[发明专利]定向凝固用莫来石晶须增强铝基陶瓷型芯制备方法

说明书

一种定向凝固用莫来石晶须增强铝基陶瓷型芯的制备方法，将作为陶瓷型芯基体原料的电熔刚玉粉、氢氧化铝粉、氧化钇粉、纳米二氧化硅粉、三氟化铝粉和表面处理后用于提升型芯的孔隙率的木质素纤维混合后与熔融后的增塑剂搅拌混合得到型芯浆料后进行压制得到陶瓷型芯坯体，再将陶瓷型芯坯体置于氧化镁粉体中并进行四阶段烧结以烧除木质素纤维的同时提升孔隙率，最后用氧化钇溶胶进行浸渍后焙烧强化，使其中的氢氧化铝和纳米二氧化硅在三氟化铝的催化下，原位生成了莫来石晶须，从而得到航空发动机和燃气轮机涡轮叶片定向凝固用莫来石晶须增强铝基陶瓷型芯。本发明得到的陶瓷型芯在大尺寸航空发动机和燃气轮机空心涡轮叶片定向凝固过程中可以承受1550℃‑1700℃的高温而变形量很小，在高温度梯度下不开裂。

技术领域

本发明涉及的是一种熔模铸造领域的技术，具体是一种用于航空发动机与燃气轮机涡轮叶片的定向凝固用莫来石晶须增强铝基陶瓷型芯制备方法。

背景技术

陶瓷型芯的作用是形成航空发动机和燃气轮机空心叶片的内腔，并与熔模及型壳共同保证空心叶片壁厚的尺寸精度，叶片成型后，再将型芯通过机械或化学方法去除，即可得到叶片的空心结构。航空发动机和燃气轮机空心叶片精密铸造用的陶瓷型芯尺寸大、形状复杂，对其高温强度、抗高温蠕变性等力学性能的要求远高于一般的小型陶瓷型芯。以石英玻璃为主的硅基陶瓷型芯虽然具有良好的碱溶脱芯性能，但其抗高温蠕变性能较差，在大尺寸燃机叶片定向凝固过程中易发生变形、断裂的问题。

现有改进技术以氧化铝为主的铝基陶瓷型芯具有更高的耐高温性能，但氧化铝的熔点高，因此铝基陶瓷型芯中往往会添加一些矿化剂，以降低烧成温度，但这对于型芯的抗高温蠕变性能会带来不利的影响，此外氧化铝脱芯问题是制约其广泛应用的另一问题，并且型芯的开孔孔隙率越高，越有利于型芯的碱溶脱除，但这也会造成其高温强度的下降，因此在保证型芯强度的前提下，如何提高其开孔孔隙率，是氧化铝陶瓷型芯开发的关键。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种定向凝固用莫来石晶须增强铝基陶瓷型芯制备方法，得到的陶瓷型芯在大尺寸航空发动机和燃气轮机空心涡轮叶片定向凝固过程中可以承受1550℃-1700℃的高温而变形量很小，在高温度梯度下不开裂。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种定向凝固用莫来石晶须增强铝基陶瓷型芯的制备方法，将作为陶瓷型芯基体原料的电熔刚玉粉、氢氧化铝粉、氧化钇粉、纳米二氧化硅粉、三氟化铝粉和表面处理后用于提升型芯的孔隙率的木质素纤维混合后与熔融后的增塑剂搅拌混合得到型芯浆料后进行压制得到陶瓷型芯坯体，再将陶瓷型芯坯体置于氧化镁粉体中并进行四阶段烧结以烧除木质素纤维的同时提升孔隙率，最后用氧化钇溶胶进行浸渍后焙烧强化，使其中的氢氧化铝和纳米二氧化硅在三氟化铝的催化下，原位生成了莫来石晶须，从而得到航空发动机和燃气轮机涡轮叶片定向凝固用莫来石晶须增强铝基陶瓷型芯。

所述的表面处理是指：采用偶联剂浸泡木质素纤维并烘干，其中木质素纤维与硅烷偶联剂的固液重量比为1:20；优选所述的偶联剂为硅烷偶联剂；所述的木质素纤维的直径为1-10μm，长度为50-500μm，具体将木质素纤维浸泡在偶联剂中，保持1h，之后将木质素纤维在120℃下烘干24h，即得到表面改性的木质素纤维。

所述的陶瓷型芯基体原料中：电熔刚玉粉75-85wt％、氢氧化铝粉5-9wt％、氧化钇粉2-5wt％、纳米二氧化硅粉3-6wt％、三氟化铝粉1-3wt％、木质素纤维1-5wt％；优选采用V型混料机将电熔刚玉粉、氢氧化铝粉、氧化钇粉、纳米二氧化硅粉、三氟化铝粉和表面处理后的木质素纤维强制干混1h。

所述的电熔刚玉粉的粒度分布为1-60μm，氧化钠含量低于0.06％；

所述的氢氧化铝粉的粒度分布为1-38μm，纯度大于99.5wt％；

所述的氧化钇粉为共沉淀法制备的氧化钇粉，粒度分布为0.1-1μm，纯度大于99.5wt％；