專利名稱：一種多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，涉及渦輪空心單晶或定向葉片的精鑄技術(shù)，具
體涉及陶瓷型芯的制備方法。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動機渦輪葉片用氧化鋁陶瓷型芯制造技術(shù)是制造復(fù)雜內(nèi)腔渦輪葉片的關(guān) 鍵技術(shù)之一。由于氧化鋁陶瓷型芯具有硅基型芯無法比擬的熱強性和熱穩(wěn)定性，而且電熔 剛玉在型芯焙燒和使用過程中沒有晶型轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與剛玉型殼具有相匹配的線膨脹 系數(shù)，非常適合鑄造單晶及共晶葉片。但氧化鋁陶瓷型芯脫芯難的問題一直困擾其應(yīng)用。 為解決氧化鋁陶瓷型芯脫芯難的問題，俄羅斯采用高溫高壓堿煮法脫出氧化鋁型芯，由于 溫度和壓力要求太高，工藝上存在危險。美國GE公司在此方面也取得重大突破，其研制成 功的復(fù)合型芯，即型芯外層具有堅實密集的表面，而內(nèi)部卻具有蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，型芯具有 40% 60X的孔隙率，70Kg/cm2的機械強度，使其獲得了良好的退讓性，從而能夠有效地防 止金屬在凝固收縮過程中，因受型芯阻礙而在鑄件內(nèi)腔產(chǎn)生熱裂紋，多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)能使 腐蝕液較快地溶解型芯，從而達到脫出型芯的目的。 我國對氧化鋁陶瓷型芯的研究已經(jīng)進行多年，尤其是北京航空材料研究院對氧化
鋁型芯的研究已經(jīng)取得長足進展，其研制的AC-1、 AC-2型氧化鋁陶瓷型芯已經(jīng)開始在定向
和單晶葉片的生產(chǎn)中使用。由于其孔隙率分別為34%和37%，脫芯仍比較困難。表l為國
內(nèi)外幾種氧化鋁型芯的性能。 表1國內(nèi)外幾種氧化鋁型芯的性能
型芯種類密度孔隙率燒成收縮抗彎強度MPag/cm3%%135CTC1500°C
AC-12. 38341.5—8
AC-22. 1370. 4 0. 6——5 6
GE公司多孔型芯—40 60一7—
俄羅斯型芯2. 5371. 0 1. 228—

發(fā)明內(nèi)容
針對以上航空發(fā)動機渦輪葉片用氧化鋁陶瓷型芯制造技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提
供一種多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法，以解決氧化鋁陶瓷型芯脫芯難的問題。 制備本發(fā)明的多孔氧化鋁陶瓷型芯的原料電熔剛玉粉、多孔型041203粉、礦化
劑和增塑劑。 多孔型a -A1203粉的制備方法如下。
以粒度為10 50 ii m的Y _A1203粉為原料，采用箱式高溫電爐，將Y _A1203粉進 行高溫煅燒，煅燒溫度1400°C 1500°C，時間3 5小時。隨爐冷卻至常溫，將煅燒后的產(chǎn) 物球磨至粒度為1 25 ii m，得到多孔型a -A1203粉。 礦化劑采用1102粉，增塑劑采用石蠟。原料粒度要求為電熔剛玉粉20 80iim， 多孔型a _A1203粉1 25 ii m， Ti02粉1 10 ii m。
本發(fā)明的多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法如下。
(1)配料 按照質(zhì)量百分比計，原料配比為電熔剛玉粉43% 55%，多孔型a-AlA粉 43% 55%， Ti02粉1% 2%。 按質(zhì)量百分比計，石蠟的量為電熔剛玉粉、多孔型a -A1203粉和Ti02粉總量的 15% 22%。 (2)制備混合粉料 將原料電熔剛玉粉、多孔型a 41203粉和1102粉放入球磨罐中，球磨混料1 3小 時，將混合的物料烘干，烘干溫度140 160°C，時間3 6小時，得到混合粉料。
(3)制備混合料漿 將油浴坩堝式攪拌器加熱至100 12(TC，將石蠟加入到油浴坩堝式攪拌器中，待 石蠟全部熔化后將混合粉料加入到石蠟中，攪拌，控制攪拌速率50 150轉(zhuǎn)/分鐘，時間 12 15小時，得到混合料漿。
(4)壓制型芯 采用液壓壓芯機壓制型芯，控制混合料漿的溫度95 ll(TC，注射壓力3.0 3. 5MPa。 (5)型芯焙燒 將壓制好的型芯采用鐘罩式燒結(jié)爐焙燒，升溫制度如下。 以5 8°C /分鐘的升溫速率升溫至150 200°C ，保溫3 5小時，以5 8°C / 分鐘的升溫速率升溫至300 400°C ，保溫1 3小時，以5 8°C /分鐘的升溫速率升溫至 500 60(TC，保溫0. 5 1. 5小時，以8 12°C /分鐘的升溫速率升溫至800 IOO(TC， 保溫0. 5 1. 5小時，以1 3°C /分鐘的升溫速率升溫至1200 1400°C ，保溫5 6小 時，然后隨爐冷卻至200 30(TC，打開爐門，自然冷卻至常溫。 電熔剛玉粉顆粒為實體型，多孔型a 41203粉為空心型，空心型a 41203粉加入到 實體型電熔剛玉粉中作為型芯的基體材料，有效提高了型芯的孔隙率，本發(fā)明制備的多孔 氧化鋁陶瓷型芯孔隙率為45% 55%，能有效改善型芯的脫芯性能。
具體實施例方式
以下通過實施例進一步說明本發(fā)明的方法。 實施例1 制備多孔氧化鋁陶瓷型芯的原料電熔剛玉粉、多孔型a-A1^3粉、礦化劑和增塑 劑。 多孔型a -A1203粉的制備方法如下。 以粒度為30 ii m的Y _A1203粉為原料，采用箱式高溫電爐，將Y _A1203粉進行高
4溫煅燒，煅燒溫度1450°C，時間4小時。隨爐冷卻至常溫，將煅燒后的產(chǎn)物球磨至粒度為 12iim，得到多孔型"1203粉。 礦化劑采用T叫粉，增塑劑采用石蠟。原料粒度要求為電熔剛玉粉50ym，多孔
型a -A1203粉12 ii m， Ti02粉5 ii m。 多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法如下。
(1)配料 按照質(zhì)量百分比計，原料配比為電熔剛玉粉49%，多孔型a-AlA粉49.5X， Ti02粉1. 5%。 按質(zhì)量百分比計，石蠟的量為電熔剛玉粉、多孔型a -A1203粉和Ti02粉總量的 18%。 (2)制備混合粉料 將原料電熔剛玉粉、多孔型a -A1203粉和Ti02粉放入球磨罐中，球磨混料2小時， 將混合的物料烘干，烘干溫度150°C，時間4小時，得到混合粉料。 [OO37] (3)制備混合料漿 將油浴坩堝式攪拌器加熱至1 l(TC ，將石蠟加入到油浴坩堝式攪拌器中，待石蠟全 部熔化后將混合粉料加入到石蠟中，攪拌，控制攪拌速率100轉(zhuǎn)/分鐘，時間13小時，得到 混合料漿。 (4)壓制型芯 采用液壓壓芯機壓制型芯，控制混合料漿的溫度IO(TC，注射壓力3. 2MPa。 [OO"] (5)型芯焙燒 將壓制好的型芯采用鐘罩式燒結(jié)爐焙燒，升溫制度如下。 以6. 5°C /分鐘的升溫速率升溫至180°C ，保溫4小時，以6. 5°C /分鐘的升溫速率 升溫至350°C ，保溫2小時，以6. 5°C /分鐘的升溫速率升溫至550°C ，保溫1小時，以10°C / 分鐘的升溫速率升溫至90(TC，保溫1小時，以2°C /分鐘的升溫速率升溫至130(TC，保溫 5. 5小時，然后隨爐冷卻至25(TC，打開爐門，自然冷卻至常溫。
實施例2 制備多孔氧化鋁陶瓷型芯的原料電熔剛玉粉、多孔型a-A1^3粉、礦化劑和增塑 劑。 多孔型a -A1203粉的制備方法如下。 以粒度為50 m的Y _A1203粉為原料，采用箱式高溫電爐，將Y _A1203粉進行高 溫煅燒，煅燒溫度1500°C，時間3小時。隨爐冷卻至常溫，將煅燒后的產(chǎn)物球磨至粒度為 25 ii m，得到多孔型a -A1203粉。 礦化劑采用1102粉，增塑劑采用石蠟。原料粒度要求為電熔剛玉粉80ym，多孔
型a -A1203粉25 ii m， Ti02粉10 ii m。 多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法如下。
(1)配料 按照質(zhì)量百分比計，原料配比為電熔剛玉粉55%，多孔型a-Al^粉43X， Ti02 粉2%。 按質(zhì)量百分比計，石蠟的量為電熔剛玉粉、多孔型a -A1203粉和Ti02粉總量的22%。 (2)制備混合粉料 將原料電熔剛玉粉、多孔型a -A1203粉和Ti02粉放入球磨罐中，球磨混料3小時， 將混合的物料烘干，烘干溫度16(TC，時間3小時，得到混合粉料。 [OO55] (3)制備混合料漿 將油浴坩堝式攪拌器加熱至120°C ，將石蠟加入到油浴坩堝式攪拌器中，待石蠟全 部熔化后將混合粉料加入到石蠟中，攪拌，控制攪拌速率150轉(zhuǎn)/分鐘，時間12小時，得到 混合料漿。 (4)壓制型芯 采用液壓壓芯機壓制型芯，控制混合料漿的溫度ll(TC，注射壓力3. 5MPa。
(5)型芯焙燒 將壓制好的型芯采用鐘罩式燒結(jié)爐焙燒，升溫制度如下。 以8°C /分鐘的升溫速率升溫至200°C ，保溫3小時，以8°C /分鐘的升溫速率升溫 至40(TC，保溫1小時，以8°C /分鐘的升溫速率升溫至60(TC，保溫0. 5小時，以12°C /分 鐘的升溫速率升溫至IOO(TC，保溫0. 5小時，以3°C /分鐘的升溫速率升溫至140(TC，保溫 5小時，然后隨爐冷卻至30(TC，打開爐門，自然冷卻至常溫。
實施例3 制備多孔氧化鋁陶瓷型芯的原料電熔剛玉粉、多孔型0 41203粉、礦化劑和增塑 劑。 多孔型a -A1203粉的制備方法如下。 以粒度為10 ii m的Y _A1203粉為原料，采用箱式高溫電爐，將Y _A1203粉進行高溫 煅燒，煅燒溫度1400°C ，時間5小時。隨爐冷卻至常溫，將煅燒后的產(chǎn)物球磨至粒度為1 y m， 得到多孔型a-A1^3粉。 礦化劑采用T叫粉，增塑劑采用石蠟。原料粒度要求為電熔剛玉粉20ym，多孔
型a _A1203粉1 ii m， Ti02粉1 ii m。 多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法如下。
(1)配料 按照質(zhì)量百分比計，原料配比為電熔剛玉粉44%，多孔型a-Al^粉55X， Ti02 粉1%。 按質(zhì)量百分比計，石蠟的量為電熔剛玉粉、多孔型a -A1203粉和Ti02粉總量的 15%。 (2)制備混合粉料 將原料電熔剛玉粉、多孔型a -A1203粉和Ti02粉放入球磨罐中，球磨混料1小時， 將混合的物料烘干，烘干溫度14(TC，時間6小時，得到混合粉料。
(3)制備混合料漿 將油浴坩堝式攪拌器加熱至IO(TC ，將石蠟加入到油浴坩堝式攪拌器中，待石蠟全 部熔化后將混合粉料加入到石蠟中，攪拌，控制攪拌速率50轉(zhuǎn)/分鐘，時間15小時，得到混 合料漿。 (4)壓制型芯
采用液壓壓芯機壓制型芯，控制混合料漿的溫度95°C ，注射壓力3. OMPa。 [OO77] (5)型芯焙燒 將壓制好的型芯采用鐘罩式燒結(jié)爐焙燒，升溫制度如下。 以5°C /分鐘的升溫速率升溫至15(TC，保溫5小時，以5°C /分鐘的升溫速率升 溫至300°C ，保溫3小時，以5°C /分鐘的升溫速率升溫至500°C ，保溫1. 5小時，以8°C /分 鐘的升溫速率升溫至800°C ，保溫1. 5小時，以1°C /分鐘的升溫速率升溫至1200°C ，保溫6 小時，然后隨爐冷卻至20(TC，打開爐門，自然冷卻至常溫。
權(quán)利要求
一種多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法，其特征在于步驟為(1)配料按照質(zhì)量百分比計，原料配比為電熔剛玉粉43％～55％，多孔型α-Al2O3粉43％～55％，TiO2粉1％～2％；按質(zhì)量百分比計，石蠟的量為電熔剛玉粉、多孔型α-Al2O3粉和TiO2粉總量的15％～22％；(2)制備混合粉料將原料電熔剛玉粉、多孔型α-Al2O3粉和TiO2粉放入球磨罐中，球磨混料1～3小時，將混合的物料烘干，得到混合粉料；(3)制備混合料漿將油浴坩堝式攪拌器加熱至100～120℃，將石蠟加入到油浴坩堝式攪拌器中，待石蠟全部熔化后將混合粉料加入到石蠟中，攪拌，得到混合料漿；(4)壓制型芯采用液壓壓芯機壓制型芯，控制混合料漿的溫度95～110℃，注射壓力3.0～3.5MPa；(5)型芯焙燒將壓制好的型芯采用鐘罩式燒結(jié)爐焙燒，升溫制度如下以5～8℃/分鐘的升溫速率升溫至150～200℃，保溫3～5小時，以5～8℃/分鐘的升溫速率升溫至300～400℃，保溫1～3小時，以5～8℃/分鐘的升溫速率升溫至500～600℃，保溫0.5～1.5小時，以8～12℃/分鐘的升溫速率升溫至800～1000℃，保溫0.5～1.5小時，以1～3℃/分鐘的升溫速率升溫至1200～1400℃，保溫5～6小時，然后隨爐冷卻至200～300℃，打開爐門，自然冷卻至常溫。
2. 按照權(quán)利要求1所述的多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法，其特征在于電熔剛玉粉粒 度20 80 ii m，多孔型a -A1203粉粒度1 25 ii m， Ti02粉粒度1 10 ii m。
3. 按照權(quán)利要求l所述的多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法，其特征在于多孔型 a -A1203粉的制備方法為以粒度為10 50 ii m的Y _A1203粉為原料，采用箱式高溫電爐， 將Y_A1203粉進行高溫煅燒，煅燒溫度1400°C 1500°C，時間3 5小時，隨爐冷卻至常 溫，將煅燒后的產(chǎn)物球磨至粒度為1 25ym，得到多孔型0^1203粉。
4. 按照權(quán)利要求l所述的多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法，其特征在于步驟(2)中，烘 干溫度140 160°C，時間3 6小時。
5. 按照權(quán)利要求l所述的多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法，其特征在于步驟(3)中，攪 拌為速率50 150轉(zhuǎn)/分鐘，時間12 15小時。
全文摘要
一種多孔氧化鋁陶瓷型芯的制備方法，原料采用電熔剛玉粉、多孔型α-Al2O3粉、TiO2粉和石蠟，將電熔剛玉粉、多孔型α-Al2O3粉和TiO2粉混合，將油浴坩堝式攪拌器加熱至100～120℃，將石蠟加入到油浴坩堝式攪拌器中熔化，將混合粉料加入到石蠟中，攪拌，得到混合料漿；采用液壓壓芯機壓制型芯，控制混合料漿的溫度95～110℃，注射壓力3.0～3.5MPa；將壓制好的型芯采用鐘罩式燒結(jié)爐焙燒。本發(fā)明制備的多孔氧化鋁陶瓷型芯孔隙率為45％～55％，能有效改善型芯的脫芯性能。
文檔編號C04B35/10GK101734910SQ20091022045
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者史鳳嶺, 孫革, 張世東, 張明俊, 李琳 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司