本发明涉及一种精密铸造技术领域，特别涉及一种硅基陶瓷型芯及其制备方法。
背景技术：
涡扇发动机是目前最主流发动机。现有的推重比10一级的发动机涡轮进口温度达到1800K-2000K，而推重比15～20一级发动机涡轮进口温度将达到2100K～2300K，远远超过了发动机用高温合金的熔点。在涡轮前进口温度不断提高的情况下，要保证涡轮叶片在高温燃气环境下安全可靠地工作，必须采用先进的冷却结构和冷却方式，使叶片本身温度降到材料能够承受的的工作温度之下。在发动机结构尺寸完全无变化的情况下，涡轮前燃气温度每提高55K，发动机推力可提高10％左右。因此要在这样高达2000K的燃气温度下，为保证涡轮安全、可靠运转，除了进一步提高涡轮金属材料的承温能力以外，还必须对采用先进的冷却技术，以降低叶片的壁面温度。
涡轮冷却技术的研究在国外已经有60多年的发展历史，世界航空发动机设计与制造商研究和开发了大量的涡轮叶片冷却技术。早期的高温合金铸造叶片没有采用冷却技术，都是实心叶片，涡轮前进口温度由于受到叶片材料的限制，很难超过1050℃。因此，从二十世纪60年代起，国际上就通过发展空心叶片的冷却技术，以提高冷却效果。叶片冷却技术是使冷却气体通过叶片的复杂内腔达到冷却叶片的目的。目前已被验证有效的冷却方式有对流冷却、冲击冷却(肋壁强化换热与扰流柱强化换热冷却)、气膜冷却、复合冷却以及层板冷却等。随着冷却技术的不断发展，叶片的内腔形状曲折迂回，日趋复杂。随着先进气冷技术的发展，定向柱晶、单晶以及共晶定向凝固技术的应用更是对陶瓷型芯提出越来越高的要求。近些年陶瓷型芯形状复杂化，尺寸巨大化、性能卓越化等方向发展。
技术实现要素：
本发明的目的要解决目前硅基陶瓷型芯高温强度不足以及高温挠度大等问题；本发明提供了一种高高温强度、低高温变形、低烧结收缩的硅基陶瓷型芯及制备方法。
本发明的技术方案是一种硅基陶瓷型芯，是采用包括下述原料制备的：
由重量百分比为硅酸锆15-25％、方石英0-4％、氧化钇0-3％、余量为石英粉玻璃粉混合而成的干粉；
及占所述粉料重量百分比1％-2％的油酸；
及占所述粉料重量百分比20-24％的增塑剂。
优选的，所述石英玻璃粉为240目、600目和1000目的三种熔融石英粉混合获得的；其中,所述三种熔融石英粉按重量百分比分别为60-40％、40-20％、40-20％。
优选的，所述硅酸锆为325目煅烧硅酸锆。
优选的，所述增塑剂为石蜡、蜂蜡和聚乙烯的混合物。
本发明还提供一种硅基陶瓷型芯的制备方法，包括烧结步骤：
将硅基陶瓷型芯进行烧结，烧结制度为以3-5℃/min的升温速率升温至150-250℃，保温2-4h；
以0.1-3℃/min的升温速率升温至400-500℃，保温1-2h；
以2-5℃/min的升温速率升温至900-1000℃，保温1-3h；
以3-5℃/min的升温速率升温至1175-1225℃，保温4-8h，然后随炉冷却至室温，获得硅基陶瓷型芯。
优选的，在烧结步骤之间还包括以下步骤：
干混：按预定比例称取硅酸锆、方石英、氧化钇、石英粉玻璃粉，置入混料机，混料至粉料充分混合均匀出料后103℃烘干至恒重，获得干粉；
配置增塑剂：按预定比例称取石蜡、蜂蜡、聚乙烯加入真空搅蜡机中加热至融化后搅拌均匀，继续搅拌并抽真空20分钟，停止搅拌并保温静置5分钟后出料冷却，即得所需增塑剂；
湿混：按比例称取增塑剂并放入芯料搅拌机中，升温至增塑剂全部融化后，加入油酸，搅拌5min至油酸充分混入增塑剂中，分步加入干料，搅拌均匀，待干料全部加入后，抽真空继续搅拌2h，关闭真空泵，继续搅拌4h后出料冷却，获得湿料；
热压注成型：将湿料放入型芯压注机中，加热至熔化成型芯料浆后，根据型芯尺寸和结构控制注射温度为80℃、模具温度为35-50℃、注射压力为0.2-6MPa、保压时间为15-25s等参数，将陶瓷料浆压注到所需模具中，制成湿芯待用；
修芯、整形：将湿芯修整、校型后，待烧结；
装钵：将湿芯放埋入装有高岭土填料的氧化铝烧钵中,芯距离钵壁1-3cm，距离钵底2-5cm，芯间距1-3cm，将匣钵放置在振动台上振动15-30s。
附图说明
图1为本发明的实施例1-8中325目煅烧硅酸锆的粒度累计频率分布曲线。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
具体的325目煅烧硅酸锆是由200目和1000目的煅烧硅酸锆混合而成。本发明实施例1-8中325目煅烧硅酸锆的粒度累计频率分布曲线如图1所示。
实施例1：
型芯粉料的配方见表1，其中，包括：矿化剂，石英玻璃粉、表面活性剂、增塑剂、添加剂。
硅酸锆为矿化剂，其中，硅酸锆为325目煅烧硅酸锆；石英玻璃粉和矿化剂组成干粉；
石英玻璃粉为其中石英玻璃粉为240目、600目和1000目的三种熔融石英粉混合获得的。
油酸为表面活性剂；
增塑剂是由石蜡、蜂蜡、聚乙烯配制而成,其中,石蜡、蜂蜡、聚乙烯在增塑剂中的比例为85％,10％,5％。
按表1的比例称取原料，按下述方法制备硅基陶瓷型芯：
干混：按预定比例称取矿化剂、石英粉玻璃粉，添加剂、置入混料机，混料至粉料充分混合均匀，出料后103℃烘干至恒重，获得粉料；
配置增塑剂：按预定比例称取石蜡、蜂蜡、聚乙烯加入真空搅蜡机中加热至融化后搅拌均匀，继续搅拌并抽真空20分钟，停止搅拌并保温静置5分钟后出料冷却，即得所需增塑剂；
湿混：按比例称取增塑剂并放入芯料搅拌机中，升温至增塑剂全部融化后，加入油酸，搅拌5min至油酸充分混入增塑剂中，分步加入干粉，搅拌均匀，待干粉全部加入后，抽真空继续搅拌4h，关闭真空泵，继续搅拌8h后出料冷却，获得湿料。
热压注成型：将湿料放入型芯压注机中，加热至熔化成芯料浆后，根据型芯尺寸和结构控制注射温度为80℃、模具温度为40℃、注射压力为6MPa、保压时间为15s，将陶瓷料浆压注到所需模具中，制成湿芯待用；
修芯、整形：将湿芯子修整、校型后，待烧结；
装钵：将湿芯放埋入装有高岭土填料的氧化铝烧钵中,芯距离钵壁2cm，距离钵底2cm，芯间距1cm，将匣钵放置在振动台上振动20s；
烧结：将匣钵放入箱式电阻炉中进行烧结，烧结制度为以5℃/min的升温速率升温至250℃，保温4h；以0.1℃/min的升温速率升温至400℃，保温2h；以3℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h，以3/min的升温速率升温至1225℃，保温4h，然后随炉冷却至室温，获得硅基陶瓷型芯。
将硅基陶瓷型芯按HB 5353.1-2004方法测试显气孔率；
将硅基陶瓷型芯按HB 5353.2-2004方法测试烧结收缩；
将硅基陶瓷型芯按HB 5353.3-2004方法测试常温抗折强度何高温抗折强度；
将硅基陶瓷型芯按HB 5353.4-2004方法测试挠度；
本实施例制备的硅基陶瓷型芯案上述方法进行测试，其测试结果见表2，可见，本实施制备获得了高温强度、低高温变形、低烧结收缩的陶瓷型芯。
实施例2：
型芯粉料的配方见表1。
其中所述石英玻璃粉为240目、600目和1000目的三种熔融石英粉混合获得的。
所述增塑剂是由石蜡、蜂蜡、聚乙烯配制而成,其中,石蜡、蜂蜡、聚乙烯在增塑剂中的比例为85％,10％,5％。
按上述比例称取原料，按下述方法制备硅基陶瓷型芯：
干混：按预定比例称取矿化剂、石英粉玻璃粉、添加剂、置入混料机，混料至粉料充分混合均匀，出料后103℃烘干至恒重，获得粉料；
配置增塑剂：按预定比例称取石蜡、蜂蜡、聚乙烯加入真空搅蜡机中加热至融化后搅拌均匀，继续搅拌并抽真空20分钟，停止搅拌并保温静置5分钟后出料冷却，即得所需增塑剂；
湿混：按比例称取增塑剂并放入芯料搅拌机中，升温至增塑剂全部融化后，加入油酸，搅拌5min至油酸充分混入增塑剂中，分步加入干粉，搅拌均匀，待干粉全部加入后，抽真空继续搅拌4h，关闭真空泵，继续搅拌8h后出料冷却，获得湿料。
热压注成型：将湿料放入型芯压注机中，加热至熔化成芯料浆后，根据型芯尺寸和结构控制注射温度为80℃、模具温度为40℃、注射压力为0.2MPa、保压时间为25s，将陶瓷料浆压注到所需模具中，制成湿芯待用；
修芯、整形：将湿芯子修整、校型后，待烧结；
装钵：将湿芯放埋入装有高岭土填料的氧化铝烧钵中,芯距离钵壁2cm，距离钵底2cm，芯间距1cm，将匣钵放置在振动台上振动20s；
烧结：将匣钵放入箱式电阻炉中进行烧结，烧结制度为以3℃/min的升温速率升温至150℃，保温4h；以1℃/min的升温速率升温至500℃，保温1h；以3℃/min的升温速率升温至900℃，保温1h，以5/min的升温速率升温至1200℃，保温6h，然后随炉冷却至室温，获得硅基陶瓷型芯。
硅基陶瓷型芯的测试方法同实施例1。
硅基陶瓷型芯的测试结果见表2。
实施例3：
型芯粉料的配方见表1。
其中所述石英玻璃粉为240目、600目和1000目的三种熔融石英粉混合获得的。
所述增塑剂是由石蜡、蜂蜡、聚乙烯配制而成,其中,石蜡、蜂蜡、聚乙烯在增塑剂中的比例为85％,9％,6％。
按上述比例称取原料，按下述方法制备硅基陶瓷型芯：
干混：按预定比例称取矿化剂、石英粉玻璃粉、添加剂、置入混料机，混料至粉料充分混合均匀，出料后103℃烘干至恒重，获得粉料；
配置增塑剂：按预定比例称取石蜡、蜂蜡、聚乙烯加入真空搅蜡机中加热至融化后搅拌均匀，继续搅拌并抽真空20分钟，停止搅拌并保温静置5分钟后出料冷却，即得所需增塑剂；
湿混：按比例称取增塑剂并放入芯料搅拌机中，升温至增塑剂全部融化后，加入油酸，搅拌5min至油酸充分混入增塑剂中，分步加入干粉，搅拌均匀，待干粉全部加入后，抽真空继续搅拌4h，关闭真空泵，继续搅拌8h后出料冷却，获得湿料。
热压注成型：将湿料放入型芯压注机中，加热至熔化成芯料浆后，根据型芯尺寸和结构控制注射温度为80℃、模具温度为50℃、注射压力为0.4MPa、保压时间为25s，将陶瓷料浆压注到所需模具中，制成湿芯待用；
修芯、整形：将湿芯子修整、校型后，待烧结；
装钵：将湿芯放埋入装有高岭土填料的氧化铝烧钵中,芯距离钵壁2cm，距离钵底2cm，芯间距1cm，将匣钵放置在振动台上振动20s；
烧结：将匣钵放入箱式电阻炉中进行烧结，烧结制度为以4℃/min的升温速率升温至200℃，保温4h；以0.5℃/min的升温速率升温至450℃，保温2h；以3℃/min的升温速率升温至1000℃，保温1h，以4/min的升温速率升温至1225℃，保温5h，然后随炉冷却至室温，获得硅基陶瓷型芯。
硅基陶瓷型芯的测试方法同实施例1。
硅基陶瓷型芯的测试结果见表2。
实施例4：
型芯粉料的配方见表1。
其中所述石英玻璃粉为240目、600目和1000目的三种熔融石英粉混合获得的。
所述增塑剂是由石蜡、蜂蜡、聚乙烯配制而成,其中,石蜡、蜂蜡、聚乙烯在增塑剂中的比例为84％,12％,4％。
按上述比例称取原料，按下述方法制备硅基陶瓷型芯：
干混：按预定比例称取矿化剂、石英粉玻璃粉、添加剂、置入混料机，混料至粉料充分混合均匀，出料后103℃烘干至恒重，获得粉料；
配置增塑剂：按预定比例称取石蜡、蜂蜡、聚乙烯加入真空搅蜡机中加热至融化后搅拌均匀，继续搅拌并抽真空20分钟，停止搅拌并保温静置5分钟后出料冷却，即得所需增塑剂；
湿混：按比例称取增塑剂并放入芯料搅拌机中，升温至增塑剂全部融化后，加入油酸，搅拌5min至油酸充分混入增塑剂中，分步加入干粉，搅拌均匀，待干粉全部加入后，抽真空继续搅拌4h，关闭真空泵，继续搅拌8h后出料冷却，获得湿料。
热压注成型：将湿料放入型芯压注机中，加热至熔化成芯料浆后，根据型芯尺寸和结构控制注射温度为80℃、模具温度为40℃、注射压力为4MPa、保压时间为15s，将陶瓷料浆压注到所需模具中，制成湿芯待用；
修芯、整形：将湿芯子修整、校型后，待烧结；
装钵：将湿芯放埋入装有高岭土填料的氧化铝烧钵中,芯距离钵壁2cm，距离钵底2cm，芯间距1cm，将匣钵放置在振动台上振动20s；
烧结：将匣钵放入箱式电阻炉中进行烧结，烧结制度为以5℃/min的升温速率升温至250℃，保温3h；以0.3℃/min的升温速率升温至400℃，保温2h；以3℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h，以5/min的升温速率升温至1175℃，保温6h，然后随炉冷却至室温，获得硅基陶瓷型芯。
硅基陶瓷型芯的测试方法同实施例1。
硅基陶瓷型芯的测试结果见表2。
实施例5：
型芯粉料的配方见表1。
其中所述石英玻璃粉为240目、600目和1000目的三种熔融石英粉混合获得的。
所述增塑剂是由石蜡、蜂蜡、聚乙烯配制而成,其中,石蜡、蜂蜡、聚乙烯在增塑剂中的比例为85％,10％,5％。
按上述比例称取原料，按下述方法制备硅基陶瓷型芯：
干混：按预定比例称取矿化剂、石英粉玻璃粉、添加剂、置入混料机，混料至粉料充分混合均匀，出料后103℃烘干至恒重，获得粉料；
配置增塑剂：按预定比例称取石蜡、蜂蜡、聚乙烯加入真空搅蜡机中加热至融化后搅拌均匀，继续搅拌并抽真空20分钟，停止搅拌并保温静置5分钟后出料冷却，即得所需增塑剂；
湿混：按比例称取增塑剂并放入芯料搅拌机中，升温至增塑剂全部融化后，加入油酸，搅拌5min至油酸充分混入增塑剂中，分步加入干粉，搅拌均匀，待干粉全部加入后，抽真空继续搅拌4h，关闭真空泵，继续搅拌8h后出料冷却，获得湿料。
热压注成型：将湿料放入型芯压注机中，加热至熔化成芯料浆后，根据型芯尺寸和结构控制注射温度为80℃、模具温度为40℃、注射压力为2MPa、保压时间为20s，将陶瓷料浆压注到所需模具中，制成湿芯待用；
修芯、整形：将湿芯子修整、校型后，待烧结；
装钵：将湿芯放埋入装有高岭土填料的氧化铝烧钵中,芯距离钵壁2cm，距离钵底2cm，芯间距1cm，将匣钵放置在振动台上振动20s；
烧结：将匣钵放入箱式电阻炉中进行烧结，烧结制度为以5℃/min的升温速率升温至200℃，保温4h；以0.1℃/min的升温速率升温至400℃，保温4h；以3℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h，以3/min的升温速率升温至1200℃，保温8h，然后随炉冷却至室温，获得硅基陶瓷型芯。
硅基陶瓷型芯的测试方法同实施例1。
硅基陶瓷型芯的测试结果见表2。
实施例6：
型芯粉料的配方见表1。
其中所述石英玻璃粉为240目、600目和1000目的三种熔融石英粉混合获得的。
所述增塑剂是由石蜡、蜂蜡、聚乙烯配制而成,其中,石蜡、蜂蜡、聚乙烯在增塑剂中的比例为80％,12％,8％。
按上述比例称取原料，按下述方法制备硅基陶瓷型芯：
干混：按预定比例称取矿化剂、石英粉玻璃粉、添加剂、置入混料机，混料至粉料充分混合均匀，出料后103℃烘干至恒重，获得粉料；
配置增塑剂：按预定比例称取石蜡、蜂蜡、聚乙烯加入真空搅蜡机中加热至融化后搅拌均匀，继续搅拌并抽真空20分钟，停止搅拌并保温静置5分钟后出料冷却，即得所需增塑剂；
湿混：按比例称取增塑剂并放入芯料搅拌机中，升温至增塑剂全部融化后，加入油酸，搅拌5min至油酸充分混入增塑剂中，分步加入干粉，搅拌均匀，待干粉全部加入后，抽真空继续搅拌4h，关闭真空泵，继续搅拌8h后出料冷却，获得湿料。
热压注成型：将湿料放入型芯压注机中，加热至熔化成芯料浆后，根据型芯尺寸和结构控制注射温度为80℃、模具温度为35℃、注射压力为6MPa、保压时间为20s，将陶瓷料浆压注到所需模具中，制成湿芯待用；
修芯、整形：将湿芯子修整、校型后，待烧结；
装钵：将湿芯放埋入装有高岭土填料的氧化铝烧钵中,芯距离钵壁2cm，距离钵底2cm，芯间距1cm，将匣钵放置在振动台上振动20s；
烧结：将匣钵放入箱式电阻炉中进行烧结，烧结制度为以5℃/min的升温速率升温至200℃，保温3h；以1℃/min的升温速率升温至450℃，保温2h；以2℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h，以3/min的升温速率升温至1175℃，保温8h，然后随炉冷却至室温，获得硅基陶瓷型芯。
硅基陶瓷型芯的测试方法同实施例1。
硅基陶瓷型芯的测试结果见表2。
实施例7：
型芯粉料的配方见表1。
其中所述石英玻璃粉为240目、600目和1000目的三种熔融石英粉混合获得的。
所述增塑剂是由石蜡、蜂蜡、聚乙烯配制而成,其中,石蜡、蜂蜡、聚乙烯在增塑剂中的比例为85％,10％,5％。
按上述比例称取原料，按下述方法制备硅基陶瓷型芯：
干混：按预定比例称取矿化剂、石英粉玻璃粉、添加剂、置入混料机，混料至粉料充分混合均匀，出料后103℃烘干至恒重，获得粉料；
配置增塑剂：按预定比例称取石蜡、蜂蜡、聚乙烯加入真空搅蜡机中加热至融化后搅拌均匀，继续搅拌并抽真空20分钟，停止搅拌并保温静置5分钟后出料冷却，即得所需增塑剂；
湿混：按比例称取增塑剂并放入芯料搅拌机中，升温至增塑剂全部融化后，加入油酸，搅拌5min至油酸充分混入增塑剂中，分步加入干粉，搅拌均匀，待干粉全部加入后，抽真空继续搅拌4h，关闭真空泵，继续搅拌8h后出料冷却，获得湿料。
热压注成型：将湿料放入型芯压注机中，加热至熔化成芯料浆后，根据型芯尺寸和结构控制注射温度为80℃、模具温度为40℃、注射压力为6MPa、保压时间为25s，将陶瓷料浆压注到所需模具中，制成湿芯待用；
修芯、整形：将湿芯子修整、校型后，待烧结；
装钵：将湿芯放埋入装有高岭土填料的氧化铝烧钵中,芯距离钵壁2cm，距离钵底2cm，芯间距1cm，将匣钵放置在振动台上振动20s；
烧结：将匣钵放入箱式电阻炉中进行烧结，烧结制度为以5℃/min的升温速率升温至200℃，保温4h；以2℃/min的升温速率升温至500℃，保温2h；以2℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h，以3/min的升温速率升温至1225℃，保温6h，然后随炉冷却至室温，获得硅基陶瓷型芯。
硅基陶瓷型芯的测试方法同实施例1。
硅基陶瓷型芯的测试结果见表2。
实施例8：
型芯粉料的配方见表1。
其中所述石英玻璃粉为240目、600目和1000目的三种熔融石英粉混合获得的。
所述增塑剂是由石蜡、蜂蜡、聚乙烯配制而成,其中,石蜡、蜂蜡、聚乙烯在增塑剂中的比例为84％,10％,6％。
按上述比例称取原料，按下述方法制备硅基陶瓷型芯：
干混：按预定比例称取矿化剂、石英粉玻璃粉、添加剂、置入混料机，混料至粉料充分混合均匀，出料后103℃烘干至恒重，获得粉料；
配置增塑剂：按预定比例称取石蜡、蜂蜡、聚乙烯加入真空搅蜡机中加热至融化后搅拌均匀，继续搅拌并抽真空20分钟，停止搅拌并保温静置5分钟后出料冷却，即得所需增塑剂；
湿混：按比例称取增塑剂并放入芯料搅拌机中，升温至增塑剂全部融化后，加入油酸，搅拌5min至油酸充分混入增塑剂中，分步加入干粉，搅拌均匀，待干粉全部加入后，抽真空继续搅拌4h，关闭真空泵，继续搅拌8h后出料冷却，获得湿料。
热压注成型：将湿料放入型芯压注机中，加热至熔化成芯料浆后，根据型芯尺寸和结构控制注射温度为80℃、模具温度为50℃、注射压力为0.4MPa、保压时间为25s，将陶瓷料浆压注到所需模具中，制成湿芯待用；
修芯、整形：将湿芯子修整、校型后，待烧结；
装钵：将湿芯放埋入装有高岭土填料的氧化铝烧钵中,芯距离钵壁2cm，距离钵底2cm，芯间距1cm，将匣钵放置在振动台上振动20s；
烧结：将匣钵放入箱式电阻炉中进行烧结，烧结制度为以5℃/min的升温速率升温至175℃，保温4h；以0.1℃/min的升温速率升温至400℃，保温2h；以5℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h，以3/min的升温速率升温至1200℃，保温6h，然后随炉冷却至室温，获得硅基陶瓷型芯。
硅基陶瓷型芯的测试方法同实施例1。
硅基陶瓷型芯的测试结果见表2。
表1，实施例1-8中硅基陶瓷型芯原料配比
表2，实施例1-8中硅基陶瓷型芯的测试结果
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。