一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：步骤1，制备氧化锆/硼化铼复合微球：先制备出硼化铼纳米粉，然后以硼化铼纳米粉和氧化锆溶胶通过复合制备得到氧化锆/硼化铼复合微球；步骤2，准备硅基陶瓷型芯粉料：分别称取石英玻璃粉、氧化铝粉、氟化铝粉和氧化锆/硼化铼复合微球，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。本发明专利技术的制备过程简便，所制备得到的硅基陶瓷型芯极大的减少了焙烧和浇注过程中产生的裂纹和变形问题，能够满足航空发动机叶片的使用需求。能够满足航空发动机叶片的使用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法


[0001]本专利技术涉及航空零件领域，具体涉及一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法。

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。为满足陶瓷型芯性能的要求，其基体材料通常选用纯度较高的难熔氧化物或化合物，并需要经过高温稳定化处理，使陶瓷型芯在加热过程中不致发生较大的晶型和变化。氧化硅基陶瓷型芯高温性能优良，易于脱出，应用广泛，现有技术中以石英玻璃粉作为基体材料制备氧化硅基陶瓷型芯，通常选用氧化锆作为矿化剂，但是由于氧化锆随温度的提高会伴随相变，引起体积变化，导致陶瓷型芯焙烧和浇注过程中产生裂纹，因此需要一种新型的方法制备硅基陶瓷型芯，以满足航空发动机叶片的使用需求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中以石英玻璃粉作为基体材料制备氧化硅基陶瓷型芯，通常选用氧化锆作为矿化剂，但是由于氧化锆随温度的提高会伴随相变，引起体积变化，导致陶瓷型芯焙烧和浇注过程中产生裂纹的问题，本专利技术的目的是提供一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法。
[0005]本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
[0006]一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，制备氧化锆/硼化铼复合微球：
[0008]先制备出硼化铼纳米粉，然后以硼化铼纳米粉和氧化锆溶胶通过复合制备得到氧化锆/硼化铼复合微球；
[0009]步骤2，准备硅基陶瓷型芯粉料：
[0010]分别称取石英玻璃粉、氧化铝粉、氟化铝粉和氧化锆/硼化铼复合微球，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]100份石英玻璃粉、22～35份氧化铝粉、12～18份氧化锆/硼化铼复合微球、2～8份氟化铝粉和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1～2:5:1～2。
[0018]优选地，所述氧化铝粉的粒度为200～300目，所述氟化铝粉的粒度为200～300目。
[0019]优选地，所述氧化锆/硼化铼复合微球的粒度为100～200目。
[0020]优选地，所述增塑剂由石蜡、硬脂酸和聚乙烯按照质量比为25～35:1:0.6～0.8混合得到。
[0021]优选地，所述步骤1具体为：
[0022]S1.制备硼化铼：
[0023]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；
[0024]S2.制备氧化锆溶胶：
[0025]以氧氯化锆作为锆源、乙酰丙酮作为稳定剂、过氧化氢作为第一催化剂以及无水乙醇作为溶剂进行搅拌反应，制备得到氧化锆溶胶；
[0026]S3.制备氧化锆/硼化铼混合微球：
[0027]将硼化铼纳米粉与氧化锆溶胶混合，并加入尿素和甲醛溶液，第一次搅拌处理后，加入第二催化剂，第二次搅拌处理后，依次经过静置、过滤、洗涤和干燥处理，得到氧化锆/硼化铼混合微球；
[0028]S4.制备氧化锆/硼化铼复合微球：
[0029]将氧化锆/硼化铼混合微球进行烧结处理，得到氧化锆/硼化铼复合微球。
[0030]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。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]优选地，所述S1中的烧结过程为：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。
[0034]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。
[0035]优选地，所述S1中的干燥是在真空箱内干燥。
[0036]优选地，所述S2中，反应温度为常温，搅拌速度为300～500rpm，反应时间为0.5～1h。
[0037]优选地，所述S2中，氧氯化锆、乙酰丙酮、过氧化氢与无水乙醇的质量比为1:1.6～2.1:1.8～2.4:8～10。
[0038]优选地，所述S3中，硼化铼纳米粉与氧化锆溶胶混合的过程，是采用超声处理的方
法混合均匀。
[0039]优选地，所述S3中，第一次搅拌处理是在室温条件下进行，搅拌速度为300～500rpm，搅拌时间为0.2～0.5h。
[0040]优选地，所述S3中，第二次搅拌处理是在室温条件下进行，搅拌速度为400～600rpm，搅拌时间为0.5～1h。
[0041]优选地，所述S3中，硼化铼纳米粉与氧化锆溶胶的质量比为1:5～8。
[0042]优选地，所述S3中，甲醛溶液的质量分数为25％～37％，尿素、甲醛溶液与氧化锆溶胶的质量比为1:1.5～1.8:12～16。
[0043]优选地，所述S3中，第二催化剂为无机酸溶液，无机酸溶液的pH为1.0～2.0，第二催化剂的加入量为氧化锆溶胶质量的3％～5％。
[0044]优选地，所述S3中，静置时间为0.5～1h，洗涤是使用无水乙醇和蒸馏水依次洗涤，干燥是在真空箱内干燥。
[0045]优选地，所述S4中，烧结处理是在石墨炉内进行，烧结的过程是在惰性气体的保护下进行，烧结的温度为800～1000℃，烧结的时间为3～5h。
[0046]优选地，所述步骤2中，石英玻璃粉、氧化铝粉、氟化铝粉和氧化锆/硼化铼复合微球置于粉料搅拌机中进行混合，混合时间为2～5h。
[0047]优选地，所述步骤3中，增塑剂在加入之前为熔融态，且粉料搅拌机的温度升高至100～120℃，增塑剂加入后，继续混合的时间为5～10h。
[0048]优选地，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，制备氧化锆/硼化铼复合微球：先制备出硼化铼纳米粉，然后以硼化铼纳米粉和氧化锆溶胶通过复合制备得到氧化锆/硼化铼复合微球；步骤2，准备硅基陶瓷型芯粉料：分别称取石英玻璃粉、氧化铝粉、氟化铝粉和氧化锆/硼化铼复合微球，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。2.根据权利要求1所述的一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，所述硅基陶瓷型芯的成分按照重量份数计算，包括：100份石英玻璃粉、22～35份氧化铝粉、12～18份氧化锆/硼化铼复合微球、2～8份氟化铝粉和15～20份增塑剂。3.根据权利要求2所述的一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法，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1～2:5:1～2。4.根据权利要求2所述的一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，所述氧化铝粉的粒度为200～300目，所述氟化铝粉的粒度为200～300目。5.根据权利要求2所述的一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，所述氧化锆/硼化铼复合微球的粒度为100～200目。6.根据权利要求2所述的一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于...

【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：