一种陶瓷型芯的烧结工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于精密铸造技术领域，特别提供一种陶瓷型芯的制备技术。
【背景技术】
[0002]涡轮叶片是航空发动机最关键的热端部件。为了提高热效率，涡轮叶片前进气温度越来越高。提高涡轮叶片的工作温度主要有两种途径，即提高合金的热强性能和应用叶片冷却技术。尽管高温合金材料的承温能力已经有了很大提高，但目前已接近极限，必须结合气体冷却技术才能完全满足现代航空工业的要求。气体冷却效果的高低与叶片的内部结构有密切关系，为了追求更高的气体冷却效果，叶片的空心结构也越来越复杂。
[0003]涡轮叶片通常采用精密铸造方法制备，空心结构通常采用陶瓷型芯形成。叶片空心结构越复杂，则形成该结构的陶瓷型芯的结构也越复杂，尺寸差别也越大。一般，叶片的前缘部分厚大，通常为十几到几十毫米，而尾缘部分很薄，厚度一般不到1毫米。因此，陶瓷型芯总体结构具有尺寸梯度特性。由于结构的复杂性及尺寸较大的差异性，陶瓷型芯在烧结过程中非常容易在纤细处断裂，这使得陶瓷型芯的生产合格率大为降低，生产成本也大大提高。因此，如何解决陶瓷型芯中微小尺寸处断裂从而提高叶片成品率是生产中急需解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于在不改变陶瓷型芯结构的基础上，提供一种新的烧结工艺，从而提高陶瓷型芯烧结的合格率。
[0005]本发明具体提供了一种陶瓷型芯的烧结工艺，其特征在于:在进行陶瓷型芯烧结时，随着型芯截面厚度尺寸的递增或递减，陶瓷型芯不同部位的同一水平面上的烧结温度相应递增或递减。
[0006]本发明的发明原理为:采用与陶瓷型芯截面尺寸递增或递减变化相应的温度梯度递增或递减变化的烧结工艺烧结陶瓷型芯，在不改变烧结工艺的情况下，使陶瓷型芯的不同部位基本保持同步的烧结收缩，降低陶瓷型芯烧结过程中产生的应力进而避免断裂现象的产生，提高陶瓷型芯的合格率。
[0007]本发明所述烧结工艺中，陶瓷型芯在匣钵中的摆放位置为:按厚度梯度变化与温度梯度变化一致的方向摆放。
[0008]本发明所述烧结工艺中，陶瓷型芯截面厚度尺寸变化范围为0.3-3mm/cm，烧结温度梯度范围为0.3-l0C /cm(本发明所述烧结工艺中，烧结炉中的温度梯度为纵向温度梯度或横向温度梯度)。
[0009]本发明所述烧结工艺中，型芯截面厚度尺寸变化数值与温度梯度变化数值的对应关系为:厚度尺寸变化值:温度梯度变化值=l-10mm/°C。
[0010]本发明所述烧结工艺中，陶瓷型芯采用注射成型的方式成型，成型压力为4-8MPa，注射时间为20-120秒，保压时间为20-120秒。
[0011]本发明所述烧结工艺中，所述陶瓷型芯为二氧化硅基陶瓷型芯或氧化铝基陶瓷型
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[0012]本发明所述烧结工艺中，陶瓷型芯的填料粉为氧化铝粉、锆英粉或石英粉中的一种，目数为100-300目。
[0013]本发明所述烧结工艺中，陶瓷型芯的烧结制度为:二氧化硅基陶瓷型芯为1150°C -1250°C /4-10h，氧化铝基陶瓷型芯为1250°C -1450°C /4_10h，随炉冷却至室温。
[0014]本发明所述烧结工艺中，烧结后的陶瓷型芯需进行室温强化，将陶瓷型芯浸入低温强化剂中(优选为热固性酚醛树脂或尿素)，浸泡30-60分钟，取出后在空气中干燥。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
[0016]陶瓷型芯材料为二氧化硅基材质，型芯截面厚度尺寸梯度为0.3_/cm ;陶瓷型芯采用注射成型方式成型，成型压力为4MPa，注射时间为20秒，保压时间为20秒；陶瓷型芯在匣钵中的摆放位置为:按厚度梯度变化与温度梯度变化一致方向纵向摆放(即随着型芯截面厚度的递增，烧结温度逐渐递增)；陶瓷型芯的填料粉为氧化铝粉，粉料粒度150目；烧结炉中的温度梯度为纵向温度梯度，温度梯度范围为0.3°C /cm ;陶瓷型芯的烧结制度为:1180°C /4h(该烧结温度指型芯截面厚度尺寸最小处的温度，以下实施例采用相同的表达方式)，随炉冷却至室温，型芯的烧结成品率在85%以上；烧结后的陶瓷型芯需进行室温强化，将陶瓷型芯浸入低温强化剂热固性酚醛树脂中，浸泡时间30分钟，然后取出在空气中干燥，制得陶瓷型芯。
[0017]实施例2
[0018]陶瓷型芯材料为二氧化硅基材质，型芯截面厚度尺寸梯度为0.4_/cm ;陶瓷型芯采用注射成型方式成型，成型压力为6MPa，注射时间为30秒，保压时间为20秒；陶瓷型芯在匣钵中的摆放位置为:按厚度梯度变化与温度梯度变化一致方向纵向摆放；陶瓷型芯的填料粉为氧化铝粉，粉料粒度150目；烧结炉中的温度梯度为纵向温度梯度，温度梯度范围为0.4°C /cm ;陶瓷型芯的烧结制度为:1200°C /6h,随炉冷却至室温，型芯的烧结成品率在90%以上；烧结后的陶瓷型芯需进行室温强化，将陶瓷型芯浸入低温强化剂尿素中，浸泡时间30分钟，然后取出在空气中干燥，制得陶瓷型芯。
[0019]实施例3
[0020]陶瓷型芯材料为氧化铝材质，型芯截面厚度尺寸梯度为0.8_/cm ;陶瓷型芯采用注射成型方式成型，成型压力为6MPa，注射时间为30秒，保压时间为20秒；陶瓷型芯在匣钵中的摆放位置为:按厚度梯度变化与温度梯度变化一致方向纵向摆放；陶瓷型芯的填料粉为氧化铝粉，粉料粒度150目；烧结炉中的温度梯度为纵向温度梯度，温度梯度范围为0.5°C /cm ;陶瓷型芯的烧结制度为:1350°C /6h，随炉冷却至室温，型芯的烧结成品率在85%以上；烧结后的陶瓷型芯需进行室温强化，将陶瓷型芯浸入低温强化剂热固性酚醛树脂中，浸泡时间30分钟，然后取出在空气中干燥。
[0021]实施例4
[0022]陶瓷型芯材料为氧化铝材质，型芯截面厚度尺寸梯度为2_/cm ;陶瓷型芯采用注射成型方式成型，成型压力为6MPa，注射时间为30秒，保压时间为20秒；陶瓷型芯在匣钵中的摆放位置为:按厚度梯度变化与温度梯度变化一致方向纵向摆放；陶瓷型芯的填料粉为氧化铝粉，粉料粒度150目；烧结炉中的温度梯度为纵向温度梯度，温度梯度范围为1°C/cm ;陶瓷型芯的烧结制度为:1400°C /6h，随炉冷却至室温，型芯的烧结成品率在90%以上；烧结后的陶瓷型芯需进行室温强化，将陶瓷型芯浸入低温强化剂热固性酚醛树脂中，浸泡时间30分钟，然后取出在空气中干燥。
[0023]实施例5
[0024]陶瓷型芯材料为二氧化硅基材质，型芯截面厚度梯度变化为3mm/cm ;陶瓷型芯采用注射成型方式成型，成型压力为6MPa，注射时间为60秒，保压时间为30秒；陶瓷型芯在匣钵中的摆放位置为:按厚度梯度变化与温度梯度变化一致方向纵向摆放；陶瓷型芯的填料粉为氧化铝粉，粉料粒度100目；烧结炉中的温度梯度为纵向温度梯度，温度梯度范围为1°C /cm ;陶瓷型芯的烧结制度为:1250°C /4h，随炉冷却至室温，型芯的烧结成品率在90%以上；烧结后的陶瓷型芯需进行室温强化，将陶瓷型芯浸入低温强化剂尿素中，浸泡时间30分钟，然后取出在空气中干燥。
[0025]实施例6
[0026]陶瓷型芯材料为二氧化硅基材质，型芯截面厚度梯度变化为2_/cm ;陶瓷型芯采用注射成型方式成型，成型压力为6MPa，注射时间为60秒，保压时间为30秒；陶瓷型芯在匣钵中的摆放位置为:按厚度梯度变化与温度梯度变化一致方向纵向摆放；陶瓷型芯的填料粉为氧化铝粉，粉料粒度100目；烧结炉中的温度梯度为纵向温度梯度，温度梯度范围为0.5°C /cm ;陶瓷型芯的烧结制度为:1250°C /4h，随炉冷却至室温，型芯的烧结成品率在90%以上；烧结后的陶瓷型芯需进行室温强化，将陶瓷型芯浸入低温强化剂尿素中，浸泡时间30分钟，然后取出在空气中干燥。
[0027]实施例7
[0028]陶瓷型芯材料为氧化铝材质，型芯截面厚度尺寸梯度为3_/cm ；陶瓷型芯采用注射成型方式成型，成型压力为6MPa，注射时间为30秒，保压时间为20秒；陶瓷型芯在匣钵中的摆放位置为:按厚度梯度变化与温度梯度变化一致方向纵向摆放；陶瓷型芯的填料粉为氧化铝粉，粉料粒度150目；烧结炉中的温度梯度为纵向温度梯度，温度梯度范围为0.3°C /cm ;陶瓷型芯的烧结制度为:1400°C /6h，随炉冷却至室温，型芯的烧结成品率在90%以上；烧结后的陶瓷型芯需进行室温强化，将陶瓷型芯浸入低温强化剂热固性酚醛树脂中，浸泡时间30分钟，然后取出在空气中干燥。
[0029]对比例
[0030]与实施例1的不同之处在于没有采用温度梯度进行烧结，型芯的烧结成品率在60%左右。
[0031]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种陶瓷型芯的烧结工艺，其特征在于:在进行陶瓷型芯烧结时，随着型芯截面厚度尺寸的递增或递减，陶瓷型芯不同部位的同一水平面上的烧结温度相应递增或递减。2.按照权利要求1所述陶瓷型芯的烧结工艺，其特征在于，陶瓷型芯在匣钵中的摆放位置为:按厚度梯度变化与温度梯度变化一致的方向摆放。3.按照权利要求1所述陶瓷型芯的烧结工艺，其特征在于:陶瓷型芯截面厚度尺寸变化范围为0.3-3mm/cm，烧结温度梯度范围为0.3_1°C /cm。4.按照权利要求1?3任一所述陶瓷型芯的烧结工艺，其特征在于，型芯截面厚度尺寸变化数值与温度梯度变化数值的对应关系为:厚度尺寸变化值:温度梯度变化值=l-10mm/°C。5.按照权利要求4所述陶瓷型芯的烧结工艺，其特征在于:陶瓷型芯采用注射成型的方式成型，成型压力为4-8MPa，注射时间为20-120秒，保压时间为20-120秒。6.按照权利要求4所述陶瓷型芯的烧结工艺，其特征在于:陶瓷型芯为二氧化硅基陶瓷型芯或氧化铝基陶瓷型芯。7.按照权利要求6所述陶瓷型芯的烧结工艺，其特征在于:陶瓷型芯的填料粉为氧化铝粉、锆英粉或石英粉中的一种，目数为100-300目。8.按照权利要求6所述陶瓷型芯的烧结工艺，其特征在于，陶瓷型芯的烧结制度为:二氧化硅基陶瓷型芯为1150°C -1250°C /4-10h,氧化铝基陶瓷型芯为1250°C -1450°C /4-10h,随炉冷却至室温。9.按照权利要求1?3、5?9任一所述陶瓷型芯的烧结工艺，其特征在于:烧结后的陶瓷型芯需进行室温强化，将陶瓷型芯浸入低温强化剂中，浸泡30-60分钟，取出后在空气中干燥。10.按照权利要求9所述陶瓷型芯的烧结工艺，其特征在于:所述低温强化剂为热固性酚醛树脂或尿素。
【专利摘要】本发明的目的在于在不改变陶瓷型芯结构的基础上，提供一种新的烧结工艺，从而提高陶瓷型芯烧结的合格率，其特征在于：在进行陶瓷型芯烧结时，随着型芯截面厚度尺寸的递增或递减，陶瓷型芯不同部位的同一水平面上的烧结温度相应递增或递减，以使陶瓷型芯的不同部位基本保持同步的烧结收缩，降低陶瓷型芯烧结过程中产生的应力进而避免断裂现象的产生，提高陶瓷型芯的合格率。
【IPC分类】C04B35/64
【公开号】CN105314987
【申请号】CN201410226578
【发明人】姜卫国, 李凯文, 张健, 王莉
【申请人】中国科学院金属研究所
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年5月26日