[发明专利]燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法

说明书

本发明涉及燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法，有效的解决了大尺寸燃气轮机叶片铸造过程中型芯高温力学性能不足出现的断芯和偏芯问题以及叶片铸造完毕后脱芯困难的问题；包括步骤一：制作树脂模具，步骤二：制备陶瓷浆料，步骤三：制备陶瓷型芯素坯；步骤四：预烧脱脂；步骤五：高温烧结；步骤六：对合成晶须后的陶瓷型芯进行硅溶胶浸渍，得到二次莫来石，本发明通过光固化快速成型法和凝胶注模方法制备含内部流道结构的陶瓷型芯，从而在脱芯过程中能够使脱芯液通过流道进入型芯内部，型芯两端和内部可以同时与脱芯液接触，从而增大了型芯材料的脱除速率，同时，在型芯中原位合成莫来石晶须，改善了型芯的高温力学性能。

技术领域

本发明涉及熔模精密铸造技术领域，具体是燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法。

背景技术

空心涡轮叶片是航空发动机和燃气轮机的核心零部件，其内部含有复杂冷却流道结构。目前，叶片主要通过熔模铸造方法成形，其中陶瓷型芯制造是叶片熔模铸造的主要环节之一。对于大尺寸燃气轮机叶片，型芯在叶片定向凝固过程中需要较长时间保持在高温金属液中，容易在金属液重力和热应力作用下出现断芯、偏芯情况，导致叶片制造不合格。因此，型芯需要具有优异的高温力学性能。

目前，型芯材料主要有氧化硅和氧化铝两种，其中氧化铝在高温下具有优异的化学稳定性，不容易与高温金属液发生化学反应，因而逐渐得到广泛应用，但是，氧化铝与脱芯液的反应活性差，导致叶片铸造成形后型芯脱除难度大。此外，对于大尺寸燃气轮机叶片，因型芯长度和横截面尺寸较大，导致脱芯尤为困难。改善氧化铝基陶瓷型芯脱芯速率的方法主要有高温高压、压力搅拌和高压射流等脱芯工艺，但对设备要求较高。另一种方法是增大型芯的孔隙率，以利于脱芯液进入型芯内部，增大脱芯液与型芯的接触面积，从而提高脱芯速率。但是，由于型芯内部会存在一定量的非连通孔，该方法改善型芯脱芯速率效果有限。

因此，本发明提供一种燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法，该方法适用于解决大尺寸燃气轮机叶片铸造过程中型芯高温力学性能不足出现的断芯和偏芯问题，也能够有效改善叶片铸造成形后型芯的脱芯性能，其主要是基于光固化快速成型方法制造型芯树脂模具，树脂模具内部有若干树脂丝材，然后通过凝胶注模方法在树脂模具中灌注氧化铝基陶瓷浆料，以制造得到陶瓷型芯素坯；树脂模具中的树脂丝材烧失后在型芯内部形成连通孔结构，有助于改善型芯的脱芯性能；同时，在型芯烧结过程中，可以在型芯中合成莫来石晶须，改善了型芯的高温力学性能。

燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：制作树脂模具；利用光固化快速成型方法制造型芯凝胶注模用树脂模具，树脂模具包括树脂模具外壳和其内部的树脂丝材，树脂丝材与树脂模具外壳一体化成型；

步骤二：制备陶瓷浆料；将单体、交联剂、分散剂溶于去离子水中，随后加入混合均匀的陶瓷粉末制成陶瓷浆料；

步骤三：制备陶瓷型芯素坯；将步骤二中所述陶瓷浆料灌注入所述步骤一中树脂模具外壳与树脂丝材之间的腔体内，待陶瓷浆料原位固化后制得陶瓷型芯湿坯，再经冷冻干燥、脱除陶瓷型芯湿坯内部水分，制得陶瓷型芯素坯；

步骤四：预烧脱脂；将所述步骤三中的陶瓷型芯素坯进行预烧脱脂，制得预烧脱脂后的陶瓷型芯；

步骤五：高温烧结；将所述步骤四中预烧脱脂后的陶瓷型芯置于刚玉坩埚中，在刚玉坩埚内部置入3％～6％氟化铝粉体，盖上坩埚盖，然后进行高温烧结，在陶瓷型芯内部原位合成莫来石晶须；

步骤六：对合成晶须后的陶瓷型芯进行硅溶胶浸渍，然后烘干陶瓷型芯中的硅溶胶中的水分，并再次对陶瓷型芯进行高温烧结，得到二次莫来石。