[發明專利]一種面向燃氣輪機熱端部件的復雜結構陶瓷零件制造方法

有效

• 申請號: 201410721025.0
• 申請日: 2015-08-02
• 公開（公告）號: CN104496507A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 魯中良;白樹釗;劉濤;曹繼偉;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/565;C04B35/185;C04B35/10;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種面向燃氣輪機熱端部件的復雜結構陶瓷零件制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)、將表面覆膜的陶瓷粉末、短纖維、粘結劑在攪拌機中混合均勻得到混合均勻的陶瓷粉末混合物；

2)、通過激光燒結技術將混合均勻的陶瓷粉末混合物燒結成型，得到燃氣輪機復雜結構零件的陶瓷坯體；

3)、在真空環境下，將陶瓷坯體中覆膜材料熱解碳化；

4)、在真空環境下，對陶瓷坯體進行高溫滲硅/浸漬；

5)、利用化學氣相滲透技術在陶瓷坯體內部孔隙進行滲透沉積碳化硅/氧化硅。

2.根據權利要求1所述的一種面向燃氣輪機熱端部件的復雜結構陶瓷零件制造方法，其特征在于，步驟1)中，所述陶瓷粉末為碳化硅陶瓷粉末或氧化物陶瓷粉末；所述表面覆膜的陶瓷粉末占陶瓷粉末混合物總質量的質量分數為75％～85％。

3.根據權利要求1所述的一種面向燃氣輪機熱端部件的復雜結構陶瓷零件制造方法，其特征在于，步驟1)中采用氧化物陶瓷粉末時，所述陶瓷粉末混合物中還包括助燒劑，所述助燒劑占陶瓷粉末混合物的質量分數為5％～10％；所述助燒劑氧化硅、氧化鋯、氧化鎂中一種或多種的混合物。

4.根據權利要求1所述的一種面向燃氣輪機熱端部件的復雜結構陶瓷零件制造方法，其特征在于，步驟1)中，所述短纖維的材質與陶瓷粉末的材質相同，短纖維占陶瓷粉末混合物的質量分數為5％～15％。

5.根據權利要求1所述的一種面向燃氣輪機熱端部件的復雜結構陶瓷零件制造方法，其特征在于，所述粘結劑為固態顆粒聚甲基丙烯酸甲酯，粘結劑占陶瓷粉末混合物總質量的質量分數為10％～15％。

6.根據權利要求1所述的一種面向燃氣輪機熱端部件的復雜結構陶瓷零件制造方法，其特征在于，步驟2)中激光燒結的參數設置為：激光功率20W，鋪粉厚度0.1mm，激光掃描速度2000mm/s，掃描間距0.1mm，預熱溫度100℃。

7.根據權利要求1所述的一種面向燃氣輪機熱端部件的復雜結構陶瓷零件制造方法，其特征在于，步驟3)具體包括以下步驟：將陶瓷坯體放入加熱爐，在真空環境下，以3℃/min的升溫速率升溫至240℃，保溫2h；隨后以1℃/min的升溫速率升溫至320℃，保溫2h，然后以2～3℃/min的升溫速率升溫至800℃，保溫2h，在此溫度下，覆膜在陶瓷粉末表面的酚醛樹脂分解。

8.根據權利要求1所述的一種面向燃氣輪機熱端部件的復雜結構陶瓷零件制造方法，其特征在于，步驟1)中采用碳化硅陶瓷粉末時，步驟4)中采用高溫滲硅工藝；步驟4)中高溫滲硅的具體工藝為：首先將陶瓷葉片埋入硅粉中，在真空環境下經3～5h將溫度升至1410℃，然后經0.5h～2h將溫度升至1550℃，保溫0.5h，完成滲硅工藝，最后將溫度升至1600℃，保溫1h，完成排硅工藝。

9.根據權利要求1所述的一種面向燃氣輪機熱端部件的復雜結構陶瓷零件制造方法，其特征在于，步驟1)中采用氧化物陶瓷粉末時，步驟4)中采用浸漬工藝；步驟4)中浸漬的具體工藝為：對于氧化物陶瓷葉片，進行真空熱浸漬處理，浸漬壓強為0.02～0.04MPa，浸漬溫度為30～100℃，浸漬至浸漬液中不再產生氣泡，然后在真空條件下以10℃/min的升溫速率升溫至1600℃進行裂解處理。

10.根據權利要求1所述的一種面向燃氣輪機熱端部件的復雜結構陶瓷零件制造方法，其特征在于，步驟5)中化學氣相滲透的具體工藝為：以甲基三氯硅烷為氣源物質,氬氣為稀釋氣體，氫氣為載氣，通過氣體擴散進行深孔沉積,在葉片內沉積碳化硅，沉積溫度1050℃,氣氛壓力5kPa,氫氣流量300ml/min,氬氣流量350ml/min,氫氣流量與甲基三氯硅烷流量的摩爾質量比為10，沉積時間120h；

或者，步驟5)中化學氣相滲透的具體工藝為：以正硅酸乙酯為氣源物質,正硅酸乙酯水浴恒溫65℃,氬氣為稀釋氣體，氧氣為載氣，通過氣體擴散進行深孔沉積，在葉片內沉積氧化硅，沉積溫度680℃，氣氛壓力1kPa，氧氣流量15ml/min，氬氣流量350ml/min，沉積時間60h；沉積完成后通過1400℃后處理使氧化硅與氧化物陶瓷顆粒完全反應生成莫來石，提高陶瓷葉片力學性能，實現陶瓷葉片的致密化。