[发明专利]钛酸钾晶须增强的硅基陶瓷型芯3D打印制备方法

说明书

一种钛酸钾晶须增强的硅基陶瓷型芯3D打印制备方法，通过将石英玻璃粉、硅酸锆粉和钛酸钾晶须干混制成陶瓷芯料后进一步加入光固化树脂并球磨共混得到陶瓷型芯料浆，经过3D打印逐层固化得到陶瓷型芯素坯，再将陶瓷型芯素坯置于陶瓷匣钵的轻质氧化镁粉中，在型芯烧结炉中烧结得到陶瓷型芯，最后经硅酸乙酯水解液强化后得到钛酸钾晶须增强的硅基陶瓷型芯。本发明使硅基陶瓷型芯在显著提高高温强度的同时，能够保持良好的碱液溶出性能。

技术领域

本发明涉及的是一种陶瓷型芯领域的技术，具体是一种钛酸钾晶须增强的硅基陶瓷型芯3D打印制备方法。

背景技术

目前的航空发动机用高温合金涡轮叶片的复杂空心结构仍多采用以石英玻璃为主要原料的硅基陶瓷型芯来实现成形，而硅基陶瓷型芯本身的耐火度较低，高温强度和抗高温蠕变等力学性能较差，且通过热压注工艺所制备的陶瓷型芯的复杂程度受限于模具，因此普通的热压注硅基陶瓷型芯已经逐渐不能满足复杂结构高温合金空心涡轮叶片的制造需求，而陶瓷的3D打印技术针对普通的硅基陶瓷型芯材料所存在的高温强度低以及陶瓷纤维在浆料和型芯中分布不均匀的问题依旧无法克服。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种钛酸钾晶须增强的硅基陶瓷型芯3D打印制备方法，使硅基陶瓷型芯在显著提高高温强度的同时，能够保持良好的碱液溶出性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种钛酸钾晶须增强的硅基陶瓷型芯3D打印制备方法，通过将石英玻璃粉、硅酸锆粉和钛酸钾晶须干混制成陶瓷芯料后进一步加入光固化树脂并球磨共混得到陶瓷型芯料浆，经过3D打印逐层固化得到陶瓷型芯素坯，再将陶瓷型芯素坯置于陶瓷匣钵的轻质氧化镁粉中，在型芯烧结炉中烧结得到陶瓷型芯，最后经硅酸乙酯水解液强化后得到钛酸钾晶须增强的硅基陶瓷型芯。

所述的型芯料浆的组分及含量优选为：质量百分比含量为80-94wt％的石英玻璃粉、2-5wt％的硅酸锆粉、3-15％钛酸钾晶须。

所述的石英玻璃粉，其中SiO₂含量≥99wt％，粒度分布1-100μm。

所述的硅酸锆粉，其中Fe₂O₃杂质含量≤0.1wt％，粒度分布1-30μm。

所述的钛酸钾晶须，长度为1-20μm，直径为0.3-1μm，化学成分为K₂O·6TiO ₂。

所述的光固化树脂，其用量占陶瓷芯料30-50wt％。

所述的光固化树脂为含有光引发剂的水性聚氨酯丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯中的任意一种，其粘度≤270CPS(30℃)，能够在紫外光照射下固化，而将陶瓷粉体结合在一起。

所述的3D打印，具体为：通过计算机建立陶瓷型芯的3D模型，再按层分解，将3D模型分解成一系列厚度为25-75μm的二维模型，然后将建立好的3D模型数据输入紫外光固化3D打印机中，并设置打印程序，再将陶瓷型芯料浆注入到3D打印机中，通过紫外光逐层扫描固化方式，将二维薄片逐层固化堆积成型，得到陶瓷型芯素坯。

所述的陶瓷型芯素坯，优选在无水乙醇中进行浸泡，去除多余的未固化树脂，每次浸泡时间为5-10min，浸泡次数为2-4次。

所述的陶瓷型芯素坯，优选经二次固化，即将陶瓷型芯素坯放入到紫外固化箱中继续固化1-5h。

所述的烧结，优选步骤具体为：升温至200℃保温2h、再升温至500℃保温2h、再升温1000℃保温2h，然后升至1200℃下保温2h，升温速度均为30℃/h，随炉冷却至室温后出炉。

所述的硅基陶瓷型芯，优选在烧结后进行表面吹粉清理，并用型芯量具进行检测后修型。