[發(fā)明專(zhuān)利]一種面向燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷零件制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410721025.0
• 申請(qǐng)日: 2015-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104496507A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯中良;白樹(shù)釗;劉濤;曹繼偉;李滌塵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/80
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/80;C04B35/565;C04B35/185;C04B35/10;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于快速鑄造領(lǐng)域，特別涉及一種面向燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷零件制造方法。

【背景技術(shù)】

隨著燃?xì)廨啓C(jī)冷卻系統(tǒng)不斷復(fù)雜化，其制造加工難度不斷加大，傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式已經(jīng)很難滿(mǎn)足其加工要求。新型、有效的制造方法的開(kāi)發(fā)研究成為該領(lǐng)域科研工作者所追求的目標(biāo)。

目前國(guó)內(nèi)外主要采用熔模鑄造技術(shù)制備燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件：首先通過(guò)熱壓注等工藝制備出具有復(fù)雜形狀的陶瓷型芯；然后制造出金屬模具，將陶瓷型芯裝配在金屬模具中，用蠟將金屬模具和陶瓷型芯之間的間隙填充后將金屬模具去除，從而獲得具有內(nèi)部陶瓷型芯的蠟?zāi)＃蛔詈螅瑢⑾災(zāi)＿M(jìn)行多次掛漿、干燥等工藝操作，制得一定厚度的型殼；在爐中將蠟熔化流出或蒸發(fā)，將型芯型殼一起燒結(jié)，獲得陶瓷鑄型，最后澆注金屬獲得零件。這種方法工藝周期長(zhǎng)、難度大、成本高，不利于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，并且型芯型殼通過(guò)裝配結(jié)合在一起，會(huì)引入裝配誤差導(dǎo)致零件的偏芯、穿孔等缺陷。

激光燒結(jié)技術(shù)是一種較成熟的增材制造技術(shù)，其適用材料必須具有適度的導(dǎo)熱性，經(jīng)激光燒結(jié)后要有足夠的粘接強(qiáng)度。而陶瓷的燒結(jié)溫度很高，很難用激光直接燒結(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于提供一種面向燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷零件制造方法，該方法利用增材制造技術(shù)將復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷零件直接加工成型，通過(guò)滲硅或浸漬處理、化學(xué)氣相滲透等工藝提高機(jī)械性能以滿(mǎn)足使用要求。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種面向燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷零件制造方法，包括以下步驟：

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

2)、通過(guò)激光燒結(jié)技術(shù)將混合均勻的陶瓷粉末混合物燒結(jié)成型，得到燃?xì)廨啓C(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的陶瓷坯體；

3)、在真空環(huán)境下，將陶瓷坯體中覆膜材料熱解碳化；

4)、在真空環(huán)境下，對(duì)陶瓷坯體進(jìn)行高溫滲硅/浸漬；

5)、利用化學(xué)氣相滲透技術(shù)在陶瓷坯體內(nèi)部孔隙進(jìn)行滲透沉積碳化硅/氧化硅。

優(yōu)選的，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(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75％～85％。

優(yōu)選的，所述碳化硅陶瓷粉末的粒徑為2～45μm，氧化物陶瓷粉末的粒徑為10～80μm。

優(yōu)選的，步驟1)中采用氧化物陶瓷粉末時(shí)，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(zhì)量分?jǐn)?shù)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。

優(yōu)選的，步驟1)中，所述短纖維的材質(zhì)與陶瓷粉末的材質(zhì)相同，短纖維占陶瓷粉末混合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％～15％。

優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為固態(tài)顆粒聚甲基丙烯酸甲酯，粘結(jié)劑占陶瓷粉末混合物總質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～15％。

優(yōu)選的，步驟2)中激光燒結(jié)的參數(shù)設(shè)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(yù)熱溫度100℃。

優(yōu)選的，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(huán)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(shù)脂分解。

優(yōu)選的，步驟1)中采用碳化硅陶瓷粉末時(shí)，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(huán)境下經(jīng)3～5h將溫度升至1410℃，然后經(jīng)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。

優(yōu)選的，步驟1)中采用氧化物陶瓷粉末時(shí)，步驟4)中采用浸漬工藝；步驟4)中浸漬的具體工藝為：對(duì)于氧化物陶瓷葉片，進(jìn)行真空熱浸漬處理，浸漬壓強(qiáng)為0.02～0.04MPa，浸漬溫度為30～100℃，浸漬至浸漬液中不再產(chǎn)生氣泡，然后在真空條件下以10℃/min的升溫速率升溫至1600℃進(jìn)行裂解處理。

優(yōu)選的，步驟5)中化學(xué)氣相滲透的具體工藝為：以甲基三氯硅烷為氣源物質(zhì),氬氣為稀釋氣體，氫氣為載氣，通過(guò)氣體擴(kuò)散進(jìn)行深孔沉積,在葉片內(nèi)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(zhì)量比為10，沉積時(shí)間120h；