一种竖式陶瓷模壳及该陶瓷模壳成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密熔铸的模壳成型技术，具体是一种单晶叶片成型用的竖式陶瓷模壳，以及该陶瓷模壳的成型方法。
【背景技术】
[0002]为了提高高温合金涡轮叶片的工作温度，人们将等轴晶叶片逐步发展成为定向柱状晶叶片及定向单晶叶片，其中定向单晶叶片将工作温度提升了 80?100°C。
[0003]单晶叶片的成型主要是通过陶瓷模壳底部所设置的螺旋选晶器来实现的，即通过螺旋选晶器将要进入陶瓷模壳内的多晶体以选择性的生长来实现陶瓷模壳内的单晶产生。
[0004]可见，单晶叶片的成型需要依赖带螺旋选晶器的陶瓷模壳。此种陶瓷模壳的成型工艺一般是:成型叶片蜡模(叶片蜡模的顶部具有浇口杯蜡模、底部具有引晶段蜡模)选晶蜡模和底盘蜡模，采用电热焊刀将叶片蜡模组合在选晶蜡模的顶部，将选晶蜡模组合在底盘蜡模的中央，以此形成蜡树；将蜡树浸入耐火浆料中，使蜡树的表面涂覆一层耐火浆料，在此过程中，旋转蜡树，以确保蜡树的各个角度或者需要涂覆的各个面都能均匀的涂覆浆料；采用淋砂机将砂子淋在涂覆有耐火浆料的蜡树上，形成耐火浆料与砂子镶嵌的结构，干燥后以此往复，直至形成要求厚度的多层陶瓷模壳；最后经脱蜡、焙烧等工序得具有空腔的陶瓷模壳成品，该陶瓷模壳成品用于在定向凝固工艺中浇注单晶叶片。
[0005]在上述陶瓷模壳的成型过程中，可以清楚的知道:叶片蜡模通过变径结构的螺旋选晶蜡模组合在底盘蜡模上，这也就是说，整个蜡树的最细部位的直径仅有6?1mm(设计的选晶器本身结构所决定的)。然而，在蜡树上涂覆耐火浆料时，需要从各个角度旋转蜡树、以确保耐火浆料涂覆的均匀性。在蜡树的此旋转过程中，蜡树的最细部位因结构强度问题，极易发生颤动、甚至断裂，从而在最终成型的陶瓷模壳上会对应的形成裂纹。
[0006]我们清楚的知道:在定向凝固的单晶成型工艺中，单晶体的生长对陶瓷模壳的几何完整性极其敏感，若陶瓷模壳上存在裂纹等缺陷，将会诱导杂晶产生，最后使得所要成型的单晶产品无法满足技术要求而报废。
[0007]综上所述，单晶叶片成型用的现有陶瓷模壳易产生裂纹等非完整性缺陷，从而在技术要求较高的单晶成型工艺中，容易诱导杂晶形核和生长，最终将会影响所成型的单晶叶片的成品质量和合格率，可靠、实用性差。
【发明内容】
[0008]本发明的发明目的在于:针对定向凝固单晶成型工艺的特殊性以及上述现有陶瓷模壳技术的不足，提供一种成型轻松且方便、技术难度小、成型质量可靠、结构简单而紧凑、能够对陶瓷模壳在底盘上形成可靠且稳定支撑的竖式陶瓷模壳，以及该陶瓷模壳成型方法。
[0009]本发明所采用的技术方案是:一种竖式陶瓷模壳，所述陶瓷模壳用于单晶叶片成型，该陶瓷模壳通过底部的选晶器竖立在底盘上方，所述底盘与选晶器之间为组合衔接结构，且底盘与陶瓷模壳之间设置有多根支撑柱，这些支撑柱环绕布置在选晶器外围。
[0010]所述支撑柱以上端向心倾斜的方式布置。
[0011]上述竖式陶瓷模壳成型方法，包括下列步骤:
1).根据设计的叶片形状制作叶片蜡模和选晶蜡模；制作底盘和支撑柱，所述底盘中央设有凸起的、中空的衔接头，所述支撑柱为多根；
2).将叶片蜡模和选晶蜡模组合，在形成的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷模壳，经脱蜡和焙烧成型陶瓷模壳；
3).将步骤I)中的底盘放平，将步骤2)中陶瓷模壳的选晶器组合在底盘的衔接头上，组合处采用耐火泥浆粘接；
4).将步骤I)中准备的支撑柱环绕布置在选晶器外围的底盘和陶瓷模壳之间，并采用耐火泥浆将支撑柱的底端与底盘粘接、顶端与陶瓷模壳粘接。
[0012]所述叶片蜡模的顶部具有浇口杯蜡模、底部具有引晶段蜡模。
[0013]或者，上述竖式陶瓷模壳成型方法，包括下列步骤:
1).根据设计的叶片形状制作叶片蜡模、选晶蜡模、底盘蜡模、支撑蜡模和衔接头蜡模；所述支撑蜡模为多根；
2).将叶片蜡模和选晶蜡模组合在一起，在形成的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷模壳，经脱蜡和焙烧成型陶瓷模壳；将底盘蜡模、衔接头蜡模和支撑蜡模组合在一起，所述衔接头蜡模设在底盘蜡模中央，所述支撑蜡模环绕布置在衔接头蜡模的外围、且支撑蜡模的顶端高于衔接头蜡模，在形成的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作一体的底盘、衔接头和支撑柱；
3).将步骤2)中的底盘放平，将步骤2)中陶瓷模壳的选晶器组合在底盘的衔接头上，组合处采用耐火泥浆粘接、并采用耐火泥浆将支撑柱的顶端与陶瓷模壳粘接。
[0014]所述叶片蜡模的顶部具有浇口杯蜡模、底部具有引晶段蜡模。
[0015]本发明的有益效果是:
1.本发明陶瓷模壳(叶片模壳)与底盘以组合方式连接，从而使陶瓷模壳和底盘可以分体成型，这有效避免了整体成型过程中因蜡树结构强度不够、或者说两端过重而导致蜡树腰部损坏(甚至断裂)的问题发生，进而使整个陶瓷模壳的成型更为轻松、方便，可靠且有效地减小了陶瓷模壳成型的技术难度，所成型陶瓷模壳的质量可靠、合格率高，能够有效满足定向凝固单晶成型工艺的技术要求；
2.本发明陶瓷模壳(叶片模壳)的底部与底盘之间所设置的多根支撑柱，对竖立的陶瓷模壳在底盘上形成可靠、稳定的支撑，该支撑结构不仅不会影响陶瓷模壳的成型操作，而且能够承受合金熔体浇注的冲击力及静压力，有效防止了陶瓷模壳的断裂及熔体的漏出，进而保证了单晶叶片在制壳、浇注和凝固过程中的顺利进行；整个支撑结构简单而紧凑，能够对陶瓷模壳在底盘上形成可靠且稳定支撑；同时，此支撑结构有效避免了对陶瓷模壳中上部的辐射传热的阻碍，使得其不影响定向凝固中叶片部分的单晶生长条件，可靠性高，实用性强。
【附图说明】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0017]图1是本发明陶瓷模壳的一种结构示意图。
[0018]图2是图1所示陶瓷模壳具体成型步骤I的示意图。
[0019]图3是图1所示陶瓷模壳具体成型步骤2的示意图。
[0020]图4是图1所示陶瓷模壳具体成型步骤3的示意图。
[0021]图5是图1所示陶瓷模壳具体成型步骤4的示意图。
[0022]图6是图1所示陶瓷模壳具体成型步骤5的示意图。
[0023]图7是本发明陶瓷模壳的另一种结构示意图。
[0024]图8是图7所示陶瓷模壳具体成型步骤I的示意图。
[0025]图9是图7所示陶瓷模壳具体成型步骤2的示意图。
[0026]图10是图7所示陶瓷模壳具体成型步骤3的示意图。
[0027]图11是图7所示陶瓷模壳具体成型步骤4的示意图。
[0028]图12是图7所示陶瓷模壳具体成型步骤5的示意图。
[0029]图中代号含义:1 一底盘；2—选晶器；3—陶瓷模壳；4一支撑柱；5—衔接头；6—浇口杯蜡模；7—叶片蜡模；8—引晶段蜡模；9一选晶蜡模；10—底盘蜡模；11 一支撑蜡模；12—衔接头蜡模。
【具体实施方式】
[0030]实施例1
参见图1所示，一种竖式陶瓷模壳，该陶瓷模壳用于定向凝固工艺中单晶叶片、尤其是大型单晶叶片的浇注成型。前述陶瓷模壳3上具有对应设计叶片形状的叶片型腔，在陶瓷模壳3的底部设有选晶器2，陶瓷模壳3与选晶器2为一体成型结构。前述陶瓷模壳3通过底部的选晶器2竖立在底盘I上方，具体的，底盘I的中央设有凸起的、中空的衔接头5，底盘I的衔接头5与选晶器2的型腔之间为粘接组合的衔接结构，即底盘I和陶瓷模壳3为分体成型的组合结构。为了保证陶瓷模壳3能够在底盘I上可靠、稳定的竖立，在底盘I与陶瓷模壳3的底部之间设置有多根支撑柱4 (具体数量视支撑要求而定)，这些支撑柱4环绕布置在选晶器2的外围，每根支撑柱4的底端与底盘I粘接组合、顶端与陶瓷模壳3底部粘接组合。前述每根支撑柱4以上端向心(指陶瓷模壳3竖立的轴心)倾斜的方式环绕布置在选晶器2外围，每根支撑柱4在底盘I上的倾斜角度通常为40?90° (当为90°时，支撑柱4竖立)，例如40°、55°或70°等等。
[0031]上述底盘I的厚度通常为5?10mm。上述每根支撑柱4的直径通常为5?30mm。此种取值，有利于定向凝固工艺中的辐射传热。
[0032]上述竖式陶瓷模壳的成型方法主要包括下列步骤:
1).采用压蜡机，根据设计的叶片形状制作叶片蜡模7和选晶蜡模9，其中，叶片蜡模7的顶部具有浇口杯蜡模6、底部具有引晶段蜡模8 ;制作底盘I (例如采用压芯机压制陶瓷底盘)和支撑柱4，在本实施例中，底盘I和支撑柱4分别为陶瓷成型，其中，底盘I的中央设有凸起的、中空的衔接头5 (所述中空指底盘I的底面至衔接头5顶面为通孔)，该衔接头5的中空直径对应、匹配选晶蜡模9的型腔部制壳成型的外径，支撑柱4为多根，每根支撑柱4的长度大于选晶蜡模9的高度；本步骤参见图2所示；
2).采用电焊刀，将浇口杯蜡模6焊接在叶片蜡模7的顶部、将引晶段蜡模8焊接在叶