一种薄壁硅基陶瓷型芯制备工艺制造技术

一种薄壁硅基陶瓷型芯制备工艺，陶瓷型芯芯料由70％—85％的石英玻璃粉和15％—30％M75型莫来石粉组成，增塑剂由97％的白石蜡和3％的聚乙烯组成；型芯压制工艺参数为：模具预热温度30—45℃，料浆温度95—110℃，压注压力2.0—3.0MPa，保压时间15—20s；型芯烧结工艺参数为：200℃保温4h，400℃保温4h，600℃保温1h，900℃保温1h，终烧温度1150—1160℃保温4h；烧结后，采用硅酸乙酯强化剂进行高温强化，用环氧树脂、聚酰胺树脂、丙酮按一定比例配制的低温强化剂进行低温强化；最后进行烘烤。采用该工艺制备的薄壁硅基陶瓷型芯，成品率可达到85％以上，浇注过程中断芯率低于8％，收缩率小，室温、高温强度好，尺寸精度高，在铸造过程中不变形，易脱芯，能够满足腔道复杂的薄壁铸件的铸造需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及熔模精密铸造，特别是一种用于熔模铸造航空发动机空心铸件的薄壁硅基陶瓷型芯制备工艺。
技术介绍
近年来世界各国在不断改善航空发动机的综合性能，特别是提高叶片的承温能力。因此，不断改善叶片冷却结构，提高冷却性能成为目前涡轮叶片设计与制造追求的目标。航空发动机铸件熔模铸造目前广泛采用陶瓷型芯形成铸件错综复杂的内腔结构。随着发动机技术的不断提升，气冷叶片(目前主要为定向、单晶高温合金叶片)的冷却结构更为复杂，壁更薄(如有的叶片排气缝厚度甚至只有0.2mm)，与传统的空心叶片有很大的不同，其制备工艺是技术难点。这类气冷叶片的关键制造技术是陶瓷型芯的制造，要求陶瓷型芯必须具有良好的耐火度、室温强度、高温强度、高温热稳定性、孔隙率及脱芯性能。采用常规陶瓷型芯制备工艺制造这类结构复杂的薄壁陶瓷型芯，存在型芯压不足、易出现压制裂纹和烧结裂纹等技术问题，导致陶瓷型芯的合格率很低，一般不超过40％；而且这种型芯在浇注过程中容易发生断芯，由断芯造成的铸件废品占到总废品的60％以上。显然，常规陶瓷型芯制备工艺已不能满足制备这类结构复杂的薄壁陶瓷型芯的工艺要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对常规陶瓷型芯制备工艺存在的上述技术问题加以改进，提供一种薄壁硅基陶瓷型芯制备工艺。为实现这一目的，本专利技术提供的薄壁硅基陶瓷型芯制备工艺，包括以下步骤：步骤1：配料芯料配比按重量百分比计，由石英玻璃粉(基体材料)70％—85％和M75型莫来石粉(矿化剂)15％—30％组成；增塑剂按重量百分比计，由97％的白石蜡和3％的聚乙烯组成；增塑剂按占石英玻璃粉和M75型莫来石粉总重量的15％—20％添加；步骤2：制备料浆先将增塑剂加入搅料筒中加热熔化，全部熔化后，将烘干称完重量的芯料逐渐加入搅料筒内，芯料全部加入后，搅拌24h以上，料浆温度控制在120—130℃范围内，搅拌均匀后，静止10—20min排除气泡；步骤3：型芯压制然后利用型芯模具和50t高压压芯机压制成形，压制工艺参数为：模具预热温度：30—45℃，料浆温度：95—110℃，压注压力：2.0—3.0MPa，保压时间：15—20s；步骤4：型芯烧结将压制成形的湿态陶瓷型芯放入装有工业氧化铝粉填料的专用陶瓷罐中烧结，烧结工艺参数为：200℃，升温时间1h，保温4h，400℃，升温时间1h，保温4h，600℃，升温时间1h，保温1h，900℃，升温时间1h，保温1h，终烧温度1150—1160℃，升温时间2h，保温4h；然后随炉冷却，至300℃以下开炉门，200℃以下出炉，100℃以下出芯；步骤5：型芯高温强化将烧结好的陶瓷型芯浸入粘度为(3.0—4.5)×10-6m2/s的硅酸乙酯强化剂中，待气泡完全消失(约40—50min)后取出，置于自干架上自干24h以上；步骤6：型芯低温强化将经高温强化的陶瓷型芯浸入按重量比环氧树脂：聚酰胺树脂：丙酮＝1：1：6配制的低温强化剂中，待气泡完全消失后取出，置于自干架上自干24h以上；步骤7：型芯烘烤将经低温强化的陶瓷型芯整齐放置于DFH型电热鼓风恒热干燥箱中进行烘烤，烘烤工艺参数为：温度50±10℃，保温30min，100±10℃，保温30min，150±10℃，保温1h；然后随炉冷却至室温后取出。与原有传统陶瓷型芯制备工艺相比较，本专利技术陶瓷型芯制备工艺具有以下有益效果：1、配料时，增加矿化剂的用量，有利于型芯的烧结和型芯的高温抗变形能力；适当提高增塑剂，可保证型芯薄壁部分压制成形。2、料浆温度控制在120—130℃，有利于浆料在模具中的流动；型芯压制工艺参数选择模具预热温度30—45℃，料浆温度：95—110℃，压注压力2.0—3.0MPa，有利于型芯薄壁部分压制成形和强度，可使陶瓷型芯的压制成形率达到95％以上。3、型芯的烧结分成排蜡和终烧两大阶段，其中排蜡阶段采取在不同温度下保温一定时间，可以使型芯内的增塑剂被熔化后通过型芯表面向氧化铝粉填料扩散，被填料吸收后进一步向外挥发，直到去除干净，从而避免型芯中因增塑剂残留产生的起皮、鼓泡和层裂等缺陷；终烧采取1150—1160℃高温保温4小时，既可满足型芯的强度要求，同时又不易产生烧结裂纹和变形，型芯烧结完好率可提升到85％—90％。4、型芯烧结后采用由硅酸乙酯配制的高温强化剂和环氧树脂、聚酰胺树脂、丙酮按一定比例配制的低温强化剂，按专用工艺参数分别进行高温和低温强化，可使型芯的尺寸稳定性、高温和室温强度达到精密铸造高温合金铸件要求。5、型芯的烘烤采取不同温度下保温一定时间，有利于高温、低温强化剂的渗入，进一步提升型芯的强度，并减少型芯的形变。基于以上有益效果，采用本专利技术工艺生产形状不规则薄壁硅基陶瓷型芯，其成品率可达到85％以上；同时可大幅度减少浇注过程中因断芯造成的废品，对降低航空发动机生产成本和提升航空发动机熔模铸造技术具有重大作用。附图说明图1为本专利技术陶瓷型芯烧结工艺曲线；图2为本专利技术陶瓷型芯烘烤工艺曲线。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本实施例为熔模铸造某航空发动机空心叶片时采用本专利技术工艺制作薄壁硅基陶瓷型芯。该陶瓷型芯形状为不规则曲面结构，排气边布满0.3mm小孔，型芯长度120mm，进气边厚度3mm，排气边厚度0.2mm。按以下步骤进行制作：1.配料按重量百分比：石英玻璃粉80％，M75型莫来石粉20％配制陶瓷型芯芯料；增塑剂按重量由97％的白石蜡和3％的的聚乙烯组成，增塑剂按占陶瓷型芯芯料总重的18％添加；2.制备浆料先将占芯料重量18％的增塑剂加入搅料筒中加热熔化，待全部熔化后，将烘干称重后的芯料逐渐加入搅料筒内，待芯料全部加入后，搅拌30h，料浆温度控制在130℃，搅拌均匀后，静止20min排除气泡。3.型芯压制利用型芯模具和50t高压压芯机压制成形，压制工艺参数为：模具预热温度：40℃，料浆温度：105℃，压注压力：2.5MPa，保压时间：20s；4.型芯烧结将压制成形的湿态陶瓷型芯放入装有工业氧化铝粉填料的专用陶瓷罐中烧结，烧结工艺曲线如图1所示：200℃，升温时间1h，保温4h；400℃，升温时间1h，保温4h；600℃，升温时间1h，保温1h；900℃，升温时间1h，保温1h；终烧温度1155℃，升温时间2h，保温4h；然后随炉冷却，至200℃时开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄壁硅基陶瓷型芯制备工艺，其特征在于包括以下步骤：步骤1：配料芯料配比按重量百分比计，由石英玻璃粉70％—85％和M75型莫来石粉15％—30％组成；增塑剂按重量百分比计，由97％的白石蜡和3％的聚乙烯组成；增塑剂按占石英玻璃粉和M75型莫来石粉总重量的15％—20％添加；步骤2：制备料浆先将增塑剂加入搅料筒中加热熔化，全部熔化后，将烘干称完重量的芯料逐渐加入搅料筒内，芯料全部加入后，搅拌24h以上，料浆温度控制在120—130℃范围内，搅拌均匀后，静止10—20min排除气泡；步骤3：型芯压制然后利用型芯模具和50t高压压芯机压制成形，压制工艺参数为：模具预热温度：30—45℃，料浆温度：95—110℃，压注压力：2.0—3.0MPa，保压时间：15—20s；步骤4：型芯烧结将压制成形的湿态陶瓷型芯放入装有工业氧化铝粉填料的专用陶瓷罐中烧结，烧结工艺参数为：200℃，升温时间1h，保温4h，400℃，升温时间1h，保温4h，600℃，升温时间1h，保温1h，900℃，升温时间1h，保温1h，终烧温度1150—1160℃，升温时间2h，保温4h；然后随炉冷却，至300℃以下开炉门，200℃以下出炉，100℃以下出芯；步骤5：型芯高温强化将烧结好的陶瓷型芯浸入粘度为(3.0—4.5)×10‑6m2/s的硅酸乙酯强化剂中，待气泡完全消失后取出，置于自干架上自干24h以上；步骤6：型芯低温强化将经高温强化的陶瓷型芯浸入按重量比环氧树脂：聚酰胺树脂：丙酮＝1：1：6配制的低温强化剂中，待气泡完全消失后取出，置于自干架上自干24h以上；步骤7：型芯烘烤将经低温强化的陶瓷型芯整齐放置于DFH型电热鼓风恒热干燥箱中进行烘烤，烘烤工艺参数为：温度50±10℃，保温30min，100±10℃，保温30min，150±10℃，保温1h；然后随炉冷却至室温后取出。...

【技术特征摘要】
1.一种薄壁硅基陶瓷型芯制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：配料
芯料配比按重量百分比计，由石英玻璃粉70％—85％和M75型莫来石粉15％—30％组成；
增塑剂按重量百分比计，由97％的白石蜡和3％的聚乙烯组成；增塑剂按占石英玻璃粉和M75
型莫来石粉总重量的15％—20％添加；
步骤2：制备料浆
先将增塑剂加入搅料筒中加热熔化，全部熔化后，将烘干称完重量的芯料逐渐加入搅料
筒内，芯料全部加入后，搅拌24h以上，料浆温度控制在120—130℃范围内，搅拌均匀后，
静止10—20min排除气泡；
步骤3：型芯压制
然后利用型芯模具和50t高压压芯机压制成形，压制工艺参数为：
模具预热温度：30—45℃，
料浆温度：95—110℃，
压注压力：2.0—3.0MPa，
保压时间：15—20s；
步骤4：型芯烧结
将压制成形的湿态陶瓷型芯放入装有工业氧化铝粉填料的专用陶瓷罐中烧结，烧结工艺
参数为：
200℃，升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩大平，黄静，倪伟，王延辉，顾欣，
申请(专利权)人：沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21