[发明专利]一种抗冷热冲击、抗高温蠕变且易脱除的硅基陶瓷型芯及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种高抗冷热冲击、抗高温蠕变且易脱除的陶瓷型芯及其制备工艺，属于高温合金技术领域。利用一定粒度的石英玻璃粉形成陶瓷型芯基体骨架，保证陶瓷型芯具有良好的抗冷热冲击性能；微米及以下粒度的晶体方石英及氧化铝粉提高陶瓷型芯的烧结致密度进而提高高温抗蠕变性能；定向凝固过程中，方石英作为籽晶使大颗粒石英玻璃容易晶化并在冷却过程中形成裂纹，型芯脱除时碱液容易浸入到裂纹处，提高陶瓷型芯脱除性能。

技术领域

本发明涉及高温合金技术领域，特别提供一种大尺寸单晶/定向空心导向叶片用抗冷热冲击、抗高温蠕变且易脱除的硅基陶瓷型芯及其制备工艺。

背景技术

单晶/定向涡轮叶片是燃气轮机最关键的热端部件。随着燃气轮机的发展，功率及热效率不断提高，对涡轮叶片承温能力的要求也越来越高。为提高承温能力，叶片的冷却结构日趋复杂，其制备难度明显增减。

单晶/定向涡轮叶片冷却空腔结构通常采用陶瓷型芯形成。对于燃机大尺寸单晶/定向导向叶片，形成内腔所使用的陶瓷型芯尺寸较大，形状复杂，不仅在叶片浇注过程中需要确保陶瓷型芯尺寸稳定，还应该具备良好的抗冷热冲击性能及抗高温蠕变能力，同时在叶片成形后，陶芯应具有良好的脱芯能力。目前最常用的陶瓷型芯基材为硅基，使用石英玻璃作为基体材料，同时添加氧化铝、氧化锆、硅酸锆等矿化剂。硅基陶瓷型芯烧结时必须控制方石英的析出量，以保证陶瓷型芯具有良好的综合性能，但仅通过工艺参数调整，难以保证方石英析出的均匀性。选择一种即适用于大尺寸叶片、又具有较高抗热冲击能力且易脱除的陶瓷型芯，是目前生产中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗冷热冲击、抗高温蠕变且易脱除的陶瓷型芯及其制备工艺，以满足单晶/定向空心涡轮导向叶片制备需求。

一种抗冷热冲击、抗高温蠕变且易脱除的陶瓷型芯，按重量百分含量计，该陶瓷型芯组成如下：

方石英：4％-9％；

石英玻璃：42％-76％；

氧化铝：20％-49％。

所述石英玻璃纯度大于99.9％，氧化铝纯度大于99.9％，方石英纯度大于99.9％。

所述石英玻璃的粒度为100目～200目，方石英的粒度为1000目～3000目，氧化铝的粒度为600目～1000目。

所述抗冷热冲击、抗高温蠕变且易脱除的陶瓷型芯的制备工艺，采用料浆注塑成型的方法制备陶瓷型芯，所述料浆注塑成型的方法包括如下步骤：

(1)将石英玻璃、氧化铝和方石英按配比放入罐磨机中，以80r/min罐磨24h，所得粉料备用；

(2)将增塑剂加热至70-90℃，待其完全融化，将步骤(1)所得粉料分批加入增塑剂中，每批加入量占全部粉料的20％-30％，加入过程中不断搅拌，保证无干粉，待所有粉料均加入后得到料浆，将所得料浆浇注成料浆锭保存；

(3)将步骤(2)制备的料浆锭加热至90-110℃，保温12-24h，待料浆锭完全融化后制备陶瓷型芯素坯；

(4)选用氧化铝粉作为填料，将陶瓷型芯素坯包埋于填料粉中，升温至500℃并保温4h-6h，再升温至1220℃-1250℃保温2h-4h，炉冷至室温。

上述步骤(2)所得料浆中陶瓷粉料占80-85％，增塑剂占15-20％。

上述步骤(2)中，所述增塑剂的重量组成为：石蜡80-90％，硬脂酸1-4％，PVC为5-19％。

上述步骤(4)中，由初始炉温(室温)升温至500℃时的升温速度为5℃/min，由500℃升温至1220℃-1250℃时的升温速度为15℃/min。

上述步骤(4)中，所述氧化铝粉的纯度≥99.9％，粒度为150-200目。