一种易脱除陶瓷型芯的制备方法技术

一种易脱除陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：所述易脱除陶瓷型芯的制备方法具体要求是：通过添加占粉料质量比0.01-0.1％的纳米碳管来增加陶瓷型芯的有效反应面积，通过纳米碳管烧结后形成的空间管道来连接型芯中的孔隙，使化学液体快速进入到陶瓷型芯各孔隙中，这样可大大加快陶瓷型芯与化学物质的反应速度，使陶瓷型芯快速脱除。相对于现有技术而言，本发明专利技术陶瓷型芯适用于复杂内腔结构空心高压涡轮叶片的制备；使用所述陶瓷型芯料可以制造细微、复杂结构的陶瓷型芯，该陶瓷型芯可以达到较高的强度及较高的致密度，在保持了适当的强度同时还保持了一定的孔隙率，保证了实际生产中的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温合金
的陶瓷型芯制备方法，特别提供了一种用于生产航空涡轮叶片用的易脱除陶瓷型芯制备方法。
技术介绍
现有技术中，高压涡轮叶片是航空发动机的重要组成部分，随着现代航空技术的发展，对叶片的承温能力的要求也越来越高。为了提高叶片的承温能力，高温合金材料的承受高温能力有了很大提高，但是与叶片实际需求相比，还远不能达到要求，因此不断改变叶片冷却结构，提高叶片冷却效果就成为目前涡轮叶片设计与制造者的第一追求目标。最近，美国GE公司、Allision公司、PW公司采用了层板冷却技术来提高叶片的冷却效果；俄罗斯采用的冷却结构比以前更复杂，冷却效果更好，叶片承受高温的能力显著提高。高效冷却叶片的共性就是叶片内腔设计非常复杂，结构细微。通常叶片采用精密铸造的方法制备，叶片的空腔采用陶瓷型芯形成，最后陶瓷型芯还要采用化学方法去除。细微、 复杂结构陶瓷型芯要求要有较高的强度，这就要求型芯要有较高的致密度，如果致密度太低既孔隙率太高，则强度明显下降，如果致密度太高既孔隙率太低，则给陶瓷型芯的脱除带来很大困难，因此既要保持强度还要保持一定的孔隙率，这一矛盾体给陶瓷型芯的制备带来了相当大的难度。人们期望获得一种技术效果更好的陶瓷型芯制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高强度且易脱除的陶瓷型芯的制备方法，以便满足高效冷却叶片制备的需要。本专利技术原理是在陶瓷型芯中添加了一定量的纳米碳管，通过纳米碳管烧结后形成的空间管道来连接型芯中的孔隙，使化学液体快速进入到陶瓷型芯各孔隙中，这样可大大增加脱芯的反应面积并加快陶瓷型芯与化学物质的反应速度，使陶瓷型芯快速脱除。由于纳米碳管烧结后形成的纳米尺度空隙对陶瓷型芯的孔隙率影响很小，这将基本不会影响到陶瓷型芯的强度，因此可满足陶瓷型芯的高强度和易去除的要求。本专利技术，其特征在于所述易脱除陶瓷型芯的制备方法具体要求是通过添加一定量(占粉料质量比0.01-1% )的纳米碳管来增加陶瓷型芯的有效反应面积，通过纳米碳管烧结后形成的空间管道来连接型芯中的孔隙，使化学液体快速进入到陶瓷型芯各孔隙中，这样可大大加快陶瓷型芯与化学物质的反应速度，使陶瓷型芯快速脱除。由于纳米碳管烧结后形成的纳米尺度空隙对陶瓷型芯的孔隙率影响很小，这将基本不会影响到陶瓷型芯的强度，因此可满足陶瓷型芯的高强度和易去除的要求。本专利技术所述易脱除陶瓷型芯的制备方法，还要求保护下述优选内容所述易脱除陶瓷型芯的制备方法的具体要求是首先制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料，然后采用注射成型的方式对陶瓷浆料进行成型处理；然后对陶瓷型芯进行脱蜡处理，制备易脱除的陶瓷型芯；其中，制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料的要求依次是首先，将纳米碳管放置在二甲苯化学试剂中，将纳米碳管均勻分散在分散剂中，备用；制备增塑剂将石蜡与蜂蜡熔化，加入聚乙烯并搅拌均勻，备用；将增塑剂熔化，加入粉料，同时加入表面活性剂；待增塑剂、粉料、表面活性剂混合均勻后，加入纳米碳管-二甲苯溶液，不断搅拌， 待二甲苯挥发干净后，纳米碳管均勻分布在陶瓷粉料中，制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料。所述易脱除陶瓷型芯的制备方法中，制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料的进一步优选要求是首先，将纳米碳管放置在二甲苯化学试剂中，采用超声波振荡2 4小时，将纳米碳管均勻分散在分散剂中，备用；所述分散剂具体为二甲苯或十六烷基三甲基溴化铵；制备增塑剂将石蜡和蜂蜡熔化，二者比例为(85 15) (90 10)之间，在此状态下逐渐加入占石蜡与蜂蜡总质量1 5%的聚乙烯，不断搅拌，升温至120°C 160°C， 直至聚乙烯完全溶解到石蜡中；搅拌均勻后进行过滤，备用；将增塑剂熔化，逐渐加入热粉料，增塑剂与粉料的质量比比例为(80 20) (90 10)边加入陶瓷粉料边搅拌，搅拌同时还要加入占粉料质量的比例为0.5% 1.0% 的表面活性剂，搅拌时间2 8小时；待增塑剂、粉料、表面活性剂混合均勻后，温度保持在100°C _120°C之间，逐渐加入分散好的纳米碳管-二甲苯溶液，不断搅拌，待二甲苯挥发干净后，纳米碳管均勻分布在粉料中，制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料。在所述制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料的过程中还满足下述要求之一或其组合1)在增塑剂中，石蜡与蜂蜡占质量百分比为95-99%，聚乙烯为；2)所述陶瓷粉料为二氧化硅或三氧化二铝基陶瓷材料；3)陶瓷粉料中加入的表面活性剂为油酸或其他脂肪醇类物质；4)采用填料方法脱除陶瓷型芯中的增塑剂时，所述的填料具体为三氧化二铝粉末，粒度为100-300目的工业用氧化铝粉；5)所述陶瓷型芯脱蜡阶段首先采用低温缓慢升温烧结，温度低于500°C ；终烧结阶段采用高温烧结，硅基陶瓷型芯烧结在1150°C -1200°C，三氧化二铝基烧结在 13000C -1550°C ；6)在所述陶瓷型芯烧结后，要进行低温强化将陶瓷型芯浸入热固性酚醛树脂中或尿素中20-30分钟，取出后在空气中干燥。相对于现有技术而言，本专利技术陶瓷型芯适用于复杂内腔结构空心高压涡轮叶片的制备；使用所述陶瓷型芯料可以制造细微、复杂结构的陶瓷型芯，该陶瓷型芯可以达到较高的强度及较高的致密度，在保持了适当的强度同时还保持了一定的孔隙率，保证了实际生产中的需要。具体实施例方式实施例1 将50-80nm的碳管放置在二甲苯化学试剂中，采用超声波振荡2小时，将纳米碳管进行均勻分散在二甲苯中备用；将石蜡熔化并加入的聚乙烯，不断搅拌，升温至130°C， 直至聚乙烯完全溶解到石蜡中，逐渐加入热粉料，粉料与增塑剂的质量比为85 15，粉料为刚玉粉与石英粉，二者的质量配比为96 4，边加入陶瓷粉料边搅拌，搅拌同时还要加入总质量1. 0%的表面活性剂油酸，搅拌时间6小时；待增塑剂、粉料、表面活性剂混合均勻后，温度保持在100°C-120°C之间，逐渐加入分散好的纳米碳管-二甲苯溶液，不断搅拌，待二甲苯挥发干净后，纳米碳管均勻分布在粉料中，制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料，纳米碳管占陶瓷料总质量的0. 5%。采用注射法压制陶瓷型芯，将压制好的陶瓷型芯装入烧结炉中，填料采用三氧化二铝粉末，粒度为100目工业用氧化铝粉；陶瓷型芯脱蜡阶段采用低温缓慢升温烧结，3小时从室温升至500°C，保温2小时，然后2小时内升温至1300°C，保温3 小时后炉冷至室温，取出。将烧结完成后的型芯浸入液体尿素中，保持20分钟，取出，在空气中干燥，最后得到成品陶瓷型芯。实施例2 —种易脱除陶瓷型芯的制备方法将50-80nm的碳管放置在十六烷基三甲基溴化铵试剂中，采用超声波振荡2小时， 将纳米碳管进行均勻分散在二甲苯中备用；将石蜡熔化并加入2%的聚乙烯，不断搅拌， 升温至140°C，直至聚乙烯完全溶解到石蜡中，逐渐加入热粉料，粉料与增塑剂的质量比为 86 14，粉料为刚玉粉与石英粉，二者的质量配比为95 5，边加入陶瓷粉料边搅拌，搅拌同时还要加入总质量0. 5%的表面活性剂油酸，搅拌时间4小时；待增塑剂、粉料、表面活性剂混合均勻后，温度保持在100°C -120°C之间，逐渐加入分散好的纳米碳管-二甲苯溶液， 不断搅拌，待二甲苯挥发干净后，纳米碳管均勻分布在粉料中，制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料，纳米碳管占陶瓷料总质量的0. 7%。采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种易脱除陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：所述易脱除陶瓷型芯的制备方法具体要求是：通过添加占粉料质量比０．０１－１％的纳米碳管来增加陶瓷型芯的有效反应面积，通过纳米碳管烧结后形成的空间管道来连接型芯中的孔隙，使化学液体快速进入到陶瓷型芯各孔隙中，这样可大大加快陶瓷型芯与化学物质的反应速度，使陶瓷型芯快速脱除。

【技术特征摘要】
1.一种易脱除陶瓷型芯的制备方法，其特征在于所述易脱除陶瓷型芯的制备方法具体要求是通过添加占粉料质量比0.01-1%的纳米碳管来增加陶瓷型芯的有效反应面积， 通过纳米碳管烧结后形成的空间管道来连接型芯中的孔隙，使化学液体快速进入到陶瓷型芯各孔隙中，这样可大大加快陶瓷型芯与化学物质的反应速度，使陶瓷型芯快速脱除。2.按照权利要求1所述易脱除陶瓷型芯的制备方法，其特征在于所述易脱除陶瓷型芯的制备方法的具体要求是首先制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料，然后对陶瓷浆料进行成型处理；然后对陶瓷型芯进行脱蜡处理，制备易脱除的陶瓷型芯；其中，制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料的要求依次是首先，将纳米碳管放置在二甲苯化学试剂中，将纳米碳管均勻分散在分散剂中，备用；制备增塑剂将石蜡与蜂蜡混合物熔化，加入聚乙烯，搅拌均勻，备用；将增塑剂熔化，加入粉料，同时加入表面活性剂；待增塑剂、粉料、表面活性剂混合均勻后，加入纳米碳管-二甲苯溶液，不断搅拌，待二甲苯挥发干净后，纳米碳管均勻分布在粉料中，制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料。3.按照权利要求1所述易脱除陶瓷型芯的制备方法，其特征在于所述易脱除陶瓷型芯的制备方法中，制得纳米碳管均勻分布的陶瓷粉料的具体要求是首先，将纳米碳管放置在二甲苯化学试剂中，采用超声波振荡2-4小时，将纳米碳管均勻分散在分散剂中，备用；所述分散剂具体为二甲苯或十六烷基三甲基溴化铵；制备增塑剂将质量比例为(85 15) (90 10)的石蜡与蜂蜡混合并熔化；在此...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜卫国，楼琅洪，胡壮麒，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89