一种硅基陶瓷型芯及制备制造技术

一种硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述型芯由下述重量百分比组成的原料制备而成：多孔石英玻璃粉３０～５０％；莫来石矿化剂１０～１５％；增塑剂１８～２２％；石英玻璃粉余量；其中多孔石英玻璃粉的孔隙率为１０～２０％，粒度在１５０目～１８０目之间；莫来石矿化剂的粒度小于３２０目；石英玻璃粉的粒度在１８０目～２４０目之间；增塑剂是１０～１５％的蜂蜡、３～５％的聚乙烯、其余为石蜡的混合物。将原料充分混合，在压芯机上用模具压制成型后，进行焙烧，焙烧温度为２００±１０℃，４～８ｈ＋４００±１０℃，４～８ｈ＋６００±１０℃，１ｈ＋９００±１０℃，１ｈ＋１２００±１０℃，６～１０ｈ；再进行高、低温强化。本发明专利技术制造出了符合要求的陶瓷型芯，为Ｒ０１１０重型燃机Ⅱ级导向器叶片的制造奠定了基础。

Silicon based ceramic mold core and preparation thereof

A silica based ceramic core, which is characterized in that the core by the weight percentage composition of the prepared porous silica glass powder: 30 ~ 50%; mullite mineralizer 10 ~ 15% and 18 ~ 22%; plasticizer; residual quartz glass powder; the porosity of porous quartz glass powder from 10 to 20%, the size of between 150 to 180 mesh size; mullite mineralizer is less than 320 meshes; quartz glass powder particle size between 180 to 240 mesh; plasticizer is 10 ~ 15%, 3 ~ 5% of polyethylene wax, paraffin mixture for the rest. The raw materials are fully mixed in the core pressing machine by die pressing, baking, roasting temperature 200 - 10 DEG C, 4 ~ 8h400 + 10 C, 4 ~ 8h600 + 10 + - 10 DEG C, 1h900, 1h1200 + 10 C, 6 ~ 10h; then the high and low temperature strengthening. The ceramic core made up of the invention meets the requirement, and lays the foundation for the manufacture of the vane of the secondary guiding device of the R0110 heavy-duty gas turbine.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及R0110重型燃机II级导向器叶片的制备技术，具体地，提供了 铸造用R0110重型燃机II级导向器叶片的硅基陶瓷型芯及其制备，铸造用R0110 重型燃机II级导向器叶片型壳的制造方法，R0110重型燃机II级导向器叶片的 浇注方法。
技术介绍
R0110重型燃机II级导向器叶片为大型复杂内腔结构等轴晶无余量空心熔 模精铸叶片，外形尺寸大(尺寸为以往导向叶片的2 3倍，体积为其6^9倍)， 其上、下缘板面积大，并且内腔为交错网格状复杂结构(如图l、 2),尺寸精度 要求高。该叶片的结构设计尚属首创，在叶片的铸造制备方面，无论是从内腔 的陶瓷型芯、型壳的制备、以及浇注的工艺条件上来说，也都提出了更高的要 求，首先无论是从尺寸体积上，还是复杂程度上，R0110重型燃机II级导向器 叶片形成内腔的陶瓷型芯均远远超过现有的国产发动机导向叶片用陶瓷型芯 (见图1)。由于陶瓷型芯的大尺寸及结构复杂的事实，决定了不能用传统的 陶瓷型芯制造工艺生产该型芯，同时还要考虑到叶片浇注后的脱除问题。如果 采用传统的硅基陶瓷型芯制造工艺，首先面临的是型芯的烧成问题，该问题主 要是型芯的裂纹及变形。如果型芯焙烧过程中产生裂纹，有可能不能获得完整 的型芯(型芯在焙烧后从焙烧罐中取出时就已断裂或根本取不出)，也有可能在 型芯上产生微小的裂纹，在制蜡模或浇注的过程中因强度不足而发生断裂，导致陶瓷型芯无法使用。采用传统方法即使型芯在焙烧后不断裂，也有可能产生 变形，当变形量较大时，陶瓷型芯将无法使用，在制蜡模的过程中，在陶瓷型 芯在蜡模模具中就已经断裂，压出蜡模后型芯断裂无法使用。裂纹及变形产生 的主要原因是陶瓷型芯在焙烧过程中的收縮率过大造成的。传统硅基型芯在焙 烧过程中要产生大约0.4 1.2%的烧成收縮，这样在焙烧过程中会产生较大的内 应力，造成型芯的断裂，如果通过在焙烧前填料不振实的办法减小裂纹的话， 那么会造成变形量较大的问题，这样就会在裂纹和变形间产生一对矛盾，顾此失彼，或者两者同时存在。由于Rono重型燃机n级导向器叶片用陶瓷芯的特殊性，所以传统工艺根本无法满足该型芯的生产。其次传统工艺生产的陶瓷型 芯还面临着叶片浇注完后陶瓷型芯从叶片中脱除的问题。由于该叶片的结构特 点，内腔气冷通道错综复杂，并且陶瓷型芯的脱除口狭小，这就决定了陶瓷型 芯从叶片中的脱除是极其困难的，如果叶片在腐蚀液中浸泡过长时间，会对叶 片的金属材料造成腐蚀，严重的会影响叶片的正常使用而必须报废。传统的工艺制造硅基陶瓷型芯的空隙率较低， 一般为23~30%，因此不利于腐蚀液向陶瓷 型芯内部的渗入，所以影响脱芯速度。另外，R0110重型燃机n级导向器叶片外形尺寸大，尺寸精度要求高，其 上、下缘板面积大，叶片重量重，并且缘板上有5 mm的封严沟槽等(见图2)。以 上结构特点使得R0110重型燃机II级导向器叶片在铸造上具有很大难度，对其 熔模铸造型壳有特殊的要求，要求型壳有足够的高温强度和高的高温挠度及良 好的退让性，要求型壳的自重变形量小，传统的型壳帝隨方法已不能满足要求。最后，对于以往的透平机导向器叶片来讲，根据其结构特点，传统的浇冒 系统及组合方案为侧注式，虽然有排气性好、金属液对铸型的冲击较小等优点， 但对于ROl 10重型燃机II级导向器叶片并不适用。这是因为ROl 10重型燃机n级导向器叶片的内腔为错综复杂的网格式结构，并且壁厚较薄，陶瓷型芯在内 部对金属的补縮起阻挡作用，造成补縮不畅，由此导致侧注式方案使得叶片叶身厚大部位处产生大的縮孑L缺陷，并且容易造成冷隔和欠铸缺陷的出现。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种硅基陶瓷型芯及其制备技术，通过该方法 制备的硅基陶瓷型芯没有裂纹及变形，并且易于脱除。本专利技术的又一目的在于提供一种Roiio重型燃机n级导向器叶片用型壳的 制造方法，通过该方法制备的ROiio重型燃机n级导向器叶片用型壳具备足够 的高温强度和高的高温挠度及良好的退让性，并且自重变形量小，可以满足铸造R0110重型燃机II级导向器叶片的使用要求。本专利技术的第三个目的在于提供一种R0110重型燃机II级导向器叶片的浇铸方法，该方法具有良好充型性能的，并且易于形成顺序凝固而获得组织致密的铸件。本专利技术具体提供了一种硅基陶瓷型芯，其特征在于:所述型芯由下述重量百 分比组成的原料制备而成多孔石英玻璃粉 3(^50%; 莫来石矿化剂 1(M5%; 增塑剂 18~22%; 石英玻璃粉 余量； 其中多孔石英玻璃粉的孔隙率为10~2线，粒度在150目~180目之间；莫来石矿化剂的粒度小于320目；石英玻璃粉的粒度在180目~240目之间；增塑剂是10~15%的蜂蜡、3 5%的聚乙烯、其余为石蜡的混合物。本专利技术还提供了上述硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于将原料充分混 合，在压芯机上用模具压制成型后，进行焙烧，焙烧 显度为200il(TC， 4~8h + 400±10°C， 4^8h + 600±10°C， lh + 900±10°C， 1 h+1200±10°C， 6~10h;再进行 常规的高、低温强化。为了保证陶瓷型芯在浇注后可从R0110重型燃机II级导向器叶片中快速脱 除，采用了如下脱除工艺-.采用重量为35°/"0%的NaOH的水溶液，在高温高压脱芯釜内，在 0.4~0.5MPa的压力下，在18(K20(TC的温度下，经机械搅拌和超声波振动，经 24~48小时即可将陶瓷型芯从叶片中脱除干净。本专利技术硅基陶瓷型芯及其制备方法，通过对传统硅基陶瓷型芯制造及脱除 工艺加以改进，解决了 R0110重型燃机II级导向器叶片用陶瓷型芯的制造问题， 生产出了满足要求的陶瓷型芯，并且实现了陶瓷型芯的快速脱除，为该叶片的 精密铸造奠定了基础。为了解决陶瓷型芯在焙烧过程中产生裂纹和变形的矛盾， 本专利技术在传统的石英玻璃粉中加入了一定量的多孔形石英玻璃粉以取代部分传 统石英玻璃粉的使用。通过本专利技术制造的硅基陶瓷型芯，由于加入了一定量多孔形石英玻璃粉， 及采用粉料粒度的粗细搭配，及适当延长低温排蜡期的时间和终烧温度时间， 使得烧成收縮控制在(HX2Q/。之间，这样解决了裂纹和变形的矛盾问题。由于多 孔形石英玻璃粉的加入，可以有效吸收焙烧过程中的焙烧应力，同时有一定比例的较粗粉料形成框架，这样可以减小烧成收縮，避免了裂纹的产生，同时还 有效控制了型芯的变形，制成符合要求的陶瓷型芯。该工艺制备出的硅基陶瓷型芯的孔隙率可以达到3545%。传统的脱芯工艺无机械搅拌和超声波振动。由于本专利技术硅基陶瓷型芯的孔 隙率较传统硅基陶瓷型芯的孔隙率要高，所以有利于腐蚀液的快速渗入，提高 了脱芯速度，同时本专利技术脱芯工艺增加了机械搅拌和超声波振动，以及高温高压均可加快脱芯速度，可以保证R0110重型燃机II级导向器叶片陶瓷型芯快速 脱除。总之，通过对传统工艺的改进及新材料新方法的应用，专利技术了本硅基陶瓷 型芯制造工艺及快速脱除工艺，制造出了符合要求的陶瓷型芯，为R0110重型 燃机II级导向器叶片的制造奠定了基础。另外，本专利技术提供了一种Roiio重型燃机n级导向器叶片用型壳的制造方法，通过在蜡模上逐层反复进行挂浆、撒砂、干燥步骤获得，其特征在于工艺参数为:<table&g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述型芯由下述重量百分比组成的原料制备而成：多孔石英玻璃粉３０～５０％；莫来石矿化剂１０～１５％；增塑剂１８～２２％；石英玻璃粉余量；其中多孔石英 玻璃粉的孔隙率为１０～２０％，粒度在１５０目～１８０目之间；莫来石矿化剂的粒度小于３２０目；石英玻璃粉的粒度在１８０目～２４０目之间；增塑剂是１０～１５％的蜂蜡、３～５％的聚乙烯、其余为石蜡的混合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丛健，孙革，张世东，冯文刚，贾东晨，
申请(专利权)人：沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]