[发明专利]硅基陶瓷型芯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷型芯，具体涉及一种应用于精密铸造领域的硅基陶瓷型芯的制备方法。 

背景技术

陶瓷型芯广泛应用于精密铸造领域，铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，可以这么说，铸造技术的发展与创新标志着一个国家的生产实力的提升，我国虽然是一个制造大国，但是我国并不是一个技术强国，由于在高端技术和产品上，国外一直对我国实施技术封锁，导致我国陶瓷型芯的生产技术与国外相比差距较大，现在我国还没有出现具有较高水平和市场化较好的专业生产陶瓷型芯的企业。 

陶瓷型芯是根据零件所需要的孔或者腔而制造的一种型芯，硅基陶瓷型芯因具有膨胀系数小、抗急冷急热能力强、机械强度高、化学稳定性好、脱芯方便等特点，而被广泛应用于精密铸造领域，例如，航空发动机的涡轮叶片的铸造，必须借助于陶瓷型芯才能形成所需要的空心形状，因此，陶瓷型芯的质量会对涡轮叶片的质量和发动机的性能产生重大的影响，精铸时，由陶瓷型芯和型壳决定铸件的内腔形状和铸件的壁厚。 

作为陶瓷型芯的基体材料必须得具备五个条件：一、高耐火度(熔点或者是软化点在1600℃之上)；二、与合金有较高的不相容性；三、可以用化学方法进行脱芯；四、与型壳相匹配的线膨胀系数；五、烧成后没有过多的高低温晶型转变。目前，国内外所使用的陶瓷型芯的基体材料有石英玻璃、电熔刚玉、锆英石、氧化镁、莫来石、尖晶石或者稀土氧化物来保证并提高陶芯的承温能 力。陶瓷型芯中除了基体材料之外，还需加入一些辅助材料，这些辅助材料包括能够促进烧结的矿化剂和促进成型的增塑剂等。矿化剂所起的作用是能在型芯焙烧的过程中与基体形成固溶体或者共晶体，而不形成低熔点玻璃相。目前国内外常用的矿化剂为氧化锆、氧化镁、莫来石、工业氧化铝和氧化钙。 

目前国内外陶瓷型芯的制备的常用方法为热压注法，热压注法的工艺流程如图1所示，由于陶瓷型芯在定向凝固过程中长时间处于高温状态，所以必须具有足够的耐火度和强度，这是评价陶瓷型芯是否有良好的使用性能的重要标准，但是还要考虑到后续脱芯是否方便的问题，要想脱芯方便，必须具有一定的孔隙度，同时，还得考虑各种复杂的形状的成型性，因此，对于陶瓷型芯来讲，并不是说某一方面的性能越好，最后陶芯的使用性能就越好，而是一个综合性能要求。 

目前比较常用的陶瓷型芯为氧化硅系列陶芯，氧化硅系列陶芯是以石英玻璃粉作为基体材料，添加锆英粉、莫来石或者稀土氧化物等作为矿化剂，依靠控制方石英的数量来保证陶芯的综合性能。 

中国发明专利申请公开说明书CN102079653A中公开了一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法，包括下列步骤：第一步、粉料的混合；第二步、制备浆料；第三步、压制成型；第四步、烧结。其中，第二步、制备浆料的过程为：将增塑剂放进油浴温度为70-90℃的搅拌器中溶化，得到第一中间物；增塑剂为石蜡和蜂蜡的混合体，石蜡和蜂蜡的质量比为9/1；然后将步骤一制得的干燥混合粉按时间间隔5～10min/次在搅拌状态下加入至第一中间物中，得到第二中间物；将表面活性剂在搅拌状态下加入至第二中间物中，得到第三中间物；将第三中间物进行抽真空排气泡处理，真空表读数为0.002～0.02MPa，抽真空10min～60min后，得到均匀浆料；搅拌器的搅拌速度为20～60r/min； 用量：100g的干燥混合粉中所需的增塑剂10g～12g，表面活性剂1～2ml。在上述技术方案中容易出现的技术问题是由于增塑剂的用量过少将会导致型芯成型率低。 

增塑剂一般为有机热塑性材料，它们在以后的焙烧过程中熔化至填料中，并挥发，增塑剂不是硅基陶瓷型芯的组成成分，只是在压注时起到成型的作用，增塑剂的加入量一般为粉料的15％～20％，增塑剂加入量对型芯性能有显著的影响，增塑剂的加入量过多虽然能够使型芯成型容易，但是也会使型芯的烧成收缩率和气孔率增加，并导致抗弯强度和体积密度的降低，因此，应该控制增塑剂的使用量。 

增塑剂的主要成分为石蜡和蜂蜡，石蜡的熔点在47℃～64℃，蜂蜡的熔点在62℃～64℃，由于石蜡和蜂蜡的熔点比较低，本技术领域的人员一般认为在120℃以上进行制备浆料，会引起增塑剂的老化和失粘，为了使粉料与增塑剂充分混合，搅拌器转速一般控制在20～60r/min。