[发明专利]一种硅基陶瓷型芯的固定方法

说明书

本发明的目的在于发明一种厚大尺寸空腔陶瓷型芯固定方法，其特征在于：首先在厚大尺寸陶瓷型芯空腔内填满粗颗粒陶瓷粉料以强化型芯的高温性能，然后在陶瓷型芯两端插入与陶瓷型芯粘接成一体的陶瓷棒来固定陶瓷型芯，露出陶瓷型芯部分的陶瓷棒表面设置自由端，该陶瓷棒用于在后续制造模壳过程中将陶瓷型芯固定在模壳内。该方法能够满足单晶/定向空心涡轮导向叶片制备需求。

技术领域

本发明属于高温合金领域，特别提供一种单晶/定向导向叶片用陶瓷型芯的固定方法。

背景技术

单晶/定向涡轮叶片是燃气轮机最关键的热端部件。近年来，随着燃气轮机的发展，热效率的提高，对涡轮叶片承温能力的要求也越来越高，所以在燃气轮机设计时，大多采用能够提高冷却效率、增加叶片承温能力的空腔结构涡轮叶片。涡轮叶片空腔结构常采用陶瓷型芯形成。对于大尺寸单晶/定向导向叶片，由于叶片尺寸大，形成内腔所使用陶瓷型芯尺寸同样较大，并且型芯最薄处与最厚处尺寸相差也较大。若将陶瓷型芯制备成实心型芯，在陶瓷型芯制备过程中，由于较薄部位与较厚部位收缩量不同，易使型芯发生变形，导致陶瓷型芯型面尺寸不合格而报废。若把型芯厚大处制备成局部壁厚均匀的空心型芯，可避免上述现象发生，提高陶瓷型芯合格率，但由于型芯通常都是在厚大处进行固定，这使得型芯固定变得困难。如何选择一种合适的厚大尺寸空腔陶瓷型芯的固定方法是实际生产中急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于发明一种厚大尺寸空腔陶瓷型芯固定方法，以满足单晶/定向空心涡轮导向叶片制备需求。

本发明技术方案如下：

一种硅基陶瓷型芯的固定方法，其特征在于：首先在厚大尺寸陶瓷型芯空腔内填满粗颗粒陶瓷粉料以强化型芯的高温性能，然后在陶瓷型芯两端插入与陶瓷型芯粘接成一体的陶瓷棒(或称陶瓷柱，本发明统一称为陶瓷棒)来固定陶瓷型芯，最后在露出陶瓷型芯部分的陶瓷棒表面设置自由端，所述陶瓷棒用于在后续制造模壳过程中将陶瓷型芯固定在模壳内。

本发明所述硅基陶瓷型芯的固定方法，其特征在于，具体步骤如下：

首先制备壁厚均匀的空腔陶瓷型芯素坯；将陶瓷型芯素坯进行烧结制成成品陶瓷型芯，成品陶瓷型芯结构见图1；将粗颗粒陶瓷粉料与硅溶胶进行混合，将混合物完全填满整个陶瓷型芯空腔，然后将陶瓷棒表面涂敷少量高温胶后快速插入陶瓷型芯两端，待完全干燥即可粘结牢固，见图2；最后，在未插入陶瓷型芯的陶瓷棒的一端制备自由端，见图3，从而形成固定性和退让性兼备的空腔陶瓷型芯固定方法。

其中，所述陶瓷型芯采用二氧化硅基材料制备，增塑剂采用石蜡基增塑剂；陶瓷型芯壁厚为5-10毫米，型芯长度L为30-300毫米。

所述陶瓷型芯的烧结温度为1180-1200℃，烧结时间8-12小时。

所述粗颗粒陶瓷粉料目数为24-60目，颗粒材料采用EC95电熔刚玉材料；硅溶胶平均粒径为10-20nm，pH值为9.0-10.5，SiO₂含量为20-25wt％，Na₂O含量≤0.5wt％；粉液比为质量比4-4.5：1。

所述陶瓷棒采用高纯石英玻璃或氧化铝基陶瓷材料制成，高纯石英玻璃中SiO₂含量为99.8％-100％。氧化铝基陶瓷中Al₂O₃含量为85％-95％。

所述陶瓷棒截面同时为圆形或长方形，或一端截面为圆形，另一端截面为长方形，陶瓷棒尺寸范围：1mm≤Φ≤10mm，1mm≤a₁、a₂≤10mm，5mm≤b₁≤50mm，其中Φ为圆形截面直径，a₁、a₂为长方形截面的长与宽，b₁为陶瓷棒插入陶瓷型芯内部的深度。