[发明专利]一种适用于双层壁叶片的多孔硅基陶瓷型芯及其制备方法

说明书

本发明涉及精密铸造技术领域，提供了一种适用于双层壁叶片的多孔硅基陶瓷型芯，由陶瓷粉料和增塑剂制备而成；所述陶瓷粉料包括石英玻璃粉、电熔莫来石粉和硅酸锆粉；所述增塑剂为陶瓷型芯铸造蜡；所述石英玻璃粉、电熔莫来石粉和硅酸锆粉的质量比为(70～80):(10～20):(10～20)。本发明通过原料的选择及含量的控制，提高了多孔硅基陶瓷型芯的高温性能，降低了陶瓷型芯在烧结及浇注过程中的收缩和变形，可满足日趋复杂的双层壁叶片陶瓷型芯的使用要求。本发明提供了多孔硅基陶瓷型芯的制备方法，操作简单，陶瓷型芯的成型率高，生产时间短、生产成本低。

技术领域

本发明属于精密铸造技术领域，特别涉及一种适用于双层壁叶片的多孔硅基陶瓷型芯及其制备方法。

背景技术

随着航空发动机推重比的不断提高，涡轮前进口温度不断提高，对叶片的承温能力要求也越来越高。先进发动机叶片在涡轮前进口承温能力已由第一代承温1200K发展到现役的可承温1950K，随着航空发动机制造技术的提升，推重比为15～20的航空发动机涡轮前进口承温能力将高达2250～2350K。然而，目前受金属熔点的限制，通过合金化和表面涂层的方法来提高叶片的承温能力已接近极限，因此提出了叶片的冷却技术。而传统的对流、回流、撞击孔、气膜孔等冷却方式已经满足不了这样的要求，为了更高效的冷却叶片，提出了具有双层壁冷却结构的叶片，这是由于它的叶片叶身布满了与内腔相通的直径大约为0.5mm左右的小孔，复杂而且精细，叶片的承温能力显著提高。另一方面叶片的实际壁更薄(厚度约0.5mm)，且壁厚差异较大。这样有利于提高叶片的耐热性能。

目前，空心叶片最常用的制造方法是熔模铸造法，陶瓷型芯主要用于熔模铸造中形成空心叶片的复杂内腔，是铸造空心叶片的关键。而随着叶片冷却技术的发展，形成双层壁结构的空心内腔的陶瓷型芯的结构更加复杂，其排气边的尺寸厚度仅为0.5mm，极容易引起变形和断裂。因此对陶瓷型芯薄壁处所承受的工作条件更加苛刻；然而现有陶瓷型芯往往不能满足使用要求，如此复杂结构的陶瓷型芯在烧结过程中极易引起烧结裂纹和变形；同时，在叶片浇注的过程中，陶瓷型芯要经受熔融金属液较长时间的浸泡，极易出现型芯的收缩变形甚至断裂，从而造成叶片质量不合格。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于双层壁叶片的多孔硅基陶瓷型芯及其制备方法。本发明提供的多孔硅基陶瓷型芯高温性能好，烧成收缩率低，浇注过程中二次收缩率低。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种适用于双层壁叶片的多孔硅基陶瓷型芯，由包括陶瓷粉料和增塑剂的组分制备而成；所述陶瓷粉料包括石英玻璃粉、电熔莫来石粉和硅酸锆粉；所述石英玻璃粉、电熔莫来石粉和硅酸锆粉的质量比为(70～80):(10～20):(10～20)。

优选地，所述陶瓷粉料和增塑剂的质量比为100:(15～20)。

优选地，所述石英玻璃粉由第一石英玻璃粉、第二石英玻璃粉、第三石英玻璃粉和第四石英玻璃粉混合而成；所述第一石英玻璃粉的粒径为(0,10)μm，所述第二石英玻璃粉的粒径为[10,30)μm，所述第三石英玻璃粉的粒径为[30,50)μm，所述第四石英玻璃粉的粒径为[50,95]μm；所述第一石英玻璃粉、第二石英玻璃粉、第三石英玻璃粉和第四石英玻璃粉的质量比为(20～30):(30～40):(25～35):(8～20)。

优选地，所述电熔莫来石粉由粒径为200目和325目的电熔莫来石粉按照质量比(1～2):1混合而成。

优选地，所述硅酸锆粉由粒径为200目和325目的硅酸锆粉按照质量比(1～2):1混合而成。

本发明提供了以上技术方案所述的多孔硅基陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石英玻璃粉、电熔莫来石粉和硅酸锆粉混合后保温，得到陶瓷粉料；