用于修复陶瓷型芯的方法
【专利说明】 用于修复陶瓷型芯的方法技术背景
[0001]本发明总地涉及浇铸方法和材料。更具体地讲，本发明涉及型芯(cores)和用于修复形成的具有缺陷(例如裂痕)的型芯。
[0002]可通过多种浇铸技术将金属合金材料铸型为组件，显著的实例为熔模铸造(失蜡)法。熔模铸造一般要求将期望的组件的蜡或塑料模型或图案浸入包含粘合剂和耐火颗粒材料的浆料中，以在图案上形成浆料层。用于粘合剂的常规材料为含二氧化硅的材料，例如胶态二氧化硅。一般将耐火颗粒材料的粉刷涂料施用于浆料层的表面，在这之后干燥浆料/粉刷涂料。可多次重复前述步骤，以形成围绕蜡图案的具有合适厚度的壳模。随后可例如通过加热将蜡图案从壳模中消除，在这之后烧制模，以烧结耐火颗粒材料并获得合适的强度。
[0003]为了生产空心组件，例如具有错综复杂的空气冷却通道的涡轮叶片和叶轮，必须将一个或多个型芯置于壳模内，以限定冷却通道和任何其它所需的内部特点。一般使用在冲模或铸模中进行注塑或转移模塑的增塑陶瓷混合物来制造型芯，并随后通过烧制或烘烤使其硬化。典型的陶瓷组合物含有二氧化硅和/或氧化铝。例如，McNutty等人在美国专利7，287，573和7，732，526，中公开了由包含陶瓷粉末的浆料形成的陶瓷型芯，所述陶瓷粉包含例如:氧化铝、熔融氧化铝、熔融二氧化硅、氧化镁、氧化锆、尖晶石、莫来石、玻璃釉料、碳化钨、碳化硅、氮化硼、氮化硅和它们的混合物等材料，所述材料悬浮在包含具有烯基和氢官能团的硅酮单体和/或低聚物的硅酮流体中。将金属催化剂加入悬浮液，以使硅酮单体和/或低聚物交联，以在基于硅酮的聚合物基质中产生刚硬的陶瓷颗粒型芯。McNutty公开了烧制型芯，以基本上分解基质，从而产生二氧化硅炭。
[0004]随后将一个或多个烧制型芯置于图案冲模腔中，在腔中引入了蜡、塑性或其它合适的低熔材料，以形成蜡图案。随后可使用具有内部型芯的图案形成上述壳模。一旦壳模完成且选择性地除去图案以保留壳模和型芯，可将壳模充满熔融金属，随后使所述熔融金属固化，以形成期望的组件。随后除去模和型芯，以保留具有一个或多个内部通道的浇铸组件，所述内部通道为原先型芯所在之处。
[0005]当如上述形成型芯时，在型芯材料内可出现例如裂痕和空隙的缺陷。具有缺陷的型芯通常不能用于组件浇铸工艺，因为型芯在浇铸期间可能会断裂，导致铸件缺陷。由于修复型芯结构完整性的难度(空心型芯更是如此)，一般有缺陷的型芯将被丢弃而不是修复。现有技术中意图修复型芯的实例报告于Ferguson等人的美国专利4，804, 562中，其中通过以下修复型芯:(a)软化型芯中的热塑性粘合剂；(b)在粘合剂软化的同时，向缺陷施用疏松的陶瓷颗粒，所述颗粒具有与型芯整体组成类似的组成；(c)使粘合剂再硬化；和(d)加热型芯，以使粘合剂挥发并使陶瓷颗粒彼此烧结。
[0006]由上可理解，希望得到可用于修复有缺陷的型芯的方法，以产生具有适于浇铸工艺的结构完整的型芯。
【发明内容】
[0007]本发明提供适于修复具有例如一个或多个裂痕和/或空隙的缺陷的陶瓷型芯的方法，以使得型芯呈现出适用于浇铸工艺的充分的结构完整性。
[0008]本发明的第一方面提供用于修复适用于浇铸工艺的陶瓷型芯中的缺陷的方法。陶瓷型芯由包含至少一种悬浮在液体载体中的耐火粉末材料的浆料形成。所述方法包括形成修复混合物，所述混合物包含液体稀释剂和所述浆料的至少一种悬浮在液体载体中的耐火粉末材料。将修复混合物施用于包括至少一个缺陷的陶瓷型芯区域，并随后烧制陶瓷型芯，以烧去修复混合物中的液体载体并形成封闭缺陷的陶瓷组合物。
[0009]本发明的第二方面提供用于修复适用于浇铸工艺的含二氧化硅的陶瓷型芯中的缺陷的方法。所述含二氧化娃的陶瓷型芯由包含至少一种耐火粉末和娃氧烧粘合剂的楽料形成。所述方法包括形成修复混合物，所述修复混合物包含硅氧烷稀释剂以及所述浆料的至少一种耐火粉末材料和硅氧烷粘合剂。将所述修复混合物施用于包括至少一个缺陷的含二氧化硅的陶瓷型芯区域，并随后烧制含二氧化硅的陶瓷型芯，以烧去所述修复混合物中的硅氧烷粘合剂和硅氧烷稀释剂，并形成填充缺陷的含二氧化硅的陶瓷组合物。
[0010]本发明的技术效果为可修复有缺陷的陶瓷型芯，否则所述有缺陷的陶瓷型芯将不适用于浇铸工艺。特别地，相信通过使用在组成上与用于形成陶瓷型芯的浆料类似的修复混合物修复有缺陷的陶瓷型芯，经修复的型芯具有充分的结构完整性，以经受浇铸过程。此夕卜，相信使用粘合剂/稀释剂稀释所述修复混合物可促进使所述修复混合物粘附于陶瓷型芯。
[0011]通过以下详述将能更好地理解本发明的其它方面和优点。
【附图说明】
[0012]图1表示适合于依照本发明一方面的方法修复的空心陶瓷型芯。
[0013]图2表示图1的空心陶瓷型芯的壁的横截面。
【具体实施方式】
[0014]总的来说，本发明可用于修复在形成时具有缺陷(例如裂痕)的型芯的方法中。虽然以下所讨论的是涉及含有含二氧化硅的材料的型芯的方法，但可预见可在包括其它材料的型芯上实施所述方法，因此这些也在本发明的范围内。
[0015]图1表示依照本发明的一方面的与模具组件(未显示)一同使用的陶瓷型芯10，用于熔模铸造空心组件(未显示)，例如用于燃气涡轮发动机的组件，包括但不限于??涡轮叶片、喷嘴或其它螺旋桨组件。型芯10由包含至少一种悬浮在液体载体中的耐火材料的浆料形成。合适的耐火材料包括但不受限于:二氧化硅、氧化锆、氧化铝、莫来石和/或类似材料。例如，所述浆料可包含二氧化硅耐火粉末、锆石耐火粉末、硅氧烷粘合剂和可使硅氧烷粘合剂交联的催化剂。优选的实例为导致硅氧烷粘合剂的硅酮单体和/或低聚物交联的铂族金属(PGM)催化剂，如McNutty等人在美国专利7，287，573和7，732，526中的报导，，所述专利中关于浆料组合物和使用方法的内容结合至本文中。根据本发明的优选方面，陶瓷型芯10包含至少5重量％二氧化硅，并更优选约25-约95重量％的二氧化硅，以及平衡量的锆石和任选的其它耐火材料。然而，可预见，陶瓷型芯10可主要包含除二氧化硅之外的其它耐火材料，例如最多95重量％的锆石，用于特殊的应用。适合用作型芯10的组合物的其它实例描述于McNutty等人的美国专利7，287，573和7，732，526中。可形成型芯10的方法为本领域所公知，因此在本文中将不作进一步的讨论。
[0016]如图1所示，型芯10包含壁12限定的内腔14和形成所述内腔14时所留下的开口 16。为了使型芯10可用于熔模铸造工艺，优选封闭并密封开口 16。此外，在将型芯10用于浇铸工艺之前，需要修复型芯10中的任何缺陷，例如一个或多个裂痕，以促进型芯10的结构完整性并使型芯10可经受浇铸过程。
[0017]根据本发明优选的方面，可通过对型芯10施用修复混合物20来修复型芯10中的开口 16和裂痕，图2中表示填充图1的型芯10的壁22的裂痕18。修复混合物20优选包含与用于形成型芯10的初始浆料类似的材料。具体地讲，修复混合物20含有至少一种悬浮在液体载体中的耐火材料，在优选实施方案中，修复混合物20包含上述公开于美国专利7，287，573和7，732，526中的二氧化硅和锆石耐火粉末材料和硅氧烷粘合剂，以及任选的公开于美国专利7，287，573和7，732，526中的催化剂。一般来讲，浆料通常不是很好地粘附于含二氧化硅的型芯上。然而，本发明的研究表明，通过使用合适的液体稀释剂稀释一定量的用于制备型芯10的浆料，可使将被施用于型芯10的修复混合物20对型芯10具有合适的附着性，以促进修复混合物20附着于型芯10。稀释剂可以是额