CN101229975A - 氧化铝陶瓷型芯的制作方法以及脱芯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化铝陶瓷型芯的制作方法，采用固相反应烧结，预烧与终烧两步烧结的方法，烧结温度由现有技术的高于1500℃下降为1350～1500℃，而且高温抗蠕变性能好。本发明还公开了一种上述氧化铝陶瓷型芯的脱芯方法，由于在氧化铝陶瓷型芯制作过程中采用了挥发性孔隙形成剂，使得成型后的氧化铝陶瓷型芯具有较高的孔隙率，脱芯时熔融碱能进入氧化铝陶瓷型芯的内部，使氧化铝陶瓷型芯整体溃散。本方法采用沸水处理，以及反复碱煮-溶解-碱煮的方法，加速了熔融碱向陶芯内部渗透、反应与溶解过程，脱芯速度由现有技术的25～30小时降为10～16小时，提高了脱芯速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种氧化铝陶瓷型芯的制作方法，还涉及这种氧化铝陶瓷型芯的脱芯方法。
背景技术
氧化铝陶瓷型芯用于形成浇铸温度高、凝固时间长的金属铸件的复杂内腔，特别适用于定向凝固和单晶生长条件下高温合金涡轮叶片的生产。
高温合金空心叶片生产对用于形成内腔的陶瓷型芯有着既苛刻又相互矛盾的要求：一是要求有良好的高温抗蠕变性能；二是要求能溶于酸或碱而便于脱芯。
公知的氧化铝陶瓷型芯由β-Al2O3和玻璃相添加剂促进烧结，虽然具有优异的高温抗蠕变性能，但烧结温度高于1500℃，而且脱芯困难，且存在较大的烧结收缩，导致氧化铝陶瓷型芯烧结成品率低，而且形状越复杂，烧结成品率越低。
上述氧化铝陶瓷型芯采用高温玻璃相烧结，很难解决高温抗蠕变性能与烧结温度的矛盾。玻璃相添加剂越多，烧结温度越低，但高温抗蠕变性能越差。
上述氧化铝陶瓷型芯烧结后总是出现一定的烧结收缩，这种收缩由于埋烧受阻导致陶芯开裂。
针对上述氧化铝陶瓷型芯的脱芯方法是，通过玻璃相直接在熔融碱中的溶解脱芯，高温玻璃相烧结使传统的氧化铝陶芯烧结后的开口孔隙率很小，熔融碱不能进入陶芯的内部，脱芯过程是陶芯表面的溶蚀，因而脱芯时间长，脱芯时间为25～30h。
发明内容
为了克服现有技术氧化铝陶瓷型芯烧结温度高、脱芯时间长的不足，本发明提供一种氧化铝陶瓷型芯的制作方法，采用固相反应烧结，烧结温度低，而且高温抗蠕变性能好。
本发明还提供上述氧化铝陶瓷型芯的脱芯方法，采用沸水处理，以及反复碱煮—溶解—碱煮的方法，加速熔融碱向陶芯内部渗透、反应与溶解过程，可以明显提高脱芯速度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种氧化铝陶瓷型芯的制作方法，其点是包括下述步骤：
(a)将重量百分比为70～85％的刚玉粉与重量百分比为15～30％活性氧化铝以及重量百分比为1～5％石墨粉，进行球磨混合1O～30小时，球料比为1∶2；
(b)将增塑剂加热至60～70℃，逐步加入到步骤(a)的球混料中，继续搅拌混合2～3小时，制成氧化铝陶瓷型芯增塑料；
(c)用热压注的方法将步骤(b)的增塑料压制成陶瓷型芯，热压注温度为50～60℃；
(d)用氧化铝粉将陶瓷型芯填埋于匣钵中，然后进行预烧；预烧工艺为：4～6小时内由室温升至500℃，在500℃保温3～5小时，后在2～3小时内继续加热至1150℃，在1150℃保温1～2小时，然后随炉冷却；
(e)将预烧后的陶瓷型芯从氧化铝粉中取出进行终烧，终烧温度为1350～1500℃，保温时间为2～3小时。
一种上述氧化铝陶瓷型芯的脱芯方法，其特点是包括下述步骤：
(a)将氢氧化钾加热至400～450℃形成熔融碱液；
(b)将带有氧化铝陶瓷型芯的铸件加热至100～150℃，然后置于熔融碱液中浸泡6～10小时，使熔融碱与陶芯中的活性氧化铝充分反应；
(c)抽取真空至-0.09MPa后充填惰性气氛至0.3MPa，重复4～6个循环，将带有氧化铝陶瓷型芯的铸件从氢氧化钾碱液中取出，迅速置于沸水中4～6小时，使反应产物在水中充分溶解；
(d)重复步骤(b)、(c)，直到氧化铝陶瓷型芯完全溃散脱除。
本发明的有益效果是：由于采用固相反应烧结，预烧与终烧两步烧结的方法，烧结温度由现有技术的高于1500℃下降为1350～1500℃，而且高温抗蠕变性能好；陶瓷型芯成型过程中采用挥发性孔隙形成剂，控制氧化铝陶芯烧结完成后的孔隙率；也正是由于陶瓷型芯成型过程中采用挥发性孔隙形成剂，使得陶瓷型芯具有较高的孔隙率，脱芯时熔融碱能进入陶瓷型芯的内部，使陶瓷型芯整体溃散。本发明采用沸水处理，以及反复碱煮—溶解—碱煮的方法，加速了熔融碱向陶芯内部渗透、反应与溶解过程，脱芯速度由现有技术的25～30小时降为10～16小时，提高了脱芯速度。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明氧化铝陶瓷型芯的制作方法流程图。
图2是本发明氧化铝陶瓷型芯的脱芯方法流程图。
图2是本发明氧化铝陶瓷型芯的脱芯方法中脱芯机理示意图。
图中，1-刚玉粉颗粒、2-活性氧化铝颗粒、3-熔融碱液、4-熔融碱与活性氧化铝的反应产物、5-沸水。
具体实施方式
本发明氧化铝陶瓷型芯的制作方法参照图1。
实施例1：将180目的刚玉粉75g、250目的刚玉粉265g和325目的刚玉粉290g与150g的活性氧化铝以及30g石墨粉，进行球磨混合10小时，球料比为1∶2。
将由8g聚乙烯、22g蜂蜡以及160g石蜡组成的增塑剂加热至60℃，逐步加入到上述的球混料中，继续搅拌混合2小时，制成氧化铝陶瓷型芯增塑料。
用热压注的方法将上述增塑料按照要成型的叶片压制成陶瓷型芯，热压注温度为50℃。
用氧化铝粉将上述陶瓷型芯填埋于匣钵中，然后进行预烧；预烧工艺为：4小时内由室温升至500℃，在500℃保温3小时，后在2小时内继续加热至1150℃，在1150℃保温1小时，然后随炉冷却。
将预烧后的陶瓷型芯从氧化铝粉中取出进行终烧，终烧温度为1350℃，保温时间为3小时。
实施例2：将180目的刚玉粉63g、250目的刚玉粉220g和325目的刚玉粉275g与200g的活性氧化铝以及50g石墨粉，进行球磨混合20小时，球料比为1∶2。
将由10g聚乙烯、20g蜂蜡以及170g石蜡组成的增塑剂加热至65℃，逐步加入到上述的球混料中，继续搅拌混合2.5小时，制成氧化铝陶瓷型芯增塑料。
用热压注的方法将上述增塑料按照要成型的叶片压制成陶瓷型芯，热压注温度为55℃。
用氧化铝粉将上述陶瓷型芯填埋于匣钵中，然后进行预烧；预烧工艺为：5小时内由室温升至550℃，在550℃保温4小时，后在2.5小时内继续加热至1200℃，在1200℃保温1.5小时，然后随炉冷却。
将预烧后的陶瓷型芯从氧化铝粉中取出进行终烧，终烧温度为1410℃，保温时间为2.5小时。
实施例3：将180目的刚玉粉51g、250目的刚玉粉255g和325目的刚玉粉204g与300g的活性氧化铝以及10g石墨粉，进行球磨混合30小时，球料比为1∶2。
将由6g聚乙烯、27g蜂蜡以及147g石蜡组成的增塑剂加热至70℃，逐步加入到上述的球混料中，继续搅拌混合3小时，制成氧化铝陶瓷型芯增塑料。
用热压注的方法将上述增塑料按照要成型的叶片压制成陶瓷型芯，热压注温度为60℃。
用氧化铝粉将上述陶瓷型芯填埋于匣钵中，然后进行预烧；预烧工艺为：6小时内由室温升至600℃，在600℃保温5小时，后在3小时内继续加热至1100℃，在1100℃保温2时，然后随炉冷却。
将预烧后的陶瓷型芯从氧化铝粉中取出进行终烧，终烧温度为1500℃，保温时间为2小时。
本发明氧化铝陶瓷型芯的脱芯方法参照图2、图3。
实施例4：将氢氧化钾加热至400℃形成熔融碱液3。
将带有氧化铝陶瓷型芯的铸件加热至150℃，然后置于熔融碱液3中浸泡10小时，使熔融碱液3与陶芯中的活性氧化铝颗粒2充分反应。
抽取真空至-0.09MPa后充填惰性气氛至0.3MPa，重复4～6个循环，将带有氧化铝陶瓷型芯的铸件从熔融碱液3中取出，迅速置于沸水5中4小时，使熔融碱与活性氧化铝的反应产物4在沸水5中充分溶解。
重复上述步骤，直到氧化铝陶瓷型芯上活性氧化铝颗粒2脱离刚玉粉颗粒1，达到完全溃散脱除。
实施例5：将氢氧化钾加热至430℃形成熔融碱液3。
将带有氧化铝陶瓷型芯的铸件加热至130℃，然后置于熔融碱液3中浸泡8小时，使熔融碱液3与陶芯中的活性氧化铝颗粒2充分反应。
抽取真空至-0.09MPa后充填惰性气氛至0.3MPa，重复4～6个循环，将带有氧化铝陶瓷型芯的铸件从熔融碱液3中取出，迅速置于沸水5中5小时，使熔融碱与活性氧化铝的反应产物4在沸水5中充分溶解。
重复上述步骤，直到氧化铝陶瓷型芯上活性氧化铝颗粒2脱离刚玉粉颗粒1，达到完全溃散脱除。
实施例6：将氢氧化钾加热至450℃形成熔融碱液3。
将带有氧化铝陶瓷型芯的铸件加热至100℃，然后置于熔融碱液3中浸泡6小时，使熔融碱液3与陶芯中的活性氧化铝颗粒2充分反应。
抽取真空至-0.09MPa后充填惰性气氛至0.3MPa，重复4～6个循环，将带有氧化铝陶瓷型芯的铸件从熔融碱液3中取出，迅速置于沸水5中6小时，使熔融碱与活性氧化铝的反应产物4在沸水5中充分溶解。
重复上述步骤，直到氧化铝陶瓷型芯上活性氧化铝颗粒2脱离刚玉粉颗粒1，达到完全溃散脱除。
Claims (4)
1.一种氧化铝陶瓷型芯的制作方法，其特征在于包括下述步骤：
(a)将重量百分比为45～66％的刚玉粉与重量百分比为15～30％活性氧化铝以及重量百分比为1～5％石墨粉，进行球磨混合10～30小时，球料比为1∶2；
(b)将18～20％增塑剂加热至60～70℃，逐步加入到步骤(a)的球混料中，继续搅拌混合2～3小时，制成氧化铝陶瓷型芯增塑料；
(c)用热压注的方法将步骤(b)的增塑料压制成陶瓷型芯，热压注温度为50～60℃；
(d)用氧化铝粉将陶瓷型芯填埋于匣钵中，然后进行预烧；预烧工艺为：4～6小时内由室温升至500～600℃，在500～600℃保温3～5小时，后在2～3小时内继续加热至1100～1200℃，在1100～1200℃保温1～2小时，然后随炉冷却；
(e)将预烧后的陶瓷型芯从氧化铝粉中取出进行终烧，终烧温度为1350～1500℃，保温时间为2～3小时。
2.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷型芯的制作方法，其特征在于：所述的刚玉粉，其级配组成包括180目的10～15％、250目的40～50％和325目的35～50％。
3.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷型芯的制作方法，其特征在于：所述的增塑剂，其成分包括重量百分比为1～3％的聚乙烯、重量百分比为5～10％的蜂蜡以及重量百分比为87～94％的石蜡。
4.一种权利要求1所述氧化铝陶瓷型芯的脱芯方法，其特征在于包括下述步骤：
(a)将氢氧化钾加热至400～450℃形成熔融碱液；
(b)将带有氧化铝陶瓷型芯的铸件加热至100～150℃，然后置于熔融碱液中浸泡6～10小时，使熔融碱与陶芯中的活性氧化铝充分反应；
(c)抽取真空至-0.09MPa后充填惰性气氛至0.3MPa，重复4～6个循环，将带有氧化铝陶瓷型芯的铸件从氢氧化钾碱液中取出，迅速置于沸水中4～6小时，使反应产物在水中充分溶解；
(d)重复步骤(b)、(c)，直到氧化铝陶瓷型芯完全溃散脱除。
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