期间接收加压冷却空气。

翼型件可在其中具有各种形式的复杂冷却回路，用于定制翼型件的相对压力侧和吸入侧的不同部分在其前缘和后缘之间并且从平台处的根部到径向外尖端的冷却。

在现有翼型件设计中，复杂的冷却回路可包括沿着前缘的翼型件内部的专用通道，用于提供其内部的冲击冷却。这种涡轮叶片在常规铸造工艺中通常由高强度超合金金属材料制造。在普通的熔模铸造或失蜡铸造工艺中，首先制造精密陶瓷型芯以符合涡轮叶片内所需的复杂冷却通道。还形成了精密陶瓷铸造元件或模具，其限定了涡轮叶片的精确三维外表面，包括其翼型件、平台和整体燕尾榫。

陶瓷型芯组装在两个半模具内，半模具之间形成限定叶片的所得金属部分的空间或空隙。蜡被注入组装模具中以充满空隙，并包围在其中包封的陶瓷型芯。将两个半模具分开并从模制蜡中取出。模制蜡具有期望叶片的精密构型，然后用陶瓷材料涂布，以形成周围的陶瓷壳体。

蜡被熔化并从壳体中除去，在陶瓷壳体和内部陶瓷型芯之间留下相应的空隙或空间。然后将熔融金属倒入壳体中以填充其中的空隙，并再次包封壳体中包含的陶瓷型芯。熔融金属接着被冷却和硬化，然后适当地去除外部壳体和内部型芯，留下期望的金属涡轮叶片，在该叶片中得到内部冷却通道。

铸造好的涡轮叶片然后可以经过后续的制造过程，例如根据需要通过翼型件的侧壁适当地钻几排膜冷却孔，以提供用于内部引导的冷却空气的出口，然后在燃气涡轮发动机的操作期间，内部引导的冷却空气在翼型件的外表面上形成保护性冷却空气膜或覆盖层。

因此，用于制造这种复杂部件的现有方法需要多步骤过程，所述多步骤过程涉及使用蜡模具、注蜡和/或外部陶瓷壳体涂层以形成用于部件最终铸造的铸模。因此，仍然需要用于制造具有复杂内部设计的燃气涡轮部件、特别是翼型件的简化方法。

近来，随着增材制造的出现，陶瓷模芯可以通过立体光刻(SLA)工艺、直接金属激光烧结(DMLS)工艺和选择性激光烧结(SLS)工艺中的任何一种或多种形成。SLA工艺是使用紫外(UV)光(例如UV激光器)在一次形成一层的一部分的过程中固化树脂的增材制造工艺。SLA模型对于精细细节很重要的配合和功能研究特别精确，并且可以用作铸造硅树脂和复合材料工具以及各种其他模制技术的母模。

当使用SLA工艺形成陶瓷SLA部件时，当前可商购的陶瓷立体光刻材料导致完全或几乎完全致密的零件，而没有任何受控的孔隙率。然而，这种致密零件并不特别适合铸造型芯，因为浸出陶瓷型芯材料所需的时间过长，而没有一定程度的固有孔隙率来促进浸出剂输送到型芯中。

发明内容

方面和优点将部分地在下面的描述中提出，或者可以由该描述显而易见，或者可以通过实施本发明来了解。