一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，按照质量百分比由以下成分组成：Al

【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯及其制备方法
本专利技术属于陶瓷制备
，具体涉及一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，还涉及一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯的制备方法。
技术介绍
陶瓷型芯是制造高性能涡轮叶片的关键部件，与氧化硅基陶瓷型芯相比，氧化铝基陶瓷型芯具有熔点高2054℃、化学稳定性能和抗蠕变性能好等优点，可形成具有高尺寸精度的叶片内腔，提高叶片的合格率。但是氧化铝基陶瓷型芯的α-Al2O3化学性能稳定，常温常压下很难与酸碱腐蚀液发生反应，脱出性较差，成为制约氧化铝基陶瓷型芯广泛使用的一大瓶颈。为了解决氧化铝基陶瓷型芯不易脱芯的难题，一般往陶瓷型芯中加入一定量的成孔剂。成孔剂主要有无机成孔剂和有机成孔剂。有机成孔剂主要是一些碳水化合物，比如天然纤维、淀粉等。无机成孔剂主要是一些受热易分解的铵盐类物质、碳粉等。陶瓷型芯焙烧后成孔剂被烧失，增大了型芯内部的空隙率，但是空隙的增多会一定程度的削弱陶瓷型芯的强度。因此为了制备具有良好力学性能的多孔氧化铝基陶瓷型芯，还需要加入一定的碳纤维增强陶瓷基复合材料的强度。碳纤维是由碳元素组成的纤维状物质，具有重量轻、纤度好、强度高、密度低、耐高温、线膨胀系数小、热导率高等优点，广泛应用在增强陶瓷基复合材料中。工业上可以选择聚丙烯腈纤维作为原料制备高性能碳纤维，但是碳纤维是脆性材料，受外力会发生断裂，不能直接加入到陶瓷浆料中搅拌。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，解决现有氧化铝基陶瓷型芯不易脱芯的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，按照质量百分比由以下成分组成：Al2O3粉末75％～88％，SiO2粉末1％～5％，聚丙烯腈纤维2％～8％，粘结剂9％～12％。本专利技术的技术方案，还具有以下特点：所述Al2O3粉末粒度为180目的占50％-60％，粒度为250目的占30％-35％，粒度为360目的占10％-15％。所述SiO2粉末粒度为120目-260目。所述聚丙烯腈纤维直径为3μm～9μm，长度0.01mm～0.5mm。所述粘结剂重量百分比的化学组成为：石蜡45％～55％、硅溶胶25％～30％、聚丙烯酰胺20％～25％。本专利技术的第二个目的是提供一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯的制备方法，解决现有氧化铝基陶瓷型芯不易脱芯的的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，各成分按照对应质量比称取，先将粘结剂加热到80℃～90℃，再按照上述比例加入Al2O3粉末、SiO2粉末和聚丙烯腈纤维并不断搅拌，搅拌时间6h-7h，得到混合均匀的浆料；步骤2，将混合均匀的浆料加入到热压注机，制备陶瓷型芯坯体；步骤3，将制得的陶瓷型芯坯体冷冻干燥；步骤4，将步骤3得到的陶瓷型芯坯体埋在氧化铝的刚玉匣钵中，进行烧结，得到目标聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯。本专利技术的技术方案，还具有以下特点：在所述步骤2中，热压注机模具预热温度50℃～60℃，注射压力15Mpa～18Mpa，压注时间8s～12s。在所述步骤3中，冷冻干燥的为温度-40～-45℃，时间为7h。在所述步骤4中，烧结具体为：先室温升至450℃～500℃，升温速率4℃/min～5℃/min，保温时间2h；之后升温至1000℃～1300℃，升温速率8℃/min～10℃/min，保温时间2h；再升温至1500℃～1550℃，升温速率8℃/min～10℃/min，保温时间3h，然后断电，随炉冷却。在所述步骤4中，升温至1000℃～1300℃，保温时间2h，聚丙烯腈纤维发生碳化，生成30％～45％的碳纤维、55％～70％的裂纹或空隙。与现有技术相比，本专利技术的制备方法制备得到的聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，加入聚丙烯腈纤维，再进行高温烧结，利用聚丙烯腈纤维在高温1000℃～1300℃下发生碳化，一部分转化为碳纤维，一部分烧失形成的微裂纹或空隙；碳化形成的碳纤维具有较高的抗弯强度和良好的抗热震性，烧失形成的微裂纹或空隙，提高了氧化铝基陶瓷型芯的空隙率和溶出性。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步地详细说明。本专利技术的一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，按照质量百分比由以下成分组成：Al2O3粉末75％～88％，SiO2粉末1％～5％，聚丙烯腈纤维2％～8％，粘结剂9％～12％；其中：Al2O3粉末粒度为180目的占50％-60％，粒度为250目的占30％-35％，粒度为360目的占10％-15％；SiO2粉末粒度为120目-260目；聚丙烯腈纤维直径为3μm～9μm，长度0.01mm～0.5mm；粘结剂重量百分比的化学组成为：石蜡45％～55％、硅溶胶25％～30％、聚丙烯酰胺20％～25％。本专利技术的上述聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，各成分按照对应质量比称取，先将粘结剂加热到80℃～90℃，再按照上述比例加入Al2O3粉末、SiO2粉末和聚丙烯腈纤维并不断搅拌，搅拌时间6h-7h，得到混合均匀的浆料；步骤2，将混合均匀的浆料加入到热压注机，制备陶瓷型芯坯体；热压注机模具预热温度50℃～60℃，注射压力15Mpa～18Mpa，压注时间8s～12s；步骤3，将制得的陶瓷型芯坯体冷冻干燥；冷冻干燥的为温度-40℃～-45℃，时间为7h；步骤4，将步骤3得到的陶瓷型芯坯体埋在氧化铝的刚玉匣钵中，进行烧结，得到目标聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯；烧结具体为：先室温升至450℃～500℃，升温速率4℃/min～5℃/min，保温时间2h；之后升温至1000℃～1300℃，升温速率8℃/min～10℃/min，保温时间2h，聚丙烯腈纤维发生碳化，生成30％～45％的碳纤维、55％～70％的裂纹或空隙；再升温至1500℃～1550℃，升温速率8℃/min～10℃/min，保温时间3h，然后断电，随炉冷却。直接加入碳纤维的陶瓷型芯，由于碳纤维的断裂，在1550℃的高温下强度一般在18MPa左右，气孔率为22％。本实施案例的聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，在1550℃的高温下强度可达19.6MPa，气孔率为43％。实施例1本专利技术的一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，按照质量百分比由以下成分组成：Al2O3粉末75％，SiO2粉末5％，聚丙烯腈纤维8％，粘结剂12％；其中：Al2O3粉末粒度为180目的占50％，粒度为250目的占35％，粒度为360目的占15％；SiO2粉末粒度为120目；聚丙烯腈纤维直径为3μm，长度0.01mm；粘结剂重量百分比的化学组成为：石蜡45％、硅溶胶30％、聚丙烯酰胺25％。本专利技术的上述聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯的制备方法，具体按照以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，其特征在于，按照质量百分比由以下成分组成：Al

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，其特征在于，按照质量百分比由以下成分组成：Al2O3粉末75％～88％，SiO2粉末1％～5％，聚丙烯腈纤维2％～8％，粘结剂9％～12％。


2.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，其特征在于，所述Al2O3粉末粒度为180目的占50％～60％，粒度为250目的占30％～35％，粒度为360目的占10％～15％。


3.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，其特征在于，所述SiO2粉末粒度为120目-260目。


4.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，其特征在于，所述聚丙烯腈纤维直径为3μm～9μm，长度0.01mm～0.5mm。


5.根据权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯，其特征在于，所述粘结剂重量百分比的化学组成为：石蜡45％～55％、硅溶胶25％～30％、聚丙烯酰胺20％～25％。


6.一种权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，各成分按照对应质量比称取，先将粘结剂加热到80℃～90℃，再按照上述比例加入Al2O3粉末、SiO2粉末和聚丙烯腈纤维并不断搅拌，搅拌时间6h-7h，得到混合均匀的浆料；
步骤2，将混合均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玮，梁书锦，王庆相，赖运金，张鹏，刘海浪，杨文广，康路，黄椿森，
申请(专利权)人：西安欧中材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61