[發明專利]一種陶瓷型芯快速成形制造方法

有效

• 申請號: 201010222794.8
• 申請日: 2010-07-12
• 公開（公告）號: CN101890480A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 史玉升;沈其文;張升;閆春澤;蔡道生
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B22C9/10
• 分類號: B22C9/10
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明涉及快速成形技術領域，具體涉及一種陶瓷型芯快速成形制造方法，該方法尤其適用于渦輪空心葉片的精密鑄造陶瓷型芯的快速成形制造。

背景技術

渦輪空心葉片是高性能發電設備和航空發動機的核心部件，由于處于溫度最高、應力最復雜、環境最惡劣的部位而被列為第一關鍵件，英國Roll-Royce公司CEO?Jhon?Rose爵士稱其為制造業“王冠上的明珠”。渦流冷卻技術和氣膜冷卻技術應用使得葉片內部結構更加復雜。目前渦輪葉片的制造主要采取熔模鑄造工藝。現有技術工藝過程復雜，產品開發周期長，成本高。由于型芯型殼分開成型，組合時易產生誤差，造成葉片穿孔，成品率低，難以滿足我國航空工業發展要求。對于大型陸用燃氣輪機葉片，我國還沒有完善的技術。三菱公司的一個一級熱段空心葉片給中國的價格是30萬元，更換一個需要60萬元，一個葉輪盤上90多個葉片，價值近3000萬元。

利用快速成型技術進行精密鑄造是國際上凈成形技術的一個新發展方向，該技術是解決目前精鑄產品周期長、成本高、市場響應慢、柔性化差等問題一個關鍵技術。它尤其適合動力裝備、航空、航天、汽車、機床等高端產品上關鍵復雜零部件的制造。例如空心渦輪葉片、渦輪盤、發動機排氣管、發動機缸體和缸蓋。隨著航空、航天飛機的速度提高，其渦輪的轉速更高、發熱量更大，要求制造迅速散熱的空心葉片，傳統的精密鑄造工藝是使用復雜的金屬模具壓制陶瓷型芯，但該法生產周期長，模具費用高，不能滿足新產品開發快速響應的需求。

基于RP原型的復雜精密鑄件制造技術提供了一種快速獲取精密金屬零件快捷有效方法，是對傳統精密鑄造技術的重要發展。該方法在加速新產品的開發、降低新產品投產時工裝模具的費用，縮短制造周期方面有著積極的意義。

在高端技術和產品上，國外對我國施行技術封鎖。航空發動機上，大量的復雜精密零部件需要精密鑄造實現凈成形，我國主要技術還是沿用購買國外70年代的技術，根本無法與國外競爭，這一結果嚴重制約了我國航空產業發展和國防實力的提升，影響我國的國際地位。

發明內容

本發明的目的正是在于提供一種陶瓷型芯快速成形制造方法，該方法不需要昂貴的模具、簡單易行、低耗高效，并且制造的陶瓷型芯具有結構可隨意修改，能滿足整體、分體等各種陶瓷型芯的快速成形制造要求，從而解決了傳統制造方法在制造航空發動機空心葉片陶瓷型芯時存在的生產周期長、模具費用高、不能滿足新產品開發快速響應的需求的突出問題。

本發明提供的一種陶瓷型芯快速成形制造方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

第1步將低溫強化劑和陶瓷粉料混合均勻，得到用于SLS快速成形的陶瓷燒結粉料，其中低溫強化劑為環氧樹脂、酚酫樹脂或尼龍，低溫強化劑與陶瓷粉料的質量百分比含量為5％～7％；

第2步用陶瓷燒結粉料進行SLS快速成形，得到陶瓷型芯生坯；

第3步按步驟(3.1)～(3.2)對陶瓷型芯生坯進行高溫強化前的預處理：

(3.1)將清除表面浮粉后的陶瓷型芯生坯放置自干，使陶瓷型芯生坯的成分及強度擴散均勻，然后經100～150℃烘干，保溫0.5小時～1.5小時后自冷卻，以防止陶瓷型芯生坯表面的粉料脫落并增加其低溫強度；

(3.2)將陶瓷型芯生坯刷涂或浸泡高溫粘結劑，使高溫粘結劑在陶瓷型芯生坯內滲透均勻后取出，干燥后使浸泡高溫粘結劑后陶瓷型芯生坯中的高溫粘結劑干透；

第4步脫除陶瓷芯生坯中的低溫強化劑，并進行預燒，得到陶瓷型芯；

第5步將陶瓷型芯按下述焙燒工藝進行焙燒：將陶瓷型芯的溫度從室溫經過2小時～3小時升高到200～250℃；再經過1小時～2小時升高到400～450℃；經過1小時～2小時升高到550～600℃；經過1小時～2小時升高到900～950℃，經過1小時～2小時升高到1150～1250℃；之后隨爐冷卻。

本發明的制造方法具有以下優點：(1)可以整體制造截面復雜的陶瓷型芯及制品，特別是具有細薄夾層的陶瓷型芯；(2)靈活性大，不需要模具即可實現在同一臺快速成形機上同時生產多個形狀、規格和品種不同的陶瓷型芯，特別是截面細薄的復雜陶瓷型芯；(3)工藝流程簡單，生產效率高。由該方法制造陶瓷型芯具有其工藝過程簡單易行、低耗高效、修改設計和調整便利；(4)機器自動化程度高，實現無人操作，不需要高級技術工人；(5)解決了陶瓷型芯焙燒過程中因低溫強化劑燒失脫除而出現的型芯坍塌現象的難題；(6)解決了細薄陶瓷型芯焙燒過程中，用發明的特殊軟件自適應陶瓷芯的輪廓形狀，自動跟蹤調整掃描方式、掃描功率、掃描間距、和光斑尺寸補償等SLS快速成形工藝參數。

具體實施方式