一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺，包括以下步骤：步骤1，制备增强相粉：先制备出硼化铼纳米粉，然后以硼化铼纳米粉和钪盐反应液通过复合制备得到增强相粉；步骤2，准备硅基陶瓷型芯粉料：分别称取石英玻璃粉、硅酸锆粉、云母粉和增强相粉，并混合均匀；步骤3，制备硅基陶瓷型芯混料：称取增塑剂混入至硅基陶瓷型芯粉料，继续混合处理；步骤4，制备硅基陶瓷型芯：压制成型后，放入石墨炉内进行烧结，得到硅基陶瓷型芯。本发明专利技术主要采用的原料为石英玻璃粉、硅酸锆粉、云母粉和增强相粉，然后使用增塑剂进行黏结混合，在经过压制成型和烧结，最终得到的陶瓷型芯具有更好的耐高温性以及力学性能。好的耐高温性以及力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺


[0001]本专利技术涉及航空发动机领域，具体涉及一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺。

技术介绍

[0002]随着航空发动机推重比的不断升级，涡轮前进口温度不断提高，对发动机叶片的能力要求也越来越高。叶片从实现发展到空心，从多晶发展到单晶，叶片内腔形状也日趋复杂。陶瓷型芯是形成叶片内腔的关键部件，其制造技术已经成为空心冶炼制造的关键技术。
[0003]陶瓷型芯的性能在很大程度上取决于其基体材料的性能。以石英玻璃为主要材料的硅基型芯和以氧化铝为主要材料的铝基型芯是目前的两种主要陶瓷型芯。其中，硅基型芯易溶于碱液中，因此与铝基型芯相比更容易从空心叶片中脱除，但其耐火度较低，抗高温蠕变性能较差，因此通常在1550℃以下用于高温合金空心叶片的铸造。近年来，研究者通过在陶瓷基体中添加增强相来提升硅基陶瓷型芯的高温力学性能，但是现有的增强相对于陶瓷型芯的增强效果较为有限。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的现有的增强相对于陶瓷型芯的增强效果较为有限的问题，本专利技术的目的是提供一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺。
[0005]本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
[0006]一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺，包括以下步骤：
[0007]步骤1，制备增强相粉：
[0008]先制备出硼化铼纳米粉，然后以硼化铼纳米粉和钪盐反应液通过复合制备得到增强相粉；
[0009]步骤2，准备硅基陶瓷型芯粉料：/>[0010]分别称取石英玻璃粉、硅酸锆粉、云母粉和增强相粉，并混合均匀，得到硅基陶瓷型芯粉料；
[0011]步骤3，制备硅基陶瓷型芯混料：
[0012]按量称取增塑剂混入至硅基陶瓷型芯粉料，继续混合处理，得到硅基陶瓷型芯混料；
[0013]步骤4，制备硅基陶瓷型芯：
[0014]将硅基陶瓷型芯混料置于模具中，压制成型后，放入石墨炉内进行烧结，得到硅基陶瓷型芯。
[0015]优选地，所述硅基陶瓷型芯的成分按照重量份数计算，包括：
[0016]80～100份石英玻璃粉、26～33份硅酸锆粉、15～21份增强相粉、10～15份云母粉和15～20份增塑剂。
[0017]优选地，所述石英玻璃粉的粒度为200～500目，其中，粒度为200～300目的石英玻
璃粉、粒度为300～400目的石英玻璃粉与粒度为400～500目的石英玻璃粉的质量比为2～3:5:1～2。
[0018]优选地，所述硅酸锆粉的粒度为200～300目。
[0019]优选地，所述增强相粉的粒度为100～200目。
[0020]优选地，所述云母粉的成分中，氧化硅的质量占比不低于48％，氧化铝的质量占比不低于30％；云母粉的粒度为200～300目。
[0021]优选地，所述增塑剂由石蜡、蜂蜡和乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物按照质量比为86～92:5～8:1～3混合得到。
[0022]优选地，所述步骤1中，增强相粉为硼化铼/氧化钪复合物，硼化铼/氧化钪复合物的制备方法为：
[0023]S1.制备硼化铼纳米粉：
[0024]以二氧化铼与硼粉作为原料、金属卤化物作为辅助剂依次经过球磨、烧结、洗涤和干燥处理，得到硼化铼纳米粉；
[0025]S2.制备钪盐反应液：
[0026]以氯化钪和草酸铵作为反应物、聚乙二醇作为分散剂、去离子水作为溶剂，调节反应液的pH为8.0～9.0，搅拌混合反应，形成钪盐反应液；
[0027]S3.制备硼化铼/钪盐复合物：
[0028]将硼化铼纳米粉与钪盐反应液混合，降低反应液的pH至3.0～4.0，过滤并收集固体，得到硼化铼/钪盐复合物；
[0029]S4.制备硼化铼/氧化钪复合物：
[0030]将硼化铼/钪盐复合物置于石墨炉内烧结，得到硼化铼/氧化钪复合物。
[0031]优选地，所述S1中，金属卤化物为氯化钠、氯化钾、氯化镁中的至少一种。
[0032]优选地，所述S1中，二氧化铼、硼粉与金属卤化物的质量比为10.2～12.4:1:0.15～0.3。
[0033]优选地，所述S1中的球磨过程为：称取原料和辅助剂混合至行星球磨仪中，使用氧化锆球以200～500rpm的速度进行球磨，球磨时间为1～3h。
[0034]优选地，所述S1中，烧结过程为：将球磨后的产物置于坩埚内，再将坩埚放入石墨炉内，在惰性气体的保护下，先将石墨炉升温至700～900℃烧结1～2h，再将石墨炉升温至1000～1200℃烧结2～3h。
[0035]优选地，所述S1中的洗涤过程为：先将烧结后的产物与去离子水混合，超声均匀后，升温至65～85℃，搅拌反应1～2h，过滤收集固体，之后将收集的固体依次使用蒸馏水和无水乙醇洗涤。
[0036]优选地，所述S1中的干燥是在真空箱内干燥。
[0037]优选地，所述S2中，反应是在常温的搅拌下进行，搅拌时间为0.5～1h，搅拌速度为200～500rpm。
[0038]优选地，所述S2中，氯化钪、草酸铵、聚乙二醇与去离子水的质量比为1:3.2～3.8:0.02～0.05:15～20。
[0039]优选地，所述S3中，硼化铼纳米粉与钪盐反应液混合后，升温至60～80℃。
[0040]优选地，所述S3中，硼化铼纳米粉与钪盐反应液的质量比为1:12～15。
[0041]优选地，所述S3中，硼化铼纳米粉与钪盐反应液混合后，先超声分散均匀，之后在搅拌的条件下不断降低反应液的pH，直至反应液的pH达到3.0～4.0后，过滤并收集固体。
[0042]优选地，所述S3中，将过滤收集的固体使用纯化水清洗至清洗液为中性，真空干燥后，得到硼化铼/钪盐复合物。
[0043]优选地，所述S4中，烧结分为两个阶段：第一阶段升温至550～650℃并保温处理1～2h；第二阶段升温至800～900℃，保温处理2～3h。
[0044]优选地，所述步骤2中，石英玻璃粉、硅酸锆粉、云母粉和增强相粉置于粉料搅拌机中进行混合，混合时间为2～4h。
[0045]优选地，所述步骤3中，增塑剂以熔融态与硅基陶瓷型芯粉料混合，增塑剂加入之前粉料搅拌机预热至100～120℃，增塑剂加入后，保温并混合5～10h。
[0046]优选地，所述步骤4中，烧结分为两个阶段：第一阶段升温至450～550℃并保温处理1～3h；第二阶段升温至1200～1300℃，保温处理4～6h，冷却后得到硅基陶瓷型芯。
[0047]本专利技术的有益效果为：
[0048]本专利技术公开了一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺，主要采用的原料为石英玻璃粉、硅酸锆粉、云母粉和增强相粉，然后使用增塑剂进行黏结混合，在经过压制成型和烧结，最终得到的陶瓷型芯具有更好的耐高温性以及力学性能。
[0049]本专利技术在常规使用的石英玻璃粉中，选用了200～50本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，制备增强相粉：先制备出硼化铼纳米粉，然后以硼化铼纳米粉和钪盐反应液通过复合制备得到增强相粉；步骤2，准备硅基陶瓷型芯粉料：分别称取石英玻璃粉、硅酸锆粉、云母粉和增强相粉，并混合均匀，得到硅基陶瓷型芯粉料；步骤3，制备硅基陶瓷型芯混料：按量称取增塑剂混入至硅基陶瓷型芯粉料，继续混合处理，得到硅基陶瓷型芯混料；步骤4，制备硅基陶瓷型芯：将硅基陶瓷型芯混料置于模具中，压制成型后，放入石墨炉内进行烧结，得到硅基陶瓷型芯；其中，硅基陶瓷型芯的成分按照重量份数计算，包括：80～100份石英玻璃粉、26～33份硅酸锆粉、15～21份增强相粉、10～15份云母粉和15～20份增塑剂。2.根据权利要求1所述的一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于，所述石英玻璃粉的粒度为200～500目，其中，粒度为200～300目的石英玻璃粉、粒度为300～400目的石英玻璃粉与粒度为400～500目的石英玻璃粉的质量比为2～3:5:1～2。3.根据权利要求1所述的一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于，所述硅酸锆粉的粒度为200～300目。4.根据权利要求1所述的一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于，所述增强相粉的粒度为100～200目。5.根据权利要求1所述的一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于，所述云母粉的成分中，氧化硅的质量占比不低于48％，氧化铝的质量占比不低于30％；云母粉的粒度为200～300目。6.根据权利要求1所述的一种用于航空发动机的陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于，所述增塑剂由石蜡...

【专利技术属性】
技术研发人员：钮计芹，崔锴，张红利，
申请(专利权)人：江苏智疆航空科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：