一种具有石英玻璃棒的陶瓷型芯的制造方法与流程

本发明涉及一种陶瓷型芯的制造方法，特别是一种具有石英玻璃棒的陶瓷型芯的制造方法，属于燃气轮机透平叶片精密铸造用陶瓷型芯技术领域。

背景技术：

在燃气轮机透平叶片精密铸造中，陶瓷型芯用于形成叶片内腔冷却通道。

通常，陶瓷型芯的制造方法包括下述步骤：

步骤a、制备陶瓷型芯浆料：将陶瓷型芯粉体和增塑剂在一定温度下加热搅拌，形成陶瓷型芯浆料；

步骤b、压制陶瓷型芯素坯：通过压芯机将陶瓷型芯浆料在一定温度、流量和压力下注射到陶瓷型芯模具中，形成陶瓷型芯素坯；

步骤c、陶瓷型芯素坯装钵与造型：将陶瓷型芯素坯埋入盛有填料的匣钵中，并在振动台上振实，完成造型。

步骤d、烧结陶瓷型芯：将装有陶瓷型芯素坯的匣钵转移至烧结炉中，在一定的温度下烧结得到具有一定强度的陶瓷型芯。

由于燃气轮机透平叶片的结构特点，燃气轮机透平叶片精密铸造用的陶瓷型芯的一些薄弱部位因强度不够，在烧结过程和使用过程中都容易出现断裂的情况。薄弱部位主要有两类：第一类薄弱部位（即，薄边部位）为形成叶片空腔结构的薄边；第二类薄弱部位（即，薄弱连接部位）为起到连接作用的辅助加强筋或者形成叶片叶顶气膜孔的陶瓷细柱。对于第二类薄弱部位（薄弱连接部位）而言，现有技术的具体解决方法是：将用于形成陶瓷型芯薄弱连接部位的石英玻璃棒预放置到陶瓷型芯模具中，再将陶瓷型芯浆料注射到陶瓷型芯模具中，形成具有石英玻璃棒的陶瓷型芯素坯，即采用石英玻璃棒代替原陶瓷细柱形成连接结构，换而言之，陶瓷型芯素坯的薄弱连接部位采用石英玻璃棒，从而提高其连接强度，如图1和图2所示，陶瓷型芯素坯/陶瓷型芯包括陶瓷型芯本体1和石英玻璃棒11。

但是，这又带来了新的技术问题。由于石英玻璃棒的主要成分为无定型二氧化硅（非晶态），在陶瓷型芯烧结过程中，陶瓷型芯烧结温度正好处于石英玻璃棒高温相变温度范围内，石英玻璃棒中的无定型二氧化硅将会发生向高温方石英（α-方石英）转变的相变，同时体积增大；而在降温过程中，高温方石英（α-方石英）会发生向低温方石英转变（β-方石英）的相变，同时体积缩小。因相变体积变化将导致石英玻璃棒产生烧结裂纹，从而降低了陶瓷型芯在使用过程中的强度。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种具有石英玻璃棒的陶瓷型芯的制造方法，采用本发明的方法使得在陶瓷型芯烧结过程中，石英玻璃棒被进行了局部隔热处理，使得石英玻璃棒的温度低于其固态相变温度点，减少了石英玻璃棒中无定型二氧化硅向高温方石英转变的程度，也就减少了陶瓷型芯烧结的降温过程中高温方石英向低温方石英转变的程度，从而极大减少甚至杜绝了因相变导致体积变化而产生的裂纹、提高了石英玻璃棒的强度。在使用陶瓷型芯的过程中，能够避免陶瓷型芯中的石英玻璃棒因强度不足而发生断裂的情况。

本发明采用的技术方案如下：

一种具有石英玻璃棒的陶瓷型芯的制造方法，依次包括以下步骤：

步骤1、制备陶瓷型芯浆料；

步骤2、压制陶瓷型芯素坯，该陶瓷型芯素坯的薄弱连接部位采用石英玻璃棒；

步骤3、陶瓷型芯素坯装钵与造型；

步骤4、烧结陶瓷型芯；

在步骤2与步骤3之间，还包括下述步骤：

在石英玻璃棒外周包裹隔热层或/和易熔化层。

采用本发明时，其原理是：方式a、当石英玻璃棒外周包裹隔热层时，在烧结过程中，隔热层将起到有效的隔热作用，使得石英玻璃棒的温度低于周围环境的温度（填料的温度），从而减少了石英玻璃棒中无定型二氧化硅向高温方石英转变的程度。方式b、当石英玻璃棒外周包裹易熔化层时，在烧结过程中的前期阶段，易熔化层被熔化烧失，使得石英玻璃棒外周与填料之间形成隔热空腔，在烧结过程中，隔热空腔将起到有效的隔热作用，使得石英玻璃棒的温度低于周围环境的温度（填料的温度），从而减少了石英玻璃棒中无定型二氧化硅向高温方石英转变的程度。方式c、当石英玻璃棒外周包裹隔热层和易熔化层时，方式c结合了方式a和b的特点，在烧结过程中，石英玻璃棒外周被隔热层和隔热空腔有效的隔热，使得石英玻璃棒的温度低于周围环境的温度（填料的温度），从而减少了石英玻璃棒中无定型二氧化硅向高温方石英转变的程度。因此，得益于石英玻璃棒外周包裹隔热层或/和易熔化层的设计，使得在陶瓷型芯烧结过程中，石英玻璃棒被进行了局部隔热处理，使得石英玻璃棒的温度低于其固态相变温度点，减少了石英玻璃棒中无定型二氧化硅向高温方石英转变的程度，也就减少了陶瓷型芯烧结的降温过程中高温方石英向低温方石英转变的程度，从而极大减少甚至杜绝了因相变导致体积变化而产生的裂纹、提高了石英玻璃棒的强度。在使用陶瓷型芯的过程中，能够避免陶瓷型芯中的石英玻璃棒因强度不足而发生断裂的情况。

其中，

在步骤1中、制备陶瓷型芯浆料：将陶瓷型芯粉体和增塑剂加热搅拌，形成陶瓷型芯浆料。增塑剂可为石蜡、蜂蜡、硬脂酸的一种或多种，用以保证陶瓷型芯浆料能够顺利压注成型。

在步骤2中、压制陶瓷型芯素坯，该陶瓷型芯素坯的薄弱连接部位采用石英玻璃棒：将用于形成陶瓷型芯薄弱连接部位的石英玻璃棒预放置到陶瓷型芯模具中，通过压芯机将陶瓷型芯浆料注射到陶瓷型芯模具中，形成具有石英玻璃棒的陶瓷型芯素坯，即陶瓷型芯素坯的薄弱连接部位采用石英玻璃棒。该步骤采用的是热压注成形方法形成陶瓷型芯素坯。压制形成的陶瓷型芯素坯包括陶瓷型芯本体和石英玻璃棒。

在步骤3中、陶瓷型芯素坯装钵与造型：将陶瓷型芯素坯埋入盛有填料的匣钵中，并在振动台上振实，完成造型。能够防止在陶瓷型芯烧结过程中变形损坏，作为优选，填料为氧化铝粉末。

在步骤4中、烧结陶瓷型芯：将装有陶瓷型芯素坯的匣钵转移至烧结炉中，烧结得到陶瓷型芯。在烧结过程中的前期阶段，增塑剂受热逐渐熔化随即被陶瓷型芯周围的填料吸收，并通过填料向外扩散、挥发和燃烧，此过程称为排蜡；同时对于包裹有易熔化层的石英玻璃棒，易熔化层被熔化烧失，使得石英玻璃棒外周与填料之间形成隔热空腔。作为优选，易熔化层的材料为增塑剂。

可供选择的，所述隔热层的材料为硅酸铝纤维棉。

可供选择的，所述易熔化层的材料为石蜡。

可供选择的，所述隔热层的厚度为1-10mm。

可供选择的，所述易熔化层的厚度为1-10mm。

可供选择的，所述石英玻璃棒外周包裹有隔热层和易熔化层，所述隔热层为内层，易熔化层为外层。

可供选择的，所述石英玻璃棒外周包裹有隔热层和易熔化层，所述易熔化层为内层，隔热层为外层。

可供选择的，所述石英玻璃棒外周交替包裹有若干层的隔热层与易熔化层。

可供选择的，所述隔热层或/和易熔化层通过缠绕或涂抹的方式包裹在石英玻璃棒外周。

可供选择的，在步骤4中、烧结温度为1100℃-1280℃。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的一种具有石英玻璃棒的陶瓷型芯的制造方法，本发明构思巧妙，步骤简单，容易实现，易于操作，实用性强，有利于推广应用。采用本发明的方法使得在陶瓷型芯烧结过程中，石英玻璃棒被进行了局部隔热处理（隔热层或/和隔热空腔），使得石英玻璃棒的温度低于其固态相变温度点，减少了石英玻璃棒中无定型二氧化硅向高温方石英转变的程度，也就减少了陶瓷型芯烧结的降温过程中高温方石英向低温方石英转变的程度，从而极大减少甚至杜绝了因相变导致体积变化而产生的裂纹、提高了石英玻璃棒的强度。在使用陶瓷型芯的过程中，能够避免陶瓷型芯中的石英玻璃棒因强度不足而发生断裂的情况。提高了具有石英玻璃棒的陶瓷型芯的合格率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是陶瓷型芯素坯/陶瓷型芯的薄弱部位为石英玻璃棒的局部示意图；

图2是陶瓷型芯素坯/陶瓷型芯的薄弱部位为石英玻璃棒的局部剖视图；

图3是实施例1中，石英玻璃棒外周包裹隔热层的示意图；

图4是实施例2中，石英玻璃棒外周包裹易熔化层的示意图；

图5是实施例2中，易熔化层熔化后形成隔热空腔的示意图；

图6是实施例3中，石英玻璃棒外周依次包裹隔热层和易熔化层的示意图；

图7是实施例3中，处于外层的易熔化层熔化后形成隔热空腔的示意图；

图8是实施例4中，石英玻璃棒外周依次包裹易熔化层和隔热层的示意图；

图9是实施例4中，处于内层的易熔化层熔化后形成隔热空腔的示意图;

图10是实施例5中，石英玻璃棒外周交替包裹有若干层的隔热层与易熔化层的示意图；

图11是实施例5中，易熔化层熔化后形成隔热空腔的示意图。

图中标记：陶瓷型芯本体1、11-石英玻璃棒、2-隔热层、3-易熔化层、31-隔热空腔、4-填料。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例

如图1至图11所示，本实施例的一种具有石英玻璃棒的陶瓷型芯的制造方法，依次包括以下步骤：

步骤1、制备陶瓷型芯浆料；

步骤2、压制陶瓷型芯素坯，该陶瓷型芯素坯的薄弱连接部位采用石英玻璃棒11；

步骤3、陶瓷型芯素坯装钵与造型；

步骤4、烧结陶瓷型芯；

在步骤2与步骤3之间，还包括下述步骤：

在石英玻璃棒外周包裹隔热层2或/和易熔化层3。

采用本发明时，其原理是：方式a、当石英玻璃棒11外周包裹隔热层2时，在烧结过程中，隔热层2将起到有效的隔热作用，使得石英玻璃棒11的温度低于周围环境的温度（填料的温度），从而减少了石英玻璃棒中无定型二氧化硅向高温方石英转变的程度。方式b、当石英玻璃棒11外周包裹易熔化层3时，在烧结过程中的前期阶段，易熔化层3被熔化烧失，使得石英玻璃棒11外周与填料4之间形成隔热空腔31，在烧结过程中，隔热空腔31将起到有效的隔热作用，使得石英玻璃棒11的温度低于周围环境的温度（填料的温度），从而减少了石英玻璃棒中无定型二氧化硅向高温方石英转变的程度。方式c、当石英玻璃棒11外周包裹隔热层2和易熔化层3时，方式c结合了方式a和b的特点，在烧结过程中，石英玻璃棒外周被隔热层2和隔热空腔31有效的隔热，使得石英玻璃棒11的温度低于周围环境的温度（填料的温度），从而减少了石英玻璃棒中无定型二氧化硅向高温方石英转变的程度。因此，得益于石英玻璃棒外周包裹隔热层或/和易熔化层的设计，使得在陶瓷型芯烧结过程中，石英玻璃棒11被进行了隔热处理，使得石英玻璃棒的温度低于其固态相变温度点，减少了石英玻璃棒中无定型二氧化硅向高温方石英转变的程度，也就减少了陶瓷型芯烧结的降温过程中高温方石英向低温方石英转变的程度，从而极大减少甚至杜绝了因相变导致体积变化而产生的裂纹、提高了石英玻璃棒的强度。在使用陶瓷型芯的过程中，能够避免陶瓷型芯中的石英玻璃棒发生断裂的情况。

其中，

在步骤1中、制备陶瓷型芯浆料：将陶瓷型芯粉体和增塑剂在一定温度下加热搅拌，形成陶瓷型芯浆料。增塑剂可为石蜡、蜂蜡、硬脂酸的一种或多种，用以保证陶瓷型芯浆料能够顺利压注成型。

在步骤2中、压制陶瓷型芯素坯，该陶瓷型芯素坯的薄弱连接部位采用石英玻璃棒：将用于形成陶瓷型芯薄弱连接部位的石英玻璃棒预放置到陶瓷型芯模具中，通过压芯机将陶瓷型芯浆料在一定温度、流量和压力下注射到陶瓷型芯模具中，形成具有石英玻璃棒的陶瓷型芯素坯，即陶瓷型芯素坯的薄弱连接部位采用石英玻璃棒。该步骤采用的是热压注成形方法形成陶瓷型芯素坯。压制形成的陶瓷型芯素坯包括陶瓷型芯本体1和石英玻璃棒11，如图1和图2所示。

在步骤3中、陶瓷型芯素坯装钵与造型：将陶瓷型芯素坯埋入盛有填料的匣钵中，并在振动台上振实，完成造型。能够防止在陶瓷型芯烧结过程中变形损坏，作为优选，填料为氧化铝粉末。

在步骤4中、烧结陶瓷型芯：将装有陶瓷型芯素坯的匣钵转移至烧结炉中，在一定的温度下烧结得到具有一定强度的陶瓷型芯。在烧结过程中的前期阶段（600℃以内），增塑剂受热逐渐熔化随即被陶瓷型芯周围的填料吸收，并通过填料向外扩散、挥发和燃烧，此过程称为排蜡；同时对于包裹有易熔化层的石英玻璃棒11，易熔化层3被熔化烧失，使得石英玻璃棒外周与填料之间形成隔热空腔31。作为优选，易熔化层的材料为增塑剂。

可供选择的，所述隔热层2的材料为硅酸铝纤维棉。当然，隔热层的材料还可以是其他的在高温下稳定的隔热材料。

可供选择的，所述易熔化层3的材料为石蜡。当然，隔热层的材料还可以是其他的易熔化材料，如蜂蜡、硬脂酸等能够在600℃以内被烧失的易熔化材料。即易熔化层指的就是600℃内以能够被烧失的工艺层。

可供选择的，所述隔热层2的厚度为1-10mm。根据需求作为优选，隔热层的厚度可以为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。当然，根据实际情况，厚度也可以小于1mm或大于10mm。

可供选择的，所述易熔化层3的厚度为1-10mm。根据需求作为优选，易熔化层的厚度可以为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。当然，根据实际情况，厚度也可以小于1mm或大于10mm。

可供选择的，所述石英玻璃棒11外周包裹有隔热层2和易熔化层3，所述隔热层2为内层，易熔化层3为外层。如图6和图7所示。

可供选择的，所述石英玻璃棒11外周包裹有隔热层2和易熔化层3，所述易熔化层3为内层，隔热层2为外层。如图8和图10所示。

可供选择的，所述石英玻璃棒11外周交替包裹有若干层的隔热层2与易熔化层3。如图10和图11所示。

可供选择的，所述隔热层2或/和易熔化层3通过缠绕或涂抹的方式包裹在石英玻璃棒11外周。如，隔热层2的材料为硅酸铝纤维棉时，硅酸铝纤维棉缠绕在石英玻璃棒11外周；熔化层3的材料为石蜡时，石蜡涂抹在石英玻璃棒11外周。

可供选择的，在步骤4中、烧结温度为1100℃-1280℃。烧结温度可为1100℃、1140℃、1180℃、1220℃或1280℃。当然，根据实际情况，烧结温度也可以小于1100℃或大于1280℃。

基于上述技术特征的设计原则下，下面以更加具体的实施方式来举例说明本发明的一种具有石英玻璃棒的陶瓷型芯的制造方法。

实施例1

如图3所示，实施例1中，石英玻璃棒11外周仅包裹了隔热层2，隔热层2的材料为硅酸铝纤维棉，硅酸铝纤维棉缠绕在石英玻璃棒11外周，厚度为10mm。

实施例2

如图4和图5所示，实施例2中，石英玻璃棒11外周仅包裹了易熔化层3。易熔化层3的材料为石蜡，石蜡涂抹在石英玻璃棒11外周，厚度为10mm。

实施例3

如图6和图7所示，实施例3中，石英玻璃棒11外周包裹了隔热层2和易熔化层3，其中，隔热层2为内层，易熔化层3为外层；隔热层2的材料为硅酸铝纤维棉，厚度为6mm；易熔化层3的材料为石蜡，厚度为3mm。

实施例4

如图8和图9所示，实施例4中，石英玻璃棒11外周包裹了隔热层2和易熔化层3，其中，易熔化层3为内层，为隔热层2外层；易熔化层3的材料为石蜡，厚度为3mm；隔热层2的材料为硅酸铝纤维棉，厚度为6mm。

实施例5

如图10和图11所示，实施例5中，石英玻璃棒11外周交替包裹有若干层的隔热层2与易熔化层3，可以先包裹隔热层2再包裹易熔化层3，如此交替包裹；也可以先包裹易熔化层3再包裹隔热层2，如此交替包裹；其中，隔热层3的材料为硅酸铝纤维棉，厚度为1mm；易熔化层2的材料为石蜡，厚度为1mm。在其中一实施例中，隔热层2与易熔化层3分别都有3层，先包裹隔热层2再包裹易熔化层3，如图10和图11所示；当然，易熔化层3也可以只有2层。即，后包裹的易熔化层3的层数可以等于先包裹的隔热层2层数，也可以比隔热层2层数少一层。同理，先包裹易熔化层3再包裹隔热层2时，后包裹的隔热层2的层数可以等于先包裹的易熔化层3层数，也可以比易熔化层3层数少一层。

综上所述，采用本发明的一种具有石英玻璃棒的陶瓷型芯的制造方法，本发明构思巧妙，步骤简单，容易实现，易于操作，实用性强，有利于推广应用。采用本发明的方法使得在陶瓷型芯烧结过程中，石英玻璃棒被进行了局部隔热处理（隔热层或/和隔热空腔），使得石英玻璃棒的温度低于其固态相变温度点，减少了石英玻璃棒中无定型二氧化硅向高温方石英转变的程度，也就减少了陶瓷型芯烧结的降温过程中高温方石英向低温方石英转变的程度，从而极大减少甚至杜绝了因相变导致体积变化而产生的裂纹、提高了石英玻璃棒的强度。在使用陶瓷型芯的过程中，能够避免陶瓷型芯中的石英玻璃棒因强度不足而发生断裂的情况。提高了具有石英玻璃棒的陶瓷型芯的合格率。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。