[發明專利]一種氧化鋁基陶瓷型芯的制造方法

有效

• 申請號: 200710018080.3
• 申請日: 2007-06-19
• 公開（公告）號: CN101077836A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 李滌塵;吳海華;夏磊;謝磊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/111;C04B35/63;B28B1/00;B28C7/04;B22C1/00;B22C9/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明屬于鑄造造型工藝領域，涉及陶瓷型芯漿料配制、模具制備及此類陶瓷型芯的制造方法，具體地說是一種氧化鋁基陶瓷型芯的制造方法。

背景技術

燃氣輪機葉片是發動機的重要部件，為改善發動機的綜合性能，需要不斷提高渦輪前燃氣溫度，但受金屬熔點的限制，在合金材料上如果想提高葉片的承溫能力已經接近了極限，因此不斷改善葉片冷卻結構提高冷卻效果就成為渦輪葉片設計與制造者所追求的目標。

如圖1所示，高效氣冷葉片的冷卻結構與以往的有較大的不同，葉片葉身從單層壁變為葉身雙層壁，且葉身布滿了與內腔相通的直徑約0.5mm左右的小孔，冷效從300℃提高到600℃以上，葉片承溫能力顯著提高。

高效氣冷葉片的制造，其關鍵技術在于陶瓷型芯的制造，其制造工藝更復雜，尺寸更小，性能要求更高。對于該高效氣冷葉片而言，其陶瓷型芯制造方法是，將空心部分看成是由多個型芯(形成中心孔的型芯和形成薄壁和細孔的型芯)組合而形成，利用傳統的陶瓷注射成型技術把它們分別地制造出來，然后在壓制蠟模之前，粘結在一起形成一個組合型芯。型芯的組合工藝不僅非常耗時，而且精確定位難度極大。如果組合型芯之間不能形成正確的位置關系，將會直接影響最終的鑄件尺寸精度，特別是高效氣冷葉片，其是壁厚尺寸薄而不均。

中國專利(公開號：CN?1134327A)給出了一種模壓組合型芯方法，該方法可以提高兩型芯之間的定位精度。但其模具的精度很難掌握。

傳統的陶瓷型芯制造方法是采用注射成型技術。其模具在設計制造過程中需要多次反復和修改，生產周期長，成本高，對于形狀復雜曲折、尺寸細小的陶瓷型芯，其模具分模面的設計、模具型腔的制造非常困難。另外，陶瓷注射成型過程粉末良好的流動性是以加入大量的有機粘結劑為基礎的，這樣才能實現復雜零件，但也帶來了脫脂問題，脫脂是整個工藝中最困難最重要的環節，脫脂過程中不正確的脫脂工藝和脫脂參數將導致坯體變形、開裂、鼓泡等缺陷，并且產生的裂紋和變形不能通過燒結來彌補；另外脫脂過程耗時長，一般要花費十幾個小時甚至幾天的時間。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種新型的氧化鋁基陶瓷型芯制造方法，該方法是將空心部分看作是一個相互連通的空腔(如果不連通，可以在模具時增設連通的部分)，陶瓷型芯在一次性壓注過程中固化成型，通過陶瓷漿料自然聯成一體，不需要組合工藝，由模具本身直接保證型芯間的相互位置精度。

為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案：

一種氧化鋁基陶瓷型芯制造方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

首先利用快速成型制造技術快速制備具有復雜中空結構的陶瓷型芯樹脂模具，該陶瓷型芯樹脂模具具有中空結構，至少包含兩個獨立的通道；

然后配制氧化鋁基陶瓷漿料，該陶瓷漿料的質量分數組成為：氧化鋁粉末：70％～85％，有機物：2％～5％，造孔劑：1％～5％，礦化劑和增韌劑各為1％～5％，去離子水補足100％；

在氧化鋁基瓷漿料加入分散劑聚丙烯酸鈉，聚丙烯酸鈉占氧化鋁粉末質量的0.5％，在球磨機磨球磨1小時，使各組分混合均勻；

將陶瓷漿料在真空、振動條件下壓注到陶瓷型芯樹脂模具的型腔中，在壓注之前，對陶瓷漿料進行抽真空，真空度控制在0.01Mpa～0.1MPa之間，脫氣時間為5分鐘，以減少或消除在成型過程中產生的氣泡；注漿壓力在1kg/cm²～10kg/cm²范圍內，注漿時振動頻率為10Hz～300Hz，振動幅度為1mm～3mm內。

待陶瓷型芯模具內的氧化鋁基陶瓷漿料固化干燥后，去除有機物和樹脂模具，即可獲得形狀完整具有較高相互位置精度的氧化鋁陶瓷型芯。

本發明與傳統的氧化鋁基陶瓷型芯制造方法相比，具有以下技術特點：

(1)使得氧化鋁基陶瓷型芯成型工藝簡單，易于控制，能夠獲得形狀完整、尺寸細小的陶瓷型芯。

(2)采用快速原型模具代替金屬模具，解決了復雜模具型腔制造困難問題，為復雜、曲折氧化鋁基陶瓷型芯制備提供了保證，同時大大地降低了生產準備時間，節約了生產成本。

(3)多個氧化鋁基陶瓷型芯在一次性壓注過程中同時成型，不需型芯組合操作，無精度損失，模具本身的制造精度高，使得陶瓷型芯之間具有較高的位置精度。

附圖說明

圖1是高效氣冷葉片結構示意圖；

圖2是氧化鋁基陶瓷漿料配置工藝流程；

圖3是氧化鋁基陶瓷型芯結構示意圖。