[發(fā)明專利]一種空心渦輪葉片一體化陶瓷鑄型的型芯型殼定制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310289486.0
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103360079A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李滌塵;魯中良;荊慧
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);西安瑞特快速制造工程研究有限公司
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;B28B1/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于快速鑄造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種空心渦輪葉片一體化陶瓷鑄型的型芯型殼定制方法。

背景技術(shù)

渦輪葉片是航空發(fā)動機和燃?xì)廨啓C的關(guān)鍵部位。燃?xì)鉁囟鹊奶岣呖捎行岣呷細(xì)廨啓C的輸出功率并節(jié)省燃料。由于制備渦輪葉片的耐熱合金所能承受的溫度已經(jīng)達(dá)到了極限，具有復(fù)雜氣冷結(jié)構(gòu)的空心渦輪葉片應(yīng)運而生。傳統(tǒng)的空心葉片的制造方法為熔模鑄造，其工藝流程包括型芯模具制備、制芯、蠟?zāi)Ｄ＞邷?zhǔn)備、型芯與蠟?zāi)Ｄ＞呓M裝、制備蠟?zāi)！⑼繏焯沾蓾{料、制殼、化蠟、焙燒、澆注金屬、脫芯等多個工藝步驟，其中陶瓷型芯、型殼制備是基礎(chǔ)。目前，具有高效冷卻結(jié)構(gòu)的葉片已由單層壁變?yōu)殡p層壁，氣膜孔孔徑也在不斷縮小，內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對傳統(tǒng)渦輪葉片制造技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。具體來說，熔模鑄造工藝的不足體現(xiàn)在型芯和蠟?zāi)Ｄ＞呓M合過程中存在安裝誤差、鑄造過程中易產(chǎn)生偏芯穿孔缺陷、工藝過程復(fù)雜冗長等方面。

基于快速成型的一體化陶瓷鑄型制備技術(shù)為解決空心渦輪葉片的制造難題提供了新的途徑。此方法首先采用光固化快速成型技術(shù)制造出葉片的樹脂原型；其次，配置陶瓷漿料，利用凝膠注模成型工藝將陶瓷漿料澆注到樹脂原型中；待陶瓷漿料原位固化后，利用真空冷凍干燥技術(shù)干燥陶瓷坯體；然后，燒失光固化樹脂原型并完成陶瓷坯體的燒結(jié)過程；最后，澆注金屬液，冷卻后，對鑄件進(jìn)行脫芯處理，獲得所需的空心渦輪葉片。

此方法為制備空心渦輪葉片提供了新的途徑，但同時對陶瓷鑄型的綜合性能提出了更高的要求。隨著單晶和定向晶葉片制造的廣泛開展，對陶瓷鑄型的機械性能要求也越來越高。在澆注金屬液的過程中，型芯和型殼以及不同的型芯之間的受力情況不同；后續(xù)的脫芯過程中，不同部位型芯的脫除難易程度也有所差異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題在于提供一種空心渦輪葉片一體化陶瓷鑄型的型芯型殼定制方法，通過用不同陶瓷漿料澆注不同的型芯以及型殼，以提高型殼的透氣性和退讓性以及型芯的強度和抗變形能力。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種空心渦輪葉片一體化陶瓷鑄型的型芯型殼定制方法，包括如下步驟：

1）基于光固化快速成型工藝設(shè)計并制造空心渦輪葉片一體化樹脂模具，并在型殼和型芯的不同部位分別設(shè)置澆口；

2）基于凝膠注模工藝，針對所要澆注的型殼或型芯，制備固相含量不同的陶瓷漿料；

3）在所制備的陶瓷漿料中加入催化劑和引發(fā)劑并攪拌均勻，在真空環(huán)境下，向空心渦輪葉片一體化樹脂模具的不同澆口同時澆注所對應(yīng)的陶瓷漿料；待陶瓷漿料原位固化后，形成型芯、型殼成分不同的一體化陶瓷坯體；

4）將一體化陶瓷坯體放入冷凍柜中，待坯體中結(jié)晶水完全凍結(jié)后，將其從冷凍柜移至干燥室，通過真空冷凍干燥去除一體化陶瓷坯體中的水分；

5）待一體化陶瓷坯體中水分完全去除后，對一體化陶瓷坯體進(jìn)行燒結(jié)，獲得型芯、型殼材料差異化的空心渦輪葉片一體化陶瓷鑄型。

根據(jù)型殼、型芯的鑄造性能要求選擇不同的陶瓷漿料為：

在保證燒結(jié)強度和精度情況下從提高透氣性和退讓性要求來選擇澆注型殼的陶瓷漿料；

在保證燒結(jié)強度和精度情況下從提高強度和易脫除性來選擇澆注型芯的陶瓷漿料。

所述的澆注型殼的陶瓷漿料為含有氧化鋁、氧化鎂、氧化釔和氧化鈦的陶瓷漿料，其固相含量小于60%；

澆注型芯的陶瓷漿料為含有氧化鋁、氧化鎂、納米氧化硅的陶瓷漿料，其固相含量大于60%。

所述的澆注型殼的陶瓷漿料能夠保證燒結(jié)強度和精度，還能夠提高孔隙率滿足型殼對透氣性和退讓性要求；

所述的澆注型芯的陶瓷漿料在燒結(jié)過程中會形成強化相莫來石，能夠有效提高燒結(jié)強度；在保證漿料流動性的前提下越提高其固相含量，越能夠提高陶瓷燒結(jié)的致密度從而提高燒結(jié)強度。

所述的陶瓷漿料的制備為：

1）按凝膠注模工藝要求，將一定質(zhì)量比例的丙烯酰胺、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉，混合后加入去離子水，攪拌溶解，配制成有機物質(zhì)量濃度為10～20%的預(yù)混液；

2）按澆注型殼的陶瓷漿料、澆注型芯的陶瓷漿料的要求配制固體粉料；

3）將固體粉料分別加入到預(yù)混液中，充分?jǐn)嚢琛⒎稚ⅲ⒄{(diào)節(jié)pH為9～11，分別得到澆注型殼的陶瓷漿料、澆注型芯的陶瓷漿料。

所述澆注型殼的陶瓷漿料的固體粉料包括以下組分的氧化物：