[发明专利]重型燃机大尺寸定向空心叶片用氧化硅基陶瓷型芯及制备

说明书

本发明涉及一种重型燃机大尺寸定向空心叶片用氧化硅基陶瓷型芯及制备方法，该氧化硅基陶瓷型芯使用的基体材料为石英玻璃粉，矿化剂为锆英粉、氧化铝粉和氧化钙粉。粉料中按重量百分比含石英玻璃粉60％～95％，锆英粉1％～30％，氧化铝粉0.5％～5％，碳酸钙粉0.1％～5％。以石蜡、蜂蜡、聚乙烯和聚乙二醇为热压注成型增塑剂。制备方法为把上述粉料球磨混合均匀，放入熔化的增塑剂中混炼，在陶瓷型芯成型机上热压注成型。压注前在型芯模具中对应型芯截面厚大的位置预置石英玻璃棒/管，热压注成型的陶瓷型芯经修整、校型后放入箱式电阻炉中焙烧。本发明制备的氧化硅基陶瓷型芯具有高温强度高、抗蠕变性能好、烧成收缩小、尺寸稳定、脱芯效率高的特征。

技术领域

本发明属于高温合金定向凝固叶片精密铸造领域，涉及重型燃气轮机大尺寸定向空心叶片部件，具体是一种定向凝固用氧化硅基陶瓷型芯及制备方法。

背景技术

高压涡轮叶片是燃气轮机的重要部件,为不断提高涡轮前燃气进口温度,世界各国从实心叶片制造发展到空心叶片制造,从多晶叶片到现在的定向和单晶叶片,其目的就在于不断改善燃气轮机的综合性能。目前先进的航空发动机涡轮前进口温度已达到1757℃，重型燃气轮机涡轮前进口温度也达到1600℃,涡轮前进口温度达1700℃的重型燃气轮机也正在设计和制造中。这就需要改善叶片内腔冷却结构，提高冷却效率。

陶瓷型芯是制造定向空心叶片的关键部件，直接决定着叶片的空心结构和尺寸精度。现有的用于制造航空发动机叶片的小尺寸(≤150mm)陶瓷型芯材料及工艺用于制造重型燃气轮机大尺寸(≥350mm)空心叶片用的大尺寸陶瓷型芯存在着烧成收缩大、抗蠕变性能差、尺寸偏差大、脱芯速度慢的问题。由于较高的烧结收缩，导致型芯在烧结过程中出现裂纹，造成型芯报废；烧结收缩大也造成型芯变形大、尺寸偏差大；同时，由于重型燃机大尺寸空心叶片的定向凝固时间长(是航发空心定向叶片的5～10倍)，要求型芯具有很高的高温强度和抗蠕变性能，否则叶片极易出现偏芯、断芯、露芯现象；而且大尺寸空心定向叶片的脱芯速度慢、效率低，高温高压的脱芯碱液也容易腐蚀叶片。

发明内容

针对上述氧化硅基陶瓷型芯存在的烧成收缩大、抗蠕变性能差、尺寸偏差大、脱芯速度慢等问题，本发明提供了一种重型燃机大尺寸定向空心叶片用氧化硅基陶瓷型芯及其制备方法。通过添加合适的矿化剂和添加剂，提高陶瓷型芯的性能。可保证重型燃机大尺寸定向空心叶片的尺寸精度和优良的内腔表面质量。

本发明技术方案如下：

一种重型燃机大尺寸定向空心叶片用氧化硅基陶瓷型芯，其特征在于：

以石英玻璃粉为基料；

以锆英粉、分析纯氧化铝粉和分析纯碳酸钙粉为矿化剂，其中，锆英粉粒度为325目，分析纯氧化铝粉粒度为325目，粉料中Al₂O₃含量≥99％，分析纯碳酸钙粉中位径≤15μm，粉料中CaCO₃含量≥99％；

其中按重量百分比记，基料60％～95％，矿化剂5％～40％。

该氧化硅基陶瓷型芯具有高温强度高、抗蠕变性能好、烧成收缩小、尺寸稳定、脱芯效率高的特征，主要用于高温合金定向凝固叶片精密铸造领域。

作为优选的技术方案：

所述石英玻璃粉是以高纯度的石英玻璃管，经粉碎整形，磁选去铁，筛分成粒度为200目、400目、600目的粉料，并酸洗干燥，处理后的石英玻璃粉中SiO₂含量≥99.9％。

按重量百分比记，所述基料和矿化剂的含量为：石英玻璃粉60％～95％，锆英粉1％～30％，分析纯氧化铝粉0.5％～5％，分析纯碳酸钙粉0.1％～5％；其中，所述石英玻璃粉中，200目粉料占10～30％，400目粉料占40～70％，600目粉料占10～30％。