[發明專利]鈦酸鉀晶須增強的硅基陶瓷型芯3D打印制備方法

在審

• 申請號: 202110348646.9
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN112979333A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 馬勁松;于清曉;徐靜;李飛;來俊華
• 申請（專利權）人: 上海聯泰科技股份有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/14;C04B35/622;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種鈦酸鉀晶須增強的硅基陶瓷型芯3D打印制備方法，通過將石英玻璃粉、硅酸鋯粉和鈦酸鉀晶須干混制成陶瓷芯料后進一步加入光固化樹脂并球磨共混得到陶瓷型芯料漿，經過3D打印逐層固化得到陶瓷型芯素坯，再將陶瓷型芯素坯置于陶瓷匣缽的輕質氧化鎂粉中，在型芯燒結爐中燒結得到陶瓷型芯，最后經硅酸乙酯水解液強化后得到鈦酸鉀晶須增強的硅基陶瓷型芯。本發明使硅基陶瓷型芯在顯著提高高溫強度的同時，能夠保持良好的堿液溶出性能。

技術領域

本發明涉及的是一種陶瓷型芯領域的技術，具體是一種鈦酸鉀晶須增強的硅基陶瓷型芯3D打印制備方法。

背景技術

目前的航空發動機用高溫合金渦輪葉片的復雜空心結構仍多采用以石英玻璃為主要原料的硅基陶瓷型芯來實現成形，而硅基陶瓷型芯本身的耐火度較低，高溫強度和抗高溫蠕變等力學性能較差，且通過熱壓注工藝所制備的陶瓷型芯的復雜程度受限于模具，因此普通的熱壓注硅基陶瓷型芯已經逐漸不能滿足復雜結構高溫合金空心渦輪葉片的制造需求，而陶瓷的3D打印技術針對普通的硅基陶瓷型芯材料所存在的高溫強度低以及陶瓷纖維在漿料和型芯中分布不均勻的問題依舊無法克服。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種鈦酸鉀晶須增強的硅基陶瓷型芯3D打印制備方法，使硅基陶瓷型芯在顯著提高高溫強度的同時，能夠保持良好的堿液溶出性能。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種鈦酸鉀晶須增強的硅基陶瓷型芯3D打印制備方法，通過將石英玻璃粉、硅酸鋯粉和鈦酸鉀晶須干混制成陶瓷芯料后進一步加入光固化樹脂并球磨共混得到陶瓷型芯料漿，經過3D打印逐層固化得到陶瓷型芯素坯，再將陶瓷型芯素坯置于陶瓷匣缽的輕質氧化鎂粉中，在型芯燒結爐中燒結得到陶瓷型芯，最后經硅酸乙酯水解液強化后得到鈦酸鉀晶須增強的硅基陶瓷型芯。

所述的型芯料漿的組分及含量優選為：質量百分比含量為80-94wt％的石英玻璃粉、2-5wt％的硅酸鋯粉、3-15％鈦酸鉀晶須。

所述的石英玻璃粉，其中SiO₂含量≥99wt％，粒度分布1-100μm。

所述的硅酸鋯粉，其中Fe₂O₃雜質含量≤0.1wt％，粒度分布1-30μm。

所述的鈦酸鉀晶須，長度為1-20μm，直徑為0.3-1μm，化學成分為K₂O·6TiO ₂。

所述的光固化樹脂，其用量占陶瓷芯料30-50wt％。

所述的光固化樹脂為含有光引發劑的水性聚氨酯丙烯酸酯、水性環氧丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯中的任意一種，其粘度≤270CPS(30℃)，能夠在紫外光照射下固化，而將陶瓷粉體結合在一起。

所述的3D打印，具體為：通過計算機建立陶瓷型芯的3D模型，再按層分解，將3D模型分解成一系列厚度為25-75μm的二維模型，然后將建立好的3D模型數據輸入紫外光固化3D打印機中，并設置打印程序，再將陶瓷型芯料漿注入到3D打印機中，通過紫外光逐層掃描固化方式，將二維薄片逐層固化堆積成型，得到陶瓷型芯素坯。

所述的陶瓷型芯素坯，優選在無水乙醇中進行浸泡，去除多余的未固化樹脂，每次浸泡時間為5-10min，浸泡次數為2-4次。

所述的陶瓷型芯素坯，優選經二次固化，即將陶瓷型芯素坯放入到紫外固化箱中繼續固化1-5h。

所述的燒結，優選步驟具體為：升溫至200℃保溫2h、再升溫至500℃保溫2h、再升溫1000℃保溫2h，然后升至1200℃下保溫2h，升溫速度均為30℃/h，隨爐冷卻至室溫后出爐。

所述的硅基陶瓷型芯，優選在燒結后進行表面吹粉清理，并用型芯量具進行檢測后修型。