[发明专利]一种梯度空心陶瓷型芯及其制备方法

说明书

本发明公开了一种梯度空心陶瓷型芯，按照质量百分比由以下组分组成，电熔石英65％～75％；锆英10％～30％；白石蜡5％‑30％；邻苯二甲酸二乙酯0.5％‑5％；蜂蜡0.5％‑5％；聚乙烯0.05％‑1％；油酸0.05％‑1％；5％‑10％耐高温硅溶胶，合计100％。本发明还公开了该种梯度空心陶瓷型芯的制备方法，步骤包括：预先按照质量百分比称量各个组分；步骤1：制备热塑性陶瓷浆料；步骤2：热压注，得到成型的陶瓷型芯坯体；步骤3：烧结加热固化成型。本发明的方法，解决了陶瓷型芯的脱除时间长，脱芯效率低下的问题，成本低廉，制备工艺较为简单，便于推广。

技术领域

本发明属于精密铸造技术领域，涉及一种梯度空心陶瓷型芯，本发明还涉及该种梯度空心陶瓷型芯的制备方法。

背景技术

随着航空、航天和工业燃气轮机技术的飞速发展，涡轮发动机的燃气温度不断提高，因此要求不断增加涡轮叶片耐高温的能力。鉴于此，高温合金涡轮叶片在结构方面慢慢转变为实心到空心的发展，以适应气冷技术的应用。熔模精密铸造高温合金是当前制造涡轮空心叶片的主要技术之一，而此项技术的前提便是制备性能良好的陶瓷型芯与型壳。

目前，高温涡轮叶片制造中一般都采用价格较为昂贵的高温合金进行熔模铸造，结构上通常为空心结构。从型芯压制到最终的铸件成品整个生产工序较长，制造难度大大增加，导致叶片合格率相对较低，加之涡轮叶片单台数量多，造成发动机研制过程中对高温涡轮叶片铸件需求量大，使得高温涡轮叶片交付成为发动机研制过程中的瓶颈之一。

同时陶瓷型芯在熔模铸造蜡模压制、涂挂型壳、浇注等生产环节中，会产生热力相互作用和一定的机械冲击，如果型芯的强度、尺寸精度无法满足要求，则会出现裂纹，进而出现断芯、偏芯的问题。而铸型的承受条件一般为1100℃～1350℃，对型芯材料及结构应有更高要求。为此应制备出一种满足涡轮叶片铸造过程需求的陶瓷型芯，进而提高叶片铸造合格率。一方面可以节约大量的废品损失和研制成本，另一方面可以有效缩短航空发动机型号研制的周期。

因此，急需研制一种形状更复杂、性能更优异的梯度空心陶瓷型芯，以便极大地促进高性能铸造高温合金在燃气涡轮叶片中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种梯度空心陶瓷型芯，解决了现有技术的陶瓷型芯脱除时间长，脱芯效率低下的问题。

本发明的另一目的是提供该种梯度空心陶瓷型芯的制备方法，解决了现有技术在陶瓷型芯制备方面的技术难题。

本发明采用的技术方案是，一种梯度空心陶瓷型芯，按照质量百分比由以下组分组成，电熔石英65％～75％；锆英10％～30％；白石蜡5％-30％；邻苯二甲酸二乙酯0.5％-5％；蜂蜡0.5％-5％；聚乙烯0.05％-1％；油酸0.05％-1％；5％-10％耐高温硅溶胶，合计100％。

本发明采用的另一技术方案是，一种梯度空心陶瓷型芯的制备方法，按照以下步骤实施：

预备步骤：按照质量百分比称量以下组分：电熔石英65％～75％；锆英10～30％；白石蜡5-30％；邻苯二甲酸二乙酯0.5-5％；蜂蜡0.5-5％；聚乙烯0.05-1％；油酸0.05-1％；5-10％耐高温硅溶胶，合计100％；从电熔石英总量中分出10％制备方电熔石英、分出10％制备耐火材料，剩余的80％电熔石英用于制备电熔石英粉末；

步骤1：制备热塑性陶瓷浆料

1.1)将白石蜡、邻苯二甲酸二乙酯、蜂蜡、聚乙烯放入搅拌机中，升温至50-200℃，待其完全融化后制作蜡芯；

1.2)取电熔石英粉末、锆英粉末及方电熔石英，将该三种原料依次放入球磨罐中进行球磨，将混合粉体置入烘箱中在100-300℃条件下干燥0.5-5h；将烘箱中的混合粉体取出，并与融化好的塑化剂和油酸混合均匀；控制搅拌转速为100-600r/min，搅拌5-20h，得到热塑性陶瓷浆料；使用5-10％耐高温硅溶胶作为粘结剂使得陶瓷型芯每层梯度结构致密；