一种铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法

  (71)申请人中国航发航空科技股份有限公司地址610503四川省成都市新都区三河街成发工业园

  本发明提供了一种铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,包括配置三元矿化剂和增塑剂,按质量比称取白刚玉粉和三元矿化剂进行球磨,向球磨后混合料中加入按质量比称取的白刚玉砂,进行球磨、烘烤后获得混合原料,将混合原料在加热条件下加入熔融状态的增塑剂,加入油酸,继续搅拌,获得陶瓷浆料,采用陶瓷浆料制备陶瓷型芯半成品,按多段式温度曲线焙烧方法对陶瓷型芯半成品焙烧,采用第一强化剂和第二强化剂依次对焙烧后的陶瓷型芯半成品强化,获得陶瓷型芯成品。采用本发明方法制备的陶瓷型芯,经测试其在1400℃以上温度的金属液中长时间浸泡时不可能会发生化学反应,陶瓷型芯的结构完整,且不会出现裂纹或断裂的情况。

  步骤3、向球磨后混合料中加入按质量比称取的白刚玉砂,进行球磨、烘烤后获得混合原料,

  步骤8、采用第一强化剂和第二强化剂依次对焙烧后的陶瓷型芯半成品强化,获得陶瓷型芯成品。

  2.根据权利要求1所述的铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,其特征是,步骤2至步骤5中,白刚玉粉、白刚玉砂、三元矿化剂的质量比为66.5,、28.5,、5.0,,油酸的加入量为白刚玉粉、白刚玉砂、三元矿化剂三者总质量的1,,增塑剂的加入量为白刚玉粉、白刚玉砂、三元矿化剂三者总质量的22,(25)。

  3.根据权利要求1所述的铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,其特征是,步骤1中,配置三元矿化剂,方法包括,

  4.根据权利要求3所述的铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,其特征是,三元矿化剂中,石英粉的质量份数为6,6.4份,石灰的质量份数为2.1,2.5份,白刚玉粉的质量份数为

  5.根据权利要求3所述的铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,其特征是,三段式温度曲线焙烧方法为,第一段匀速升温至800±10℃后保温2±0.5h,第二段匀速升温至二段温度900±10℃后保温2±0.5h,第三段匀速升温至三段温度1000±10℃后保温4±0.5h。

  6.根据权利要求1所述的铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,其特征是,步骤1中,配置增塑剂,方法包括,

  步骤113、加入蜂蜡和剩余二分之一的石蜡,加热熔化后保温,过滤冷却后获得固态的增塑剂。

  7.根据权利要求6所述的铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,其特征是,增塑剂中石蜡、蜂蜡、聚乙烯树脂的质量份数比为90(8)2,且石蜡为全精炼石蜡或半精炼石蜡,聚乙烯树脂为低密度聚乙烯树脂。

  8.根据权利要求1所述的铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,其特征是,步骤7中,多段式温度曲线焙烧方法为五段式温度曲线所述的铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,其特征是,五段式温度曲线页

  第一段匀速升温至300±10℃后保温2h,第二段匀速升温至二段温度400±10℃后保温1h,第三段匀速升温至三段温度500±10℃后保温2h,第四段匀速升温至四段温度900±10℃后保温1h,第五段匀速升温至五段温度1100,1200℃后保温4h。

  10.根据权利要求1所述的铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,其特征是,步骤8中,第一强化剂为高温强化剂,包括硅溶胶和蒸馏水,

  第二强化剂为低温强化剂,包括热固性酚醛树脂、乙醇、乌洛托品,且热固性酚醛树脂、乙醇、乌洛托品的质量份数比为32(65)3。

  [0001]本发明属于耐高温陶瓷结构材料制备技术领域,具体为一种铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法。

  [0002]航空发动机被誉为“工业皇冠上的明珠”,代表着一个国家的最高工业水平。航空发动机的结构较为复杂,其由成千上万个结构较为复杂的零部件构成,且这些零部件大多都采用铸造成型技术制成,而且如高压涡轮、导向叶片等具有复杂内腔的零部件在铸造过程中,一定要使用耐高温陶瓷型芯,而且该耐高温陶瓷型芯在1400℃以上的金属液中长时间浸泡一定要保证不发生化学反应、不发生断裂,并且要保证零件尺寸精度等要求,而现有的耐高温陶瓷型芯难以达到上述要求,使得制造的零部件达不到设计要求。

  [0003]解决现有的耐高温陶瓷型芯浸泡在金属液中,当温度达到1400℃及以上时,耐高温陶瓷型芯与金属液发生化学反应、耐高温陶瓷型芯断裂,进而导致零件尺寸精度低或铸造失败等问题,本发明公开了一种铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法。

  [0004]实现发明目的的技术方案如下,一种铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,包括以下步骤,

  [0007]步骤3、向球磨后混合料中加入按质量比称取的白刚玉砂,进行球磨、烘烤后获得混合原料,

  [0012] 步骤8、采用第一强化剂和第二强化剂依次对焙烧后的陶瓷型芯半成品强化,获得陶瓷型芯成品。

  [0013] 进一步地,步骤2至步骤5中,白刚玉粉、白刚玉砂、三元矿化剂的质量比为66.5,、

  28.5,、5.0,,油酸的加入量为白刚玉粉、白刚玉砂、三元矿化剂三者总质量的1,,增塑剂的加入量为白刚玉粉、白刚玉砂、三元矿化剂三者总质量的22,(25)。

  [0015] 步骤101、按质量份数称取石英粉、石灰、白刚玉粉,混合均匀后进行球磨,

  [0016] 步骤102、将球磨后的混合料按三段式温度曲线焙烧办法来进行焙烧,

  [0018] 更进一步地,三元矿化剂中,石英粉的质量份数为6,6.4份,石灰的质量份数为

  [0019] 更进一步地,三段式温度曲线焙烧方法为,第一段匀速升温至800±10℃后保温2±0.5h,第二段匀速升温至二段温度900±10℃后保温2±0.5h,第三段匀速升温至三段温度1000±10℃后保温4±0.5h。

  [0022] 步骤112、向熔融状态的石蜡中加入聚乙烯树脂,加热使聚乙烯树脂熔化,

  [0023] 步骤113、加入蜂蜡和剩余二分之一的石蜡,加热熔化后保温,过滤冷却后获得固态的增塑剂。

  [0024] 更进一步地,增塑剂中石蜡、蜂蜡、聚乙烯树脂的质量份数比为90(8)2,且石蜡为全精炼石蜡或半精炼石蜡,聚乙烯树脂为低密度聚乙烯树脂,其中低密度聚乙烯(LDPE)又称高压聚乙烯,是一种成型加工性好的塑料材料。

  [0025] 进一步地,步骤7中,多段式温度曲线焙烧方法为五段式温度曲线] 更进一步地,五段式温度曲线焙烧,方法包括,

  [0027] 第一段匀速升温至300±10℃后保温2h,第二段匀速升温至二段温度400±10℃后保温1h,第三段匀速升温至三段温度500±10℃后保温2h,第四段匀速升温至四段温度900±10℃后保温1h,第五段匀速升温至五段温度1100,1200℃后保温4h。

  [0028] 进一步地,步骤8中,第一强化剂为高温强化剂,包括硅溶胶和蒸馏水,

  [0029] 第二强化剂为低温强化剂,包括热固性酚醛树脂、乙醇、乌洛托品,且热固性酚醛树脂、乙醇、乌洛托品的质量份数比为32(65)3。

  [0030] 与现存技术相比,本发明的有益效果是,本发明采用上述方法制备的陶瓷型芯,经测试其在1400℃以上温度的金属液中长时间(大于4h)浸泡时不可能会发生化学反应,陶瓷型芯的结构完整,且不会出现裂纹或断裂的情况。

  [0031 ] 为了更清楚地说明本发明实施例技术方案,下面将对实施例描述中所需要用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现存技术中的技术方案,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还能够准确的通过这些附图获得其他的附图。

  [0033] 下面结合具体实施例来进一步描述本发明,本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的,并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应理解的是,在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式做修改或替换,但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

  [0034] 本具体实施方式公开了一种铸造用耐高温陶瓷型芯的制备方法,参见图1所示,制备方法有以下步骤,

  [0037] 步骤101、按质量份数称取石英粉、石灰、白刚玉粉,混合均匀后进行球磨。

  [0038] 优选的,三元矿化剂中,石英粉的质量份数为6,6.4份,石灰的质量份数为2. 1,

  [0039] 步骤102、将球磨后的混合料按三段式温度曲线焙烧办法来进行焙烧。

  [0040] 优选的,三段式温度曲线焙烧方法为,第一段匀速升温至800±10℃后保温2±

  0.5h,第二段匀速升温至二段温度900±10℃后保温2±0.5h,第三段匀速升温至三段温度1000±10℃后保温4±0.5h。

  [0044] 步骤112、向熔融状态的石蜡中加入聚乙烯树脂,加热使聚乙烯树脂熔化,

  [0045] 步骤113、加入蜂蜡和剩余二分之一的石蜡,加热熔化后保温,过滤冷却后获得固态的增塑剂。

  [0046] 优选的,增塑剂中石蜡、蜂蜡、聚乙烯树脂的质量份数比为90(8)2,且石蜡为全精炼石蜡或半精炼石蜡,聚乙烯树脂为低密度聚乙烯树脂。

  [0049] 步骤3、向球磨后混合料中加入按质量比称取的白刚玉砂,进行球磨、烘烤后获得混合原料,

  [0052] 优选的,步骤2至步骤3中,制备陶瓷浆料时,白刚玉粉、白刚玉砂、三元矿化剂的质量比为66.5,、28.5,、5.0,,油酸的加入量为白刚玉粉、白刚玉砂、三元矿化剂三者总质量的1,,增塑剂的加入量为白刚玉粉、白刚玉砂、三元矿化剂三者总质量的22,(25)。

  [0055] 其中,多段式温度曲线焙烧方法选用五段式温度曲线] 优选的,五段式温度曲线焙烧,方法包括,

  [0057] 第一段匀速升温至300±10℃后保温2h,第二段匀速升温至二段温度400±10℃后保温1h,第三段匀速升温至三段温度500±10℃后保温2h,第四段匀速升温至四段温度900±10℃后保温1h,第五段匀速升温至五段温度1100,1200℃后保温4h。

  [0058] 步骤8、采用第一强化剂和第二强化剂依次对焙烧后的陶瓷型芯半成品强化,获得陶瓷型芯成品。

  [0059] 其中,第一强化剂为高温强化剂,包括硅溶胶和蒸馏水。第二强化剂为低温强化剂,包括热固性酚醛树脂、乙醇、乌洛托品,且热固性酚醛树脂、乙醇、乌洛托品的质量份数比为32(65)3。

  [0060] 本发明通过以下示例对上述耐高温陶瓷型芯的制备办法来进行详细说明,

  [0063] 其中,上述白刚玉砂和白刚玉粉择优选用1300℃±20℃条件下,煅烧4h,6h后获得,

  [0067] 然后,将球磨后的混合料装入烧钵内,放入高温炉中按第一段匀速升温至800±10℃后保温2±0.5h,第二段匀速升温至二段温度900±10℃后保温2±0.5h,第三段匀速升温至三段温度1000±10℃后保温4±0.5h的三段式温度曲线进行焙烧,焙烧结束后采用空冷的方式冷却至≤200℃后取出,

  [0068] 最后,焙烧后的混合料再次球磨4h,过100目筛后备用,其中球磨时混合料与瓷球的质量比择优选择使用1,1。

  [0070] 制备增塑剂的原辅料为,半精炼石蜡或全精炼石蜡、蜂蜡、低密度聚乙烯树脂,其中,全精炼石蜡或半精炼石蜡、蜂蜡、低密度聚乙烯树脂三者的质量份数比为90(8)2。

  [0072] 首先,将1/2的全精炼石蜡或半精炼石蜡放入不锈钢坩埚内熔化,加热至60℃,80℃,

  [0073] 然后,加入低密度聚乙烯树脂,并不断搅拌,升温至120℃,150℃,直到低密度聚乙烯树脂全部熔化,

  [0074] 最后,加入蜂蜡和余下的1/2的全精炼石蜡或半精炼石蜡,融化完后保温30min,过滤后置于瓷盘中凝成锭块待用。

  [0080] 首先,将白刚玉粉与三元矿化剂装入球磨瓷坛内球磨1 .5h,2.5h,

  [0081 ] 其次,加入白刚玉砂再球磨20min,球磨时,混合料与瓷球的质量比为1(1)

  [0082] 然后,将球磨好的混合料平铺在瓷盘上,铺料时料层厚度≤30cm,将装混合料的有

  [0083] 再次,将增塑剂放入不锈钢坩埚中熔化,待增塑剂全部熔化后,在不应超过150℃温度及搅拌条件下,将烘烤后的混合料逐步加入(混合料的温度应低于150℃) ,混合料全部加入并均匀搅拌后,加入油酸继续搅拌时间≥4h,

  [0084] 最后,制备好的陶瓷浆料应置于保温桶中或放入陶芯压注机的保温缸中,温度控制在110℃,150℃备用,或在瓷盘中浇注成锭块后存放备用。

  [0086] 结合实际需要设计制作陶瓷型芯压型模具,并选取合适的陶芯压注机压制成所需结构的陶瓷型芯。在压制外观尺寸为30mm×20mm×150mm的陶瓷型芯时,压注参数参考能选用以下,浆料温度,110℃,150℃、压注压力,0.25MPa,0.35MPa、保压时间(5S)60S。

  [0088] 首先,在烧钵的底面上,使用200号筛筛上一层厚度不小于20mm的氧化铝粉,轻轻摇动后刮平表面,

  [0089] 然后,装钵时应将压制好的陶瓷型芯以其稳定位置向下放置,并控制陶瓷型芯之间间距不小于10mm,使陶瓷型芯与烧钵壁间距不小于20mm,且每层陶瓷型芯之间的填料厚度不小于20 mm,装满烧钵后最上层填料不小于20 mm,振实刮平。

  [0091 ] 将装好陶瓷型芯的烧钵放入到高温焙烧炉的有效区内,按照第一段匀速升温至300±10℃后保温2h,第二段匀速升温至二段温度400±10℃后保温1h,第三段匀速升温至三段温度500±10℃后保温2h,第四段匀速升温至四段温度900±10℃后保温1h,第五段匀速升温至五段温度1100,1200℃后保温4h所示的五段式温度曲线进行焙烧,焙烧结束后采用空冷的方式冷却至≤200℃后取出。

  [0093] 配置高温强化剂和低温强化剂,其中高温强化剂采用1 , 1的硅溶胶和蒸馏水配置形成,低温强化剂采用质量份数比为32(65)3的热固性酚醛树脂、乙醇、乌洛托品配置形成。

  [0094] 强化时,将焙烧好的陶瓷型芯浸入高温强化剂中,待没有气体析出后取出,干燥4h 后置于60℃烘干箱内烘干20min,60min。将经过高温强化剂强化后的陶瓷型芯浸入低温强化剂中,待没有气体析出后取出,用酒精洗去多余的低温强化剂,干燥4h,6h后置于烘干箱在180℃,200℃烘烤40(60min)完成陶瓷型芯的制备过程。

  [0095] 本发明采用上述方法制备的陶瓷型芯,由于基体材料使用了性质较为稳定的白刚玉粉、白刚玉砂等原料,其很难发生化学反应,使制备形成的陶瓷型芯的结构稳定性及强度均比较好,经测试其在1400℃以上温度的金属液中长时间(大于4h)浸泡时不可能会发生化学反应,陶瓷型芯的结构完整,且不会出现裂纹或断裂的情况。

  [0096] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

  [0097] 此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人能理解的其他实施方式。