[發明專利]一種氧化硅陶瓷型芯及其制備方法

在審

• 申請號: 201710470724.6
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107417264A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 薛祥;張一彧
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B35/622;B22C9/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種陶瓷型芯及其制備方法。

背景技術

如今世界上戰斗機的研發速度正變得越來越快，以美國為首的西方發達國家的四代、四代半戰機已經陸續亮相，其中諸如F119、F135和F136這類先進的航空發動機頗為引人關注。世界航空科技正以一種飛快的速度邁向新的高度，所以我國也通過加快四代機的研發速度來適應當今的戰機性能要求。目前，航空發動機被譽為“戰機心臟”，各國都將其視為核心機密來加以保密。因為發動機會直接影響飛機的使用性能、可靠性和經濟性，所以它可以作為一個國家國防和科研競爭力的重要參考。經過各國長達半個多世紀的不懈努力，航空發動機的各項技術都已經有了飛速的發展。世界各國，尤其以美國為首的西方發達國家，一方面它們著重于將發動機做的越來越輕，油耗越來越低，另一方面，如何能提高發動機的推重比也漸漸被提上了日程，目前，軍用航空發動機的推重比從原來的2～3，發展到現在的15～20，提升了很多，而且推重比還正在以每年大約16％的速度在遞增。其中戰機的發動機渦輪葉片的溫度載荷可能發生劇烈的變動，它的工作環境也會很惡劣，所以它對于材料性能的要求是很苛刻的。

一般說來，想要提升航空發動機的推重比，可以提高渦輪的前端口溫度。經過研究發現，如果把它的溫度增長100℃的話，那么發動機就可以升高大概10個百分點的推力，不過渦輪前進口在運行過程中是會不斷升溫的，所以為了使發動機的渦輪部件能夠很好的適應渦輪前進口的溫度，就必須增加渦輪空心葉片的承溫能力。因此，首先，需要去提高渦輪的燃氣溫度，因為改變它，實際上是提高動力裝置的有效功率，一般而言，想要提高渦輪前溫度，大都會采用鑄造的方法，來把高溫合金鑄造成形狀復雜的空心葉片，不過，因為金屬的熔點是有上限的，所以想要通過改變合金的材料以達到提高葉片的承溫能力已經不太可能了，僅僅是依靠試用不同的材料，依靠材料的熱強性來改變發動機熱端部件的承溫能力已經不可能滿足要求了。故而，為了能實現渦輪葉片承溫能力可以不斷提高以達到要求，要么就不斷改良葉片的氣冷結構，要么就運用一些其他手段去增加空心葉片的冷卻效率。

想要去提高發動機渦輪的前溫度，最主要的就是空心氣冷葉片。一般而言，若想做出好的空心葉片，第一步得先做出能形成葉片復雜內腔的陶瓷型芯。以前，葉片的冷卻結構一般是傳統的對流、回流、撞擊孔、氣膜冷卻等方式，不過，現在已經逐漸發展成高效發散氣冷的方式，這種改變使空心葉片的冷卻溫度從300℃左右提高到了600℃以上，提升很明顯。故而，為了制造出極為復雜的渦輪葉片，就必須制造出形狀上更為復雜、尺寸更小、性能更高的陶瓷型芯。

發明內容

本發明的目的是為解決現有陶瓷型芯燒成抗彎強度低、高溫性能差的問題，而提供一種改進的氧化硅陶瓷型芯及其制備方法。

本發明氧化硅陶瓷型芯由質量比為100：(18～22)的陶瓷漿料和增塑劑混合燒結制備而成；所述的陶瓷漿料按質量份數由70～80份石英粉玻璃、20～30份鋯英粉、0.5～1份納米氧化硅和0.5～1份氧化鋯混合而成，其中所述的石英玻璃粉由200目、300目和400目的石英玻璃粉混合而成，所述的鋯英粉由180目和250目的鋯英粉混合而成；所述的增塑劑按質量比為(92～94)：(4～5)：(2～3)由石蠟、蜂蠟和聚乙烯混合而成。

本發明氧化硅陶瓷型芯的制備方法按以下步驟實現：

一、配置增塑劑：按質量比為(92～94)：(4～5)：(2～3)將石蠟、蜂蠟和聚乙烯混合均勻，得到增塑劑；

二、配置陶瓷漿料：按質量份數將70～80份石英粉玻璃、20～30份鋯英粉、0.5～1份納米氧化硅和0.5～1份氧化鋯攪拌均勻，然后放入保溫箱中在溫度為80～100℃的條件下保溫2h～4h，得到陶瓷漿料；

三、制備預制料：按質量比為100：(18～22)將步驟二得到的陶瓷漿料加入到步驟一得到的增塑劑中，攪拌4h～6h，得到預制料；

四、制備氧化硅陶瓷型芯：將壓型模具預熱至溫度為80～100℃，然后將預制料加入到壓型模具中進行壓制，再進行燒結，得到氧化硅陶瓷型芯；

其中步驟二中所述的石英玻璃粉由質量比為(4～6)：3：2的200目、300目和400目的石英玻璃粉混合而成，所述的鋯英粉由質量比為(2～4)：1的180目和250目的鋯英粉混合而成。