【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陶瓷型芯制备工艺，尤其涉及一种基于氮气保护的短切碳纤维增强硅基陶瓷型芯制备工艺。
技术介绍
1、陶瓷型芯是一种应用于近净熔模精密铸造制备具有复杂气冷结构涡轮空心叶片的核心部件。陶瓷型芯主有铝基陶瓷型芯和硅基陶瓷型芯两类。由于氧化铝是中性氧化物导致铝基陶瓷型芯脱除困难，导致了其无法大规模使用。硅基陶瓷型芯具有良好的抗热振震性、退让性及化学相容性，并且由于石英玻璃极易和强酸、强碱发生化学反应，故其在铸件中脱出十分简单。目前使用的陶瓷型芯中90％以上是硅基陶瓷型芯。
2、石英玻璃的熔点低，当硅基陶瓷型芯的使用温度超过1550℃时极易发生高温蠕变，甚至出现变形、断芯的情况。所以在保证硅基陶瓷型芯尺寸稳定性及溶失性的同时，提高硅基陶瓷型芯的有效使用温度和强度是当前的工业生产面临的主要问题。
3、碳纤维具有比表面积大、活性高、机械性能及高温性能好等特点，碳纤维增强复合材料广泛应用于众多行业。将碳纤维引入硅基陶瓷型芯中，一方面可以增加陶瓷颗粒之间距离，提高传质距离，降低烧结收缩率，增大气孔率，另一方面可以作为碳源生成sic促进方石英析出从而提高型芯力学性能。考虑碳纤维在400℃以上的有氧环境中会发生氧化，将短切碳纤维增强陶瓷型芯生坯在氮气气氛中焙烧，保护碳纤维避免氧化烧失。在纤维/陶瓷基体界面脱粘、纤维拔出等多种耗能机制作用下，短切碳纤维的保留势必大幅度提高硅基陶瓷型芯的力学性能。此外，陶瓷型芯中的碳纤维仍然可与液相石英玻璃发生反应生成sic晶体，并且为方石英析出提供附着界面，降低方石英形核所需要克服的表
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种基于氮气保护的短切碳纤维增强硅基陶瓷型芯制备工艺。
2、为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种基于氮气保护的短切碳纤维增强硅基陶瓷型芯制备工艺，该工艺主要以短切碳纤维作为硅基陶瓷型芯的增强体，同时在焙烧过程中施加氮气气氛保护短切碳纤维，避免氧化烧失，获得高尺寸精度、高气孔率、高力学性能的硅基陶瓷型芯，该工艺具体材料及制备方法步骤如下：
3、s1、短切碳纤维的表面处理：先将短切碳纤维加入乙醇溶液中超声处理，使团聚状短切碳纤维分散，再向烧杯中加入硅烷偶联剂对碳纤维表面处理，加入正辛醇消除溶液中气泡，该过程中通过gz型电动搅拌机施加慢速的机械搅拌，持续15min；过滤干燥后称取适量短切碳纤维加入到50％的乙醇溶液中，再加入0.2wt％羟丙基甲基纤维素，再超声清洗器中处理15min，进一步分散短切碳纤维，得到短切碳纤维-乙醇溶液；
4、s2、陶瓷型芯基体粉料的制备：将陶瓷粉料球磨八小时后待用，陶瓷粉料由基体材料石英玻璃粉和矿化剂锆英粉组成；
5、s3、含短切碳纤维的陶瓷粉料的制备：将步骤s2中球磨好的陶瓷粉料加入到s1中分散后的短切碳纤维-乙醇溶液中，过程中施加机械搅拌4h，蒸干干燥后得到含短切碳纤维的陶瓷粉料，备用；
6、s4、含短切碳纤维的陶瓷浆料的制备：增塑剂加入集热式磁力搅拌器，恒温85℃待增塑剂完全融化，再加入步骤s3中干燥后的陶瓷粉料，并施加低速搅拌直至浆料无气泡且增塑剂均匀包裹住粉料颗粒，获得良好流动性的浆料；
7、s5、陶瓷型芯生坯的制备及修整：将步骤s4中得到的浆料加入到模具中，采用热压注法压制型芯生坯，对压制出的陶瓷型芯进行修整去除飞边；
8、s6、陶瓷型芯的焙烧：将步骤s5中得到的陶瓷型芯生坯埋入装有氧化铝粉末的匣钵中，采用管式气氛炉对陶瓷型芯生坯进行高温焙烧，焙烧及随炉冷却过程中，不断向管式气氛炉中通入氮气，从而得到硅基陶瓷型芯。
9、优选的，步骤s1中短切碳纤维加入乙醇溶液中超声处理为放置在超声波清洗器中超声处理20min。
10、优选的，步骤s2中石英玻璃粉：锆英粉质量比为17：3。
11、优选的，步骤s4中增塑剂选用石蜡、蜂蜡混合物，石蜡：蜂蜡的质量比为19：1。
12、优选的，步骤s4中增塑剂是短切碳纤维陶瓷粉料质量的20wt％。
13、本专利技术有益效果：
14、本专利技术采用氮气气氛保护烧结短切碳纤维增强硅基陶瓷芯性，由于焙烧过程中处于无氧阶段，短切碳纤维避免了氧化烧失从而得以在陶瓷基体中良好保留，本专利技术制备的硅基陶瓷型芯力学性能、气孔率、烧结线收缩率都将得到显著的改善，并且氮气保护的短切碳纤维增强陶瓷型芯可用于制备具有复杂内腔结构的航空叶片熔模精铸过程，以及满足航空航天和其他科学领域制备复杂型腔结构零部件的需要。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于氮气保护的短切碳纤维增强硅基陶瓷型芯制备工艺，其特征在于：该工艺主要以短切碳纤维作为硅基陶瓷型芯的增强体，同时在焙烧过程中施加氮气气氛保护短切碳纤维，避免短切碳纤维氧化烧失，获得高尺寸精度、高气孔率、高力学性能的硅基陶瓷型芯，该工艺具体材料及制备方法步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于氮气保护的短切碳纤维增强硅基陶瓷型芯制备工艺，其特征在于：步骤S1中短切碳纤维加入乙醇溶液中超声处理为放置在超声波清洗器中超声处理20min。
3.根据权利要求1所述的一种基于氮气保护的短切碳纤维增强硅基陶瓷型芯制备工艺，其特征在于：步骤S2中石英玻璃粉：锆英粉质量比为17：3。
4.根据权利要求1所述的一种基于氮气保护的短切碳纤维增强硅基陶瓷型芯制备工艺，其特征在于：步骤S4中增塑剂选用石蜡、蜂蜡混合物，石蜡：蜂蜡的质量比为19：1。
5.根据权利要求1所述的一种基于氮气保护的短切碳纤维增强硅基陶瓷型芯制备工艺，其特征在于：步骤S4中增塑剂是短切碳纤维陶瓷粉料质量的20wt％。
【技术特征摘要】
1.一种基于氮气保护的短切碳纤维增强硅基陶瓷型芯制备工艺，其特征在于：该工艺主要以短切碳纤维作为硅基陶瓷型芯的增强体，同时在焙烧过程中施加氮气气氛保护短切碳纤维，避免短切碳纤维氧化烧失，获得高尺寸精度、高气孔率、高力学性能的硅基陶瓷型芯，该工艺具体材料及制备方法步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于氮气保护的短切碳纤维增强硅基陶瓷型芯制备工艺，其特征在于：步骤s1中短切碳纤维加入乙醇溶液中超声处理为放置在超声波清洗器中超声处理20min。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：芦刚，严青松，陈晓，涂志新，陈义斯，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。