一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为1

【技术实现步骤摘要】
一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法，具体而言，涉及一种用于大尺寸燃气轮机涡轮叶片制备的陶瓷型芯的原料及其制备方法。

技术介绍

[0002]硅基陶瓷型芯因其具有较高的高温稳定性和易脱芯等性能广泛应用于铸造形成高温合金叶片的复杂内腔结构。对于大尺寸燃气轮机涡轮叶片来说，高温稳定性则尤为重要，在高温浇注的过程中，如果型芯的稳定性较差，高温变形较大，那么很有可能会导致叶片尺寸的偏差，出现偏芯的情况；由于大尺寸涡轮叶片自身体积较大的原因，其各个部位的收缩并不一致，如果各部位的收缩偏差较大，则会导致大尺寸陶瓷型芯在烧结过程中发生断裂的现象，这会大大降低陶瓷型芯的烧结成功率。添加传统矿化剂可以很好的提高硅基陶瓷型芯的高温和室温抗弯强度，但是收缩率一般都比较大，这非常影响型芯的尺寸稳定性和烧结成功率，且高温挠度较大，很难保证陶瓷型芯的高温稳定性。
[0003]如专利文本CN108299001B公开了一种硅基陶瓷型芯成型方法，具体来讲，是一种两步法制备硅基陶瓷型芯：第一步,以注射成型工艺制备氧化硅型芯粗坯；第二步：用溶胶凝胶结合超临界干燥工艺在粗坯中引入纳米及亚微米级颗粒，增强硅基陶瓷型芯的综合性能。与单独用注射成型方式制备硅基陶瓷型芯的工艺相比，该专利文本中的过程可控度更高，制备的产品收缩率更小，产品的组织结构更均匀，强度更高，能极大提高硅基陶瓷型芯的良率。
[0004]又如专利文本CN105777114A公开了一种水溶性陶瓷型芯的制备方法,所述水溶性陶瓷型芯其配料按质量百分比例为：20％
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60％的氯化钠粉、40％
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80％的锆英粉，氯化钠粉、锆英粉的总重量份数为100％，还额外包括氯化钠粉、锆英粉总重量份数的0.5％
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1％硅酸乙酯，和15％
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20％的增塑剂，所述增塑剂为50％的聚乙二醇、30％的小苏打、10％的滑石粉；水溶性陶瓷型芯制备步骤包括，粉料配置及混合的步骤，制备浆料的步骤，压制成型的步骤，脱蜡、烧结的步骤。该专利文本公开的制备方法制备的型芯，湿态强度高、压制流动性好、收缩率小，型芯表面的光洁度高，能够制作复杂形态的型芯，烧结而成的型芯高温强度大，孔隙性大，脱芯快。
[0005]然而，上述技术方案均未彻底解决现有技术中的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
[0007]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，其特征在于，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为1
‑
15％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为5
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10％。
[0008]进一步地，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为3
‑
10％。
[0009]进一步地，所述陶瓷型芯原料还包括次要成分，所述次要成分包括碳化物、氮化物或氧化物中的一种或一种以上，所述次要成分不同于所述耐火材料粉和矿化剂的成分，所述次要成分在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比不超过3％。
[0010]进一步地，所述硅酸铝为粉体或者纤维。
[0011]进一步地，所述硅酸铝为硅酸铝粉体，所述硅酸铝粉体的目数为50
‑
200目。
[0012]进一步地，所述硅酸铝为硅酸铝纤维，所述硅酸铝纤维的长度为1
‑
10mm，所述硅酸铝纤维的直径为1
‑
10μm。
[0013]进一步地，所述硅酸锆为硅酸锆粉体，所述硅酸锆粉体的目数为100
‑
300目。
[0014]进一步地，所述耐火材料粉为石英玻璃粉，所述石英玻璃粉的目数为50
‑
200目。
[0015]根据本专利技术的另一方面，提供了一种使用上述陶瓷型芯原料的陶瓷型芯制备方法，其特征在于，包括混合步骤、成型步骤和烧结步骤，
[0016]在所述混合步骤中，将所述陶瓷型芯原料混合形成浆料；
[0017]在所述成型步骤中，利用所述浆料形成素坯；
[0018]在所述烧结步骤中，将所述素坯烧结形成所述陶瓷型芯。
[0019]进一步地，所述混合步骤包括干混步骤和湿混步骤，
[0020]在所述干混步骤中，将所述陶瓷型芯原料进行混合；
[0021]在所述湿混步骤中，向所述陶瓷型芯原料中加入增塑剂并混合得到所述浆料。
[0022]进一步地，在所述成型步骤中，使用热压注方法形成所述素坯。
[0023]进一步地，在所述烧结步骤中，烧结温度为1100
‑
1300℃，烧结时间为4
‑
8h。
[0024]进一步地，在所述烧结步骤之后还包括强化步骤，所述强化步骤包括高温强化步骤和室温强化步骤，在所述高温强化步骤和室温强化步骤中，分别使用高温强化剂和室温强化剂强化所述陶瓷型芯。
[0025]应用本专利技术的技术方案，至少取得了如下有益效果：
[0026]1、硅酸锆的存在可以初步的抑制型芯的收缩，降低型芯的高温挠度，提高陶瓷型芯的高温性能。
[0027]2、硅酸铝在高温烧结时会转变成莫来石和方石英晶体，莫来石和方石英都具有优良的高温性能，起到第二相强化作用，抑制石英玻璃的粘性流动，所以进一步降低硅基陶瓷型芯的收缩和高温挠度，保证型芯的尺寸稳定性。
[0028]3、相较于已有的技术方案，本专利技术既使陶瓷型芯收缩率降低到较低的水平，保证了陶瓷型芯的尺寸稳定，也使得陶瓷型芯拥有较低的高温挠度，保证了陶瓷型芯在高温浇注时的稳定性。
[0029]4、本专利技术还具体设计了材料的成分含量，使得陶瓷型芯原料能够取得上述技术效果，如所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为1
‑
15％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为5
‑
10％，若低于或者超出该含量范围，将对陶瓷型芯的性能产生不利影响。例如，若硅酸铝的质量百分比高于15％，陶瓷型芯的高温性能不稳定。
具体实施方式
[0030]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相
互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。
[0031]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本专利技术所要求保护的范围。
[0032]在下述实施例中所采用的硅酸锆和硅酸铝的示例性化学成分如表1和表2。
[0033]表1硅酸锆化学成分
[0034][0035]表2硅酸铝的化学成分
[0036][0037]实施例1
[0038]本实施例提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，其特征在于，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为1
‑
15％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为5
‑
10％。2.根据权利要求1所述的陶瓷型芯的原料，其特征在于，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为3
‑
10％。3.根据权利要求2所述的陶瓷型芯的原料，其特征在于，所述陶瓷型芯原料还包括次要成分，所述次要成分包括碳化物、氮化物或氧化物中的一种或一种以上，所述次要成分不同于所述耐火材料粉和矿化剂的成分，所述次要成分在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比不超过3％。4.根据权利要求3所述的陶瓷型芯的原料，其特征在于，所述硅酸铝为粉体或者纤维。5.根据权利要求4所述的陶瓷型芯的原料，其特征在于，所述硅酸铝为硅酸铝粉体，所述硅酸铝粉体的目数为50
‑
200目。6.根据权利要求4所述的陶瓷型芯的原料，其特征在于，所述硅酸铝为硅酸铝纤维，所述硅酸铝纤维的长度为1
‑
10mm，所述硅酸铝纤维的直径为1
‑
10μm。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的陶瓷型芯的原料，其特征在于，所述硅酸锆为硅酸锆粉体，所述硅酸锆粉体的目...

【专利技术属性】
技术研发人员：束国刚，玄伟东，段方苗，白小龙，任忠鸣，王保军，张涛，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：