高孔隙率氧化铝基陶瓷型芯的制备方法技术

一种高孔隙率氧化铝基陶瓷型芯的制备方法，将由α‐Al2O3粉、α‐Al2O3空心球、TiO2粉和增塑剂组成的型芯浆料压制烧结后得到的型芯浸泡于硅酸乙酯水解液中，得到高孔隙率氧化铝基陶瓷型芯，制备得到的型芯具有较高的脱芯效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陶瓷制备领域的技术，具体涉及一种孔隙率在44.7％以上的凝胶注氧化铝基陶瓷型芯的制备方法。
技术介绍
近年来，熔模精密铸造技术越来越多地应用于各种高性能高温合金空心叶片，如航空发动机的等轴晶、柱状晶和单晶空心叶片以及燃气轮机用高温合金空心叶片等的制造，而叶片的空心结构的形成有赖于高性能的陶瓷型芯。在种类众多的陶瓷型芯中，氧化铝和氧化硅基陶瓷型芯占据着主流的地位。与氧化硅基陶瓷型芯相比，氧化铝基陶瓷型芯的高温力学性能、抗高温蠕变性能更优良，更适于单晶空心叶片的精密成形。然而，由于氧化铝基陶瓷型芯不易溶于碱液中，因此其脱芯的难题一直是限制其工程化应用的主要瓶颈。就陶瓷型芯本身而言，提高脱芯性能的主要措施是在保证强度的前提下，增加其孔隙率，以增加脱芯的碱液与陶瓷型芯的接触面积，加快脱芯进程。国内的北京航空材料研究院开发的AC‐2型氧化铝基陶瓷型芯的基本配方是99wt.％的电熔刚玉加1wt.％的矿化剂，采用热压注工艺制备素坯，再经高温烧结获得，孔隙率达到37％，对于具有狭小、复杂型腔结构的空心叶片，陶瓷型芯的脱芯效率往往不能满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种高孔隙率氧化铝基陶瓷型芯的制备方法，以提高氧化铝基陶瓷型芯的脱芯效率，最高可达100％脱芯率。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种高孔隙率氧化铝基陶瓷型芯的制备方法，将由α‐Al2O3粉、α‐Al2O3空心球、TiO2粉和增塑剂组成的型芯浆料压制烧结后得到的型芯浸泡于硅酸乙酯水解液中，得到高孔隙率氧化铝基陶瓷型芯。所述的α‐Al2O3粉是在空气中经1450℃煅烧过的α‐Al2O3粉，粒度分布1‐30μm，纯度大于99.9wt.％。所述的α‐Al2O3空心球是在空气中经1450℃煅烧过的α‐Al2O3空心球，粒度20‐200μm，纯度大于99wt.％。所述的增塑剂，包括半精炼石蜡、蜂蜡和聚乙烯，其重量百分比配方优选为：半精炼石蜡的重量百分比为92％、蜂蜡为6％、聚乙烯为2％。所述的硅酸乙酯水解液，包括：硅酸乙酯、无水乙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、酸性硅溶胶以及盐酸，其重量百分比优选为：硅酸乙酯31.3％、无水乙醇25％、异丙醇1.5％、丙二醇甲醚13％、酸性硅溶胶25.8％以及20％质量浓度的盐酸0.4％。所述方法具体包括以下步骤：1)型芯浆料制备：将20‐60wt.％的α‐Al2O3粉、39‐79wt.％的α‐Al2O3空心球和1wt.％的TiO2粉加入到V型混料机中，强制搅拌干混2‐5h，得到陶瓷芯料；将占芯料15‐25wt.％的增塑剂加入到真空和蜡釜中，加热到120℃，待增塑剂完全熔化后，再将经120℃烘干12h的陶瓷芯料加入到真空和蜡釜中，在抽真空的条件下搅拌混合12h，获得型芯浆料。2)型芯压制：将型芯浆料在压芯机上进行压制，压制温度为100‐120℃，压力为2‐4MPa，保压时间20‐30s。3)型芯烧结：将压制的陶瓷型芯素坯置于陶瓷匣钵的轻质氧化镁粉中，在型芯烧结炉中进行烧结，优化的烧结温度为：200℃、500℃、1000℃下保温2h，然后升至1650℃保温2h，随炉冷却至室温后出炉，升温速度为60℃/h。4)型芯修型：将烧结好的陶瓷型芯进行表面吹粉清理后，用型芯量具进行检测后修型。5)型芯强化：将型芯放入装有硅酸乙酯水解液的容器中，然后将容器置于负压环境中，使硅酸乙酯水解液能够渗透到型芯的空隙当中，浸泡时间保持2h，然后摆放在架子上晾干24h，最后于150℃下干燥2‐3h，获得最终产品。技术效果与现有技术相比，本专利技术技术效果包括：1)本专利技术添加的α‐Al2O3空心球，其球形结构有利于提高浆料在压制成陶瓷型芯时的流动性，提高了陶瓷浆料在模具中充型的均匀性。2)本专利技术添加的α‐Al2O3空心球，既作为陶瓷型芯中的陶瓷骨料，降低了陶瓷型芯的烧结收缩率，又大幅度提高了陶瓷型芯孔隙率，大大提高了陶瓷型芯的脱芯性能。具体实施方式下述实施例中的α‐Al2O3粉是由工业氧化铝中的γ‐Al2O3粉在空气中经1450℃煅烧后，进一步磨细至1‐30μm而获得，纯度大于99.9wt.％。下述实施例中的α‐Al2O3空心球是在空气中经1450℃煅烧过的α‐Al2O3空心球，粒度低于200μm，纯度大于99wt.％。下述实施例中的增塑剂的组分及质量百分比含量为：半精炼石蜡的重量百分比为92％，蜂蜡为6％，聚乙烯为2％。下述实施例中的型芯烧结温度为：200℃、500℃、1000℃下保温2h，然后升至1650℃保温2h，随炉冷却至室温后出炉，升温速度为60℃/h。下述实施例中的硅酸乙酯水解液的组分及质量百分比含量为：硅酸乙酯31.3％，无水乙醇25％，异丙醇1.5％，丙二醇甲醚13％，酸性硅溶胶25.8％，盐酸(20％质量浓度)0.4％。以上成分经搅拌机混合而成。实施例11)型芯浆料制备：将20wt.％的α‐Al2O3粉、79wt.％的α‐Al2O3空心球和1wt.％的TiO2粉加入到V型混料机中，强制搅拌干混2h，得到陶瓷芯料；将占芯料15wt.％的增塑剂加入到真空和蜡釜中，加热到120℃，待增塑剂完全熔化后，再将经120℃烘干12h的陶瓷芯料加入到真空和蜡釜中，在抽真空的条件下搅拌混合12h，获得型芯浆料。2)型芯压制：将型芯浆料在压芯机上进行压制，压制温度为120℃，压力为2MPa，保压时间30s。3)型芯烧结：将压制的陶瓷型芯素坯置于陶瓷匣钵的轻质氧化镁粉中，在型芯烧结炉中进行烧结。4)型芯修型：将烧结好的陶瓷型芯进行表面吹粉清理后，用型芯量具进行检测后修型。5)型芯强化：将型芯放入装有硅酸乙酯水解液的容器中，然后将容器置于负压环境中，使硅酸乙酯水解液能够渗透到型芯的空隙当中，浸泡时间保持2h，然后摆放在架子上晾干24h，最后于150℃下干燥2h，获得最终产品。经检测，添加氧化铝空心球的陶瓷型芯的孔隙率为49.8％，而仅以α‐Al2O3粉制备的陶瓷型芯的孔隙率仅为19.7％；经在脱芯液(KOH水溶液)浓度60wt.％、压力2.8MPa、温度360℃的脱芯釜中进行8h的脱芯试验，添加氧化铝空心球的陶瓷型芯成型的空心叶片脱芯率达到100％，而以α‐Al2O3粉制备的陶瓷型芯成型的空心叶片的脱芯率仅为12.6％。实施例21)型芯浆料制备：将50wt.％的α‐Al2O3粉、49wt.％的α‐Al2O3空心球和1wt.％的TiO2粉加入到V型混料机中，强制搅拌干混3.5h，得到陶瓷芯料；将占芯料20wt.％的增塑剂加入到真空和蜡釜中，加热到120℃，待增塑剂完全熔化后，再将经120℃烘干12h的陶瓷芯料加入到真空和蜡釜中，在抽真空的条件下搅拌混合12h，获得型芯浆料。2)型芯压制：将型芯浆料在压芯机上进行压制，压制温度为110℃，压力为2MPa，保压时间25s。3)型芯烧结：将压制的陶瓷型芯素坯置于陶瓷匣钵的轻质氧化镁粉中，在型芯烧结炉中进行烧结。4)型芯修型：将烧结好的陶瓷型芯进行表面吹粉清理后，用型芯量具进行检测后修型。5)型芯强化：将型芯放入装有硅酸乙酯水解液的容器中，然后将容器置于负压环境中，使硅酸乙酯水解液能够渗透到型芯的空隙当中，浸泡时间保持2h，然后摆放在架子上晾干24h，最后于150℃下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高孔隙率氧化铝基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，将由α‐Al2O3粉、α‐Al2O3空心球、TiO2粉和增塑剂组成的型芯浆料压制烧结后得到的型芯浸泡于硅酸乙酯水解液中，得到高孔隙率氧化铝基陶瓷型芯；所述的增塑剂，包括半精炼石蜡、蜂蜡和聚乙烯；所述的硅酸乙酯水解液，包括：硅酸乙酯、无水乙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、酸性硅溶胶以及盐酸。

【技术特征摘要】
1.一种高孔隙率氧化铝基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，将由α‐Al2O3粉、α‐Al2O3空心球、TiO2粉和增塑剂组成的型芯浆料压制烧结后得到的型芯浸泡于硅酸乙酯水解液中，得到高孔隙率氧化铝基陶瓷型芯；所述的增塑剂，包括半精炼石蜡、蜂蜡和聚乙烯；所述的硅酸乙酯水解液，包括：硅酸乙酯、无水乙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、酸性硅溶胶以及盐酸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的α‐Al2O3粉是在空气中经1450℃煅烧过的α‐Al2O3粉，粒度分布1‐30μm，纯度大于99.9wt.％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的α‐Al2O3空心球是在空气中经1450℃煅烧过的α‐Al2O3空心球，粒度20‐200μm，纯度大于99wt.％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的增塑剂的重量百分比配方为：半精炼石蜡的重量百分比为92％、蜂蜡为6％、聚乙烯为2％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的硅酸乙酯水解液的重量百分比优选为：硅酸乙酯31.3％、无水乙醇25％、异丙醇1.5％、丙二醇甲醚13％、酸性硅溶胶25.8％以及20％质量浓度的盐酸0.4％。6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的型芯浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞，王飞，陈晓燕，何博，孙宝德，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31