[发明专利]一种可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及陶瓷型芯领域，具体为一种可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，用于调节硅基陶瓷型芯热膨胀特性。

背景技术：

陶瓷型芯在精密铸造行业的应用日益广泛，特别是铸造定向、单晶空心叶片，其复杂内腔结构主要是依靠陶瓷型芯的技术来保证。陶瓷型芯是根据零件所需的孔或腔制造型芯模，用于生产型芯，制蜡模时将型芯一同压入蜡模内，直至铸件浇注成型后再去除，陶瓷型芯用来形成空心叶片的内腔。

国内研制和应用的陶瓷型芯主要有硅基和铝基两种，其中：

铝基型芯的基体材料为Al₂O₃，其高温性能综合指标高，热膨胀系数小，高温浇注后型芯变形量小，耐火度高，铝基型芯可以在1600℃以上的高温条件下使用。但是，铝基型芯脱芯困难，需要配备高温、高压设备及与之匹配的脱芯工艺，由于这些条件和技术指标短时间内无法解决，所以铝基型芯在国内还没有得到广泛应用。

硅基陶瓷型芯具有热膨胀系数小、优良的热稳定性、机械强度高、化学稳定性好和脱芯方便等优点，广泛应用在空心涡轮叶片制造领域，国际上对该系列硅基陶瓷型芯作了大量的研究工作。目前，国内使用的陶瓷型芯材料仍以硅基为主，现有的陶瓷型芯在浇注发动机叶片时，由于与型壳的热膨胀系数相差较大，时常发生变形甚至断裂，严重影响了叶片的成品率。因此，开发具有优异综合性能，特别是具有与型壳热膨胀系数相近的硅基陶瓷型芯，对发动机空心叶片的生产具有重大意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，该方法对调节硅基陶瓷型芯热膨胀特性可行性强，成品率高，适用于硅基陶瓷型芯。

本发明的技术方案是：

一种可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，采用调整硅基陶瓷型芯中氧化铝的含量来控制型芯的热膨胀系数，在准备硅基陶瓷型芯浆料的过程中需严格控制氧化铝的含量，而后利用上述浆料通过压注成型和高温烧结制备硅基陶瓷型芯。

所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，按重量百分比计，硅基陶瓷型芯浆料的成分和含量为：陶瓷粉料80～85wt.％，蜡基增塑剂15～20wt.％；陶瓷粉料为石英玻璃粉和氧化铝粉，石英玻璃粉或氧化铝粉的粒度要求和重量百分比均为：在0μm<粒度≤10μm范围内为15～25％，在10μm<粒度≤40μm范围内为50～70％，在40μm<粒度≤70μm范围内为15～25％。

所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，当硅基陶瓷型芯浆料中氧化铝粉的含量在0<氧化铝粉≤20wt％范围内时，所得硅基陶瓷型芯浆料的热膨胀系数在0<热膨胀系数≤3.96×10^-6/℃范围内调节。

述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，优选地，当硅基陶瓷型芯浆料中氧化铝粉的含量在5≤氧化铝粉≤15wt％范围内时，所得硅基陶瓷型芯浆料的热膨胀系数在1×10^-6/℃≤热膨胀系数≤3×10^-6/℃范围内调节。

所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，按重量百分比计，蜡基增塑剂的成分和含量为：石蜡65～75wt.％，蜂蜡20～30wt.％，聚乙烯1～3wt.％，硬脂酸2～4wt.％。

所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，包括如下步骤：

称量粒度符合要求的陶瓷粉料：石英玻璃粉和氧化铝粉，而后放入鼓风干燥箱中，在120℃保温3～5小时，待粉末受热均匀后，在搅拌的条件下加入到已经熔融的蜡基增塑剂中，陶瓷粉料添加完毕后，继续搅拌至蜡基增塑剂与石英玻璃粉和氧化铝粉完全混合均匀，形成硅基陶瓷型芯浆料；在搅拌的过程中，硅基陶瓷型芯浆料的温度控制在130～140℃，硅基陶瓷型芯浆料搅拌均匀后浇注成锭块以待压注；需要压注时，将硅基陶瓷型芯浆料锭块加热到120℃后保温3～5小时，维持浆料温度在120±1℃，在陶瓷压芯机上压注成型，形成硅基陶瓷型芯素坯；