[发明专利]一种氧化镧基陶瓷型芯的制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化镧基陶瓷型芯的制备方法，该方法为：将氧化镧粉末和添加剂粉末进行球磨混合，在石蜡熔化后，逐渐加入混合后的粉末，进行机械搅拌，获得复合陶瓷型芯浆料；接着采用注射成型方法制备出所需形状的氧化镧基陶瓷型芯；然后通过埋粉烧结工艺对氧化镧基陶瓷型芯进行烧结，获得所需的陶瓷型芯；最后需将获得的氧化镧基陶瓷型芯真空或惰性气氛保护下封装，隔绝与空气接触，直至使用。本发明所提供的氧化镧基陶瓷型芯的制备工艺方法简单，可操作性强，获得的陶瓷型芯具有高的强度，高的成品率，能够满足更高浇注温度的使用，而且在型芯脱除阶段易于脱除，利于提高其效率，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及高温合金技术领域用陶瓷型芯的开发及制备方法，特别是提供了一种氧化镧基陶瓷型芯的制备方法。

背景技术

随着现代航空工业的发展，航空发动机需要采用更为先进的冷却系统，这就对涡轮叶片的承温能力有了更高的要求。目前主要通过两种途径来提高涡轮叶片的承温能力，一是提高高温合金本身的承温能力，二是采用叶片冷却技术来降低叶片的温度。近年来，通过改变高温合金本身来提高其承温能力也取得了较大成果，然而与叶片的需求和性能要求相比，这远远是不够的。因此，不断的改善叶片的气冷结构来提高其冷却效率成为了航空发动机发展所追求的目标。

陶瓷型芯作为熔模铸造空心铸件的转接件，是用来形成空心铸件的复杂内腔结构。随着高效气冷叶片的发展，叶片的冷却通道极其复杂，而且结构比较细微，这对形成其复杂内腔结构的陶瓷型芯有着更高的要求。陶瓷型芯必须具有足够高的室温和高温强度，压蜡时以抵抗高压、高速、高粘度蜡液的冲击，浇注时要承受高温金属液的机械冲击和静压力。浇注后，由于叶片内腔结构的复杂性和精细性，决定了陶瓷型芯需要使用化学方法脱除，这就要求陶瓷型芯具有高的孔隙率，使脱芯液能够顺利的到达型芯的内部，容易与型芯反应从而将其脱除。然而，对于结构复杂精细的陶瓷型芯，其要求较高的强度，这就需要其具有高的致密度，可是高的致密度会导致后续型芯的脱除更加困难；致密度低，型芯的强度自然会低，在浇注过程中又难以保证铸件尺寸的完整性。这两者之间的矛盾性制约着陶瓷型芯产业的快速发展，对陶瓷型芯的后续开发提出了更高的要求。

氧化镧作为一种稀有金属氧化物，因其具有良好的物理化学性质，在民用、军事和高科技领域已得到了较为广泛的应用。氧化镧的熔点为2315℃，远高于氧化硅的熔点1710℃，也高于氧化铝的熔点2050℃，因而可以在较高的浇注温度下使用。由于氧化镧难以烧结，为了提高其烧结性能和降低烧结温度，可在坯料中添加适量的添加剂，如二氧化硅、氧化镁、氧化铝或氧化钇等。氧化硅属于酸性氧化物，易溶于碱溶液，能够容易的脱除，但是氧化硅基陶瓷型芯使用温度不能超过1550℃，超过这个温度会与高温合金中的活性元素反应。氧化铝为中性氧化物，化学性质稳定，在碱液中溶解能力差，脱芯非常困难，这又制约着氧化铝基陶瓷型芯的进一步使用与发展。烧结后的氧化镧基陶瓷型芯具有高的强度，完全能够满足更高温度下的浇注，而且氧化镧粉末在露置于空气中易吸收二氧化碳和水，逐渐变成碳酸镧，也易溶于稀的无机酸，更为可观的是烧结后的氧化镧基陶瓷型芯，在成分控制范围内可在沸水中短时间内实现完全碎解，继而脱除，不会对铸件或高温合金叶片产生破坏性作用。这种氧化镧基陶瓷型芯有望得到更为广泛的应用。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有的技术缺点，提供一种氧化镧基陶瓷型芯的制备方法，满足高温合金空心叶片的制备，以期获得在具有精细复杂结构的空心涡轮叶片上使用。采用该方法制备的氧化镧基陶瓷型芯具有高的强度，高的成品率，且易于在后续阶段脱除，非常适于大规模的工业化生产。

为了达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种氧化镧基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：