[發明專利]原位生成莫來石晶須增強的硅基陶瓷型芯及其3D打印制備方法

在審

• 申請號: 202110401034.1
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113135738A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 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: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/81;C04B35/622;C04B35/64;B28B1/00;B22C9/10;B33Y10/00;B33Y80/00;B33Y70/10
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;牛彥存

本發明公開原位生成莫來石晶須增強的硅基陶瓷型芯及其3D打印制備方法。所述制備方法包括以下步驟：1）按照型芯料漿的組成準備各原料并將其混合均勻以形成型芯料漿；2）采用光固化3D打印方法將型芯料漿成型為型芯素坯；3）將型芯素坯燒結并利用三氟化鋁促使γ?氧化鋁和石英玻璃原位反應生成的莫來石晶核定向生長為莫來石晶須；4）將燒結后的型芯素坯浸泡于硅酸乙酯水解液中，在負壓環境下使硅酸乙酯水解液滲透進入型芯素坯的孔隙，然后干燥獲得原位生成莫來石晶須增強的硅基陶瓷型芯。上述原位生成莫來石晶須增強的硅基陶瓷型芯的制備方法，不再需要設計和制作壓制型芯的模具，可直接制備出高性能的陶瓷型芯素坯。

技術領域

本發明屬于陶瓷型芯制備技術領域，具體涉及一種原位生成莫來石晶須增強的硅基陶瓷型芯及其3D打印制備方法。

背景技術

高溫合金渦輪葉片是航空發動機的關鍵熱端部件之一，其性能對于航空發動機推重比和可靠性的提升具有重要的影響。目前，渦輪葉片的主要材料為鎳基高溫合金，提高其承溫能力的主要技術手段包括熱障涂層和空心氣冷技術，而所采用的制造工藝主要為定向凝固熔模鑄造。

鎳基高溫合金空心葉片的制造流程主要包括：將陶瓷型芯通過模具壓入葉片的蠟模中，然后將帶有型芯的蠟模進行組合，得到模組，再經沾漿、淋砂、干燥、脫蠟、焙燒等制備出葉片定向凝固成型用陶瓷型殼；之后，將型殼放置在真空定向凝固爐中進行葉片的拉制，最后對葉片進行清殼、脫芯、后處理與檢測，最終獲得空心渦輪葉片成品。在渦輪葉片的制造過程中，陶瓷型芯是關鍵的耗材之一，也是實現葉片空心結構成型的關鍵所在，在空心渦輪葉片的制造中長期占據重要的地位。陶瓷型芯一般由石英玻璃、氧化鋁等陶瓷材料通過熱壓注工藝制備。采用傳統的壓芯機制備陶瓷型芯，雖然可以獲得性能優良的陶瓷型芯，但是成型與否與成型精度仍受限于模具。隨著葉片空心結構的日益復雜化，模具自身的制造難度也隨之增加，甚至模具的制造水平已經難以跟上空心結構設計的步伐，因此亟待尋求新的技術來實現復雜結構陶瓷型芯的制備。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種原位生成莫來石晶須增強的硅基陶瓷型芯及其3D打印制備方法，在顯著提高硅基陶瓷型芯高溫強度的同時，能夠保持良好的堿液溶出性能。

為了達到上述目的，本發明提供以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種原位生成莫來石晶須增強的硅基陶瓷型芯的3D打印制備方法。所述制備方法包括以下步驟：

1)按照型芯料漿的組成準備各原料并將其混合均勻以形成型芯料漿；所述型芯料漿包括陶瓷芯料和光固化樹脂，其中，所述陶瓷芯料包括80-95wt％的石英玻璃粉、3-12wt％的γ-氧化鋁粉和2-8％的三氟化鋁粉；

2)采用光固化3D打印方法將型芯料漿成型為型芯素坯；

3)將型芯素坯燒結并利用三氟化鋁促使γ-氧化鋁和石英玻璃原位反應生成的莫來石晶核定向生長為莫來石晶須；

4)將燒結后的型芯素坯浸泡于硅酸乙酯水解液中，在負壓環境下使硅酸乙酯水解液滲透進入型芯素坯的孔隙，然后干燥獲得原位生成莫來石晶須增強的硅基陶瓷型芯。

上述原位生成莫來石晶須增強的硅基陶瓷型芯的制備方法，成功將硅基材料的易溶于堿液脫除特性、莫來石晶須的原位增強作用以及可成型復雜精細結構的3D打印技術相結合，充分發揮三者的優勢，不再需要設計和制作壓制型芯的模具，也無需經歷合模、脫模等過程，可直接制備出高性能的陶瓷型芯素坯，縮短了研發和制造周期。而且，所得硅基陶瓷型芯產品的設計自由度高，可直接在計算機中修改三維模型尺寸以及3D打印工藝參數克服誤差，利于規模化、個性化生產。