[发明专利]铌硅基合金叶片定向凝固熔模铸造用陶瓷型壳及制备方法

说明书

本发明公开了一种铌硅基合金叶片定向凝固熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，包括：步骤一、在搅拌状态下，将氧化钙稳定的二氧化锆与六方氮化硼的混合粉体、聚醋酸乙烯乳液、润湿剂、消泡剂、分散剂和防腐剂加入到二醋酸锆溶胶中后，继续搅拌，从而得到陶瓷型壳的面层涂料；步骤二、在搅拌状态下，将氧化钙稳定的二氧化锆粉、粉状氧化锆纤维、聚醋酸乙烯乳液、消泡剂、分散剂和防腐剂加入到二醋酸锆溶胶中后，继续搅拌，从而得到陶瓷型壳的背层涂料；步骤三、制备陶瓷型壳。本发明还公开了一种铌硅基合金叶片定向凝固熔模铸造用陶瓷型壳。本发明陶瓷型壳可以承受2000℃的高温而不变形，在定向凝固超高温度梯度下不开裂。

技术领域

本发明涉及熔模铸造型壳技术领域，具体涉及到一种铌硅基合金叶片定向凝固熔模铸造用陶瓷型壳及制备方法。

背景技术

提高航空发动机推重比和工作效率的主要途径是不断提高涡轮前进气口温度、减轻发动机整体重量，这对发动机材料，特别是叶片材料的承温性能提出了更高的要求，可以说航空发动机的核心热端部件-空心涡轮叶片的承温能力直接决定了发动机的性能。目前，第三代镍基单晶高温合金的使用温度极限为1150℃，通过热障涂层和气冷技术手段提高其工作温度的空间有限，因此发展具有更高承温性能的合金叶片材料是发展新型高推重比航空发动机的重要基础。

铌硅(NbSi)基合金具有熔点高(≥1750℃)、密度低(≤7.2g/cm3)等优点，承温能力比镍基合金高出250℃左右，从而受到越来越广泛的关注，是用于高推重比航空发动机叶片最有潜力的备选材料。因此，新一代高推重比航空发动机用耐高温铌硅涡轮叶片的材料及其成形技术成为当前研究的热点之一。

铌硅基合金的熔点远高于现有的镍基高温合金，因此其定向凝固成形用陶瓷型壳所需要承受的温度也需要达到很高的温度，如1900℃，这对于陶瓷型壳材料高温力学性能、抗高温蠕变性能等提出了更高的要求；同时，由于铌硅基合金熔体的化学活性高，易与陶瓷材料发生有害的高温界面反应，因此对于陶瓷材料的高温化学惰性也提出了很高的要求，常见的硅基、铝基陶瓷材料显然无法满足铌硅基合金定向凝固的要求。刘晨光、王红红等在专利(申请号： 201210209569)中提出了一种钛铝基及铌硅基合金定向凝固熔模精铸模壳(亦称“型壳”)的制备方法。该专利利用聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素等作为隔离层粘结剂，以氧化钇、氧化锆等用作高温惰性隔离层及加固层的耐火材料，再经沾浆、淋砂、干燥、烧结获得陶瓷模壳，据称可以承受2000℃左右的高温而不变形，在定向凝固大温度梯度条件下不开裂，制备出定向凝固铸件尺寸精度高，表面污染层极薄。但是该专利存在一个明显的问题，就是仅仅通过聚乙烯醇类水溶性高分子粘结剂制作氧化钇型壳面层，在焙烧过程中，高分子粘结剂在100-300℃下就完全分解挥发，此时氧化钇粉体之间没有结合力，很容易造成面层脱落，因此模壳面层的完整性和可靠性很难保证。

发明内容

本发明目的之一：提供一种定向凝固铌硅基叶片熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，该方法制备的陶瓷型壳可以承受2000℃的高温而不变形，在定向凝固超高温度梯度下不开裂。

本发明目的之二：提供一种定向凝固铌硅基叶片熔模铸造用陶瓷型壳。

为了达到上述目的，本发明采用二醋酸锆溶胶作为粘结剂，以氧化钙稳定的二氧化锆(CSZ)与六方氮化硼(h-BN)混合粉体作为耐火填料，以聚醋酸乙烯乳液作为流变改性剂，辅以润湿剂、消泡剂、分散剂和防腐剂若干，制备面层涂料；并以二醋酸锆溶胶作为粘结剂，以氧化钙稳定的二氧化锆粉作为耐火填料，以粉状氧化锆纤维作为增强剂，以聚醋酸乙烯乳液作为流变改性剂，辅以消泡剂、分散剂和防腐剂若干，制备背层涂料。具体技术方案如下：

一种铌硅基合金叶片定向凝固熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、制备陶瓷型壳的面层涂料；