[发明专利]一种编织碳纤维增强陶瓷型芯、其制备方法以及相应的熔模铸造方法

说明书

本发明提供了一种编织碳纤维增强陶瓷型芯，包括陶瓷基体和强化结构，所述强化结构位于所述陶瓷基体内部，所述陶瓷基体包覆所述强化结构，所述强化结构由至少部分交叠的纤维材料构成，所述强化结构强化所述陶瓷基体，提高了所述陶瓷型芯的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种编织碳纤维增强陶瓷型芯、其制备方法以及相应的熔模铸造方法，具体而言，涉及一种用于制备燃气轮机透平叶片的熔模铸造用陶瓷型芯、其制备方法以及相应的熔模铸造方法。

背景技术

燃气轮机的研制涉及结构、材料、控制、精密制造等多种技术的交叉融合，因而被誉为“工业上的皇冠”。随着燃气轮机工业的飞速发展，对于燃气轮机热端核心部件——透平空心叶片的使用要求也在不断提高。国内外普遍采用陶瓷型芯在透平叶片中形成复杂的内腔结构来提高其冷却效率，从而提高透平叶片的使用温度。因此，陶瓷型芯就成为了熔模铸造空心透平叶片的核心部件，陶瓷型芯的制造水平对空心叶片的质量、制造成本、产品合格率等都有重要意义。

硅基陶瓷型芯是目前应用最广的陶瓷型芯种类之一。而硅基陶瓷型芯在烧结过程中二氧化硅会发生晶型转变，基体中析出方石英，同时伴随着体积效应，产生微裂纹，使得陶瓷型芯的强度降低。在叶片浇注的过程中陶瓷型芯若无法承受高温金属液的热冲击，则可能导致型芯偏移甚至断裂，继而导致熔模铸造过程中的偏芯、露芯和断芯情况的发生，降低成品率。同时陶瓷型芯在叶片内部不易脱除，需通过碱液腐蚀的方法脱芯，且无法做到完全清除。

如专利文本CN109622894B公开了一种具有石英玻璃棒的陶瓷型芯的制造方法，具体来讲，依次包括以下步骤：步骤1、制备陶瓷型芯浆料；步骤2、压制陶瓷型芯素坯，该陶瓷型芯素坯的薄弱连接部位采用石英玻璃棒；步骤3、陶瓷型芯素坯装钵与造型；步骤4、烧结陶瓷型芯；在步骤2与步骤3之间，还包括下述步骤：在石英玻璃棒外周包裹隔热层或/和易熔化层。采用该专利的方法使得在陶瓷型芯烧结过程中，石英玻璃棒被进行了局部隔热处理，从而极大减少甚至杜绝了因石英玻璃棒相变导致体积变化而产生的裂纹，提高了石英玻璃棒的强度。

又如专利文本CN108299001B公开了一种硅基陶瓷型芯成型方法，具体来讲，是一种两步法制备硅基陶瓷型芯：第一步,以注射成型工艺制备氧化硅型芯粗坯；第二步：用溶胶凝胶结合超临界干燥工艺在粗坯中引入纳米及亚微米级颗粒，增强硅基陶瓷型芯的综合性能。与单独用注射成型方式制备硅基陶瓷型芯的工艺相比，该专利过程可控度更高，制备的产品收缩率更小，产品的组织结构更均匀，强度更高，能极大提高硅基陶瓷型芯的良率。

然而，上述现有技术均未彻底解决硅基陶瓷型芯的上述问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种编织碳纤维增强陶瓷型芯、其制备方法以及相应的熔模铸造方法，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种编织碳纤维增强陶瓷型芯，包括陶瓷基体和强化结构，其特征在于，所述强化结构位于所述陶瓷基体内部，所述陶瓷基体包覆所述强化结构，所述强化结构由至少部分交叠的纤维材料构成，所述纤维材料包括碳纤维，所述强化结构强化所述陶瓷基体，使得所述陶瓷型芯1550℃的强度不低于25MPa。

进一步地，所述强化结构是由至少部分交叠的纤维材料构成二维结构，所述二维结构为长度、宽度的尺寸显著大于厚度尺寸的片状、层状或网状结构。

进一步地，所述强化结构由纤维材料编织而成。

进一步地，所述强化结构为纤维材料经过二维编织制成的纤维织物。

进一步地，所述强化结构为单层的、2×2二维编织形成的纤维织物。

进一步地，所述陶瓷基体包括二氧化硅基体。

进一步地，所述纤维材料在所述陶瓷型芯中的体积分数为30％-60％。