CN102179477B - 一种添加方石英的硅基陶瓷型芯 - Google Patents

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Abstract

一种添加方石英晶体的硅基陶瓷型芯，由下述组分组成：石英玻璃、方石英、氧化锆。本发明通过在陶瓷型芯中添加方石英晶体，一方面，利用方石英能促进石英玻璃析晶的特性，促使陶瓷型芯在烧成后含有足量的方石英，作为合金液浇注前石英玻璃的析晶晶核，使陶瓷型芯中大量的方石英晶体成为耐高温骨架，提高陶瓷型芯的抗高温蠕变能力，有效降低陶瓷型芯的高温变形并提高定向铸造叶片的不露芯率；另一方面，利用方石英晶体在陶瓷型芯焙烧过程中能抑制石英玻璃黏性流动的特性，稳定陶瓷型芯的尺寸和降低收缩率，提高叶片内腔尺寸的精度。本发明为定向空心涡轮叶片及其他精密铸造领域提供了一种性能优异的硅基陶瓷型芯。

Description

一种添加方石英的硅基陶瓷型芯
技术领域
本发明公开了一种添加方石英的硅基陶瓷型芯，特别是指一种添加方石英的定向空心涡轮叶片用硅基陶瓷型芯；属于精密铸造技术领域。
背景技术
硅基陶瓷型芯具有膨胀系数小、优良的抗急冷急热能力、机械强度高、化学稳定性好和脱芯方便等优点，广泛应用在空心涡轮叶片制造领域。硅基陶瓷型芯以石英玻璃为基体材料，一般添加氧化铝、莫来石和锆英石等作为矿化剂，通过选择合适的烧结温度来控制陶瓷型芯烧成后方石英的含量，以提高型芯的性能。该类陶瓷型芯在浇注温度较低的等轴晶叶片时成品率较高，但在定向及单晶凝固(浇注温度超过1500℃)时，时常产生严重变形甚至断裂，导致叶片的浇注成品率很低。
硅基陶瓷型芯在烧成后必须含有一定量的方石英，作为在合金液浇注时石英玻璃的析晶晶核，促进石英玻璃的析晶。现有的硅基陶瓷型芯由于烧成后方石英含量较少，造成在合金液浇注前型芯中方石英的转变量不足，以致抗蠕变性能较差，陶瓷型芯在金属液的作用下发生软化变形。提高烧结温度能增加陶瓷型芯烧成后方石英的含量，但同时也带来了其他问题，如陶瓷型芯收缩率增大、气孔率降低等问题。陶瓷型芯收缩率过大，会降低叶片内腔的尺寸精度；而气孔率降低会恶化陶瓷型芯的脱芯性能。因此，现有的硅基陶瓷型芯无法满足叶片定向浇注的要求，成为制约空心涡轮叶片发展的技术瓶颈，需要研究开发性能优异的硅基陶瓷型芯。
目前，国内外对通过预先添加方石英提高陶瓷型芯的抗高温蠕变性能和尺寸稳定性的研究尚未见诸报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种通过对陶瓷型芯添加方石英晶体，有效降低陶瓷型芯的高温蠕变并提高陶瓷型芯的尺寸稳定性，从而提高在浇注定向空心叶片时的成功率的途径。
本发明一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，由下述组分按重量百分比组成：
石英玻璃    44-74％
方石英    10-40％
氧化锆    5-16％
各组分之和为100％。
本发明一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，由下述组分按重量百分比组成：
石英玻璃  54-64％
方石英    20-30％
氧化锆    8-13％
各组分之和为100％。
本发明一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，由下述组分按重量百分比组成：
石英玻璃  56-60％
方石英    23-27％
氧化锆    9-11％
各组分之和为100％。
本发明中，所述石英玻璃的纯度大于99.59％，氧化锆的纯度大于99.96％。
本发明中，所述方石英由石英玻璃煅烧而成，煅烧工艺参数为：温度1550℃，时间4h。
本发明中，所述石英玻璃最大粒度小于230目，方石英最大粒度小于270目，氧化锆最大粒度小于2微米。
本发明由于采用上述配方，在石英玻璃基体材料中添加方石英晶体，一方面，在较低的烧结温度下获得足量的方石英，作为合金液浇注前石英玻璃析晶的晶核，使陶瓷型芯中形成大量的方石英晶体成为耐高温骨架，提高陶瓷型芯的抗高温蠕变性能；有效降低陶瓷型芯的高温变形并提高铸造叶片的不露芯率；另一方面，利用方石英晶体在陶瓷型芯焙烧过程中能抑制陶瓷型芯烧结过程中石英玻璃的黏性流动，加入方石英能稳定陶瓷型芯的尺寸和降低收缩率，获得良好的高温性能。从而为内腔日益复杂的空心涡轮叶片提供性能优异的硅基陶瓷型芯，提高叶片内腔尺寸的精度。
本发明的优点和积极效果：
1、添加方石英后，能提高陶瓷型芯的抗高温变形能力，从而有效降低陶瓷型芯的高温挠度。
2、添加方石英后，能抑制石英玻璃的黏性流动，从而有效降低陶瓷型芯的烧结收缩率。
综上所述，本发明通过在陶瓷型芯中添加方石英晶体，一方面，利用方石英能促进石英玻璃析晶的特性，促使陶瓷型芯在烧成后含有足量的方石英，作为合金液浇注前石英玻璃的析晶晶核，使陶瓷型芯中形成大量的方石英晶体成为耐高温骨架，提高陶瓷型芯的抗高温蠕变能力，从而有效降低陶瓷型芯的高温变形并提高铸造叶片的不露芯率；另一方面，利用方石英晶体在陶瓷型芯焙烧过程中能抑制石英玻璃黏性流动的特性，加入方石英能稳定陶瓷型芯的尺寸和降低收缩率，从而提高叶片内腔尺寸的精度。可有效提高陶瓷型的高温性能，从而为定向空心涡轮叶片及其他精密铸造领域提供了一种性能优异的硅基陶瓷型芯。经过生产验证，定向空心叶片的一次浇注成功率达到33％以上。
附图说明
附图1是未添加方石英的陶瓷型芯在1250℃烧结后的物相分析曲线；
附图2是添加30％方石英的陶瓷型芯在1250℃烧结后的物相分析曲线；
附图3(a)为方石英添加量为10％的组织。
附图3(b)为方石英添加量为30％的组织。
比较附图1、2可知，相对未加方石英的陶瓷型芯，石英玻璃的析晶速率加快，型芯方石英含量增加。
附图3(a)、附图3(b)显示：陶瓷型芯并未因为添加方石英而导致裂纹。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
陶瓷型芯成分74％石英玻璃，10％方石英，16％氧化锆，所述石英玻璃纯度大于等于99.59％，氧化锆纯度大于等于99.96％，方石英由石英玻璃煅烧而成，压制成标准试样。按工艺升温至1250℃保温4h，焙烧后采用硅酸乙酯水溶液和环氧树脂/聚酰胺进行强化处理。经X射线定量分析显示，陶瓷型芯中方石英生成量为21％，与未添加方石英的陶瓷型芯相比，其析晶速率明显增大，抗高温变形能力有所提高。型芯的性能指标如下：室温抗弯强度73MPa，高温挠度(1550℃下保温30min)16mm，收缩率2.3％。
实施例2：
陶瓷型芯成分74％石英玻璃，10％方石英，16％氧化锆，所述石英玻璃纯度大于等于99.59％，氧化锆纯度大于等于99.96％，方石英由石英玻璃煅烧而成，压制成标准试样。按工艺升温至1300℃保温4h，焙烧后采用硅酸乙酯水溶液和环氧树脂/聚酰胺进行强化处理。经X射线定量分析显示，陶瓷型芯中方石英生成量为40％，与实施例1中的陶瓷型芯相比，其方石英转变量增大，表明烧结温度提高对石英玻璃的析晶有利，型芯抗高温变形能力大幅提高。型芯的性能指标如下：室温抗弯强度72MPa，高温挠度(1550℃下保温30min)0.4mm，收缩率3.04％。
实施例3：
陶瓷型芯成分44％石英玻璃，40％方石英，16％氧化锆，所述石英玻璃纯度大于等于99.59％，氧化锆纯度大于等于99.96％，方石英由石英玻璃煅烧而成，压制成标准试样。按工艺升温至1250℃保温4h，焙烧后采用硅酸乙酯水溶液和环氧树脂/聚酰胺进行强化处理。经X射线定量分析显示，陶瓷型芯中方石英生成量为47％。与未添加方石英的陶瓷型芯相比，其析晶速率明显增大，抗高温变形能力显著提高。型芯的性能指标如下：室温抗弯强度60MPa，高温挠度(1550℃下保温30min)0.6mm，收缩率1.14％。
实施例4：
陶瓷型芯成分60％石英玻璃，30％方石英，10％氧化锆，所述石英玻璃纯度大于等于99.59％，氧化锆纯度大于等于99.96％，方石英由石英玻璃煅烧而成，压制成标准试样。按工艺升温至1300℃保温4h，焙烧后采用硅酸乙酯水溶液和环氧树脂/聚酰胺进行强化处理。经X射线定量分析显示，陶瓷型芯中方石英生成量为60％。与实施例3的陶瓷型芯相比，其方石英含量明显增加，表明烧结温度提高有利于方石英的析出，型芯抗高温变形能力有所提高。型芯的性能指标如下：室温抗弯强度62MPa，高温挠度(1550℃下保温30min)0.5mm，收缩率1.93％。
实施例5：
陶瓷型芯成分55％石英玻璃，40％方石英，5％氧化锆，所述石英玻璃纯度大于等于99.59％，氧化锆纯度大于等于99.96％，方石英由石英玻璃煅烧而成，压制成标准试样。按工艺升温至1250℃保温4h，焙烧后采用硅酸乙酯水溶液和环氧树脂/聚酰胺进行强化处理。经X射线定量分析显示，陶瓷型芯中方石英生成量为62％。与未添加方石英的陶瓷型芯相比，其析晶速率明显增大，抗高温变形能力显著提高。型芯的性能指标如下：室温抗弯强度56MPa，高温挠度(1550℃下保温30min)0.5mm，收缩率0.6％。
实施例1-5制备的陶瓷型芯的性能参数见表1
表1
Figure BDA0000055328160000041

Claims (6)

1.一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，由下述组分按重量百分比组成：
石英玻璃 44-74％
方石英   10-40％
氧化锆   5-16％
各组分之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，由下述组分按重量百分比组成：
石英玻璃 54-64％
方石英   20-30％
氧化锆   8-13％
各组分之和为100％。
3.根据权利要求2所述的一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，由下述组分按重量百分比组成：
石英玻璃 56-60％
方石英   23-27％
氧化锆   9-11％
各组分之和为100％。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，其特征在于：所述石英玻璃最大粒度小于230目，方石英最大粒度小于270目，氧化锆最大粒度小于2微米。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，其特征在于：所述石英玻璃的纯度大于99.59％，氧化锆的纯度大于99.96％。
6.根据权利要求4所述的一种添加方石英晶体的陶瓷型芯，其特征在于：所述方石英由石英玻璃煅烧而成，煅烧工艺参数为：温度1550℃，时间4h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102603275B (zh) * 2012-02-09 2014-01-08 北京昌航精铸技术有限公司 硅基陶瓷型芯的制备方法
WO2014192819A1 (ja) 2013-05-29 2014-12-04 三菱重工業株式会社 精密鋳造用中子及びその製造方法、精密鋳造用鋳型
CN104646596A (zh) * 2015-01-22 2015-05-27 安徽省繁昌县皖南阀门铸造有限公司 一种抗蠕变型砂及其制备方法
CN106890927A (zh) * 2015-12-18 2017-06-27 辽宁法库陶瓷工程技术研究中心 一种铸造用陶瓷自硬芯粉体及制备方法
CN109293349A (zh) * 2018-11-27 2019-02-01 中航装甲科技有限公司 一种氧化硅基石墨烯陶瓷型芯及其制备方法
CN112222362B (zh) * 2020-09-10 2021-10-29 中国科学院金属研究所 一种抗冷热冲击、抗高温蠕变且易脱除的硅基陶瓷型芯及其制备工艺
CN112500143B (zh) * 2020-11-25 2022-04-26 西安国宏天易智能科技有限公司 一种硅基陶瓷型芯浆料及其应用
CN114101593B (zh) * 2021-11-26 2023-08-01 陕西科技大学 一种高溃散、可回收氧化硅基陶瓷型芯及其制备方法和应用
CN116477960A (zh) * 2023-04-27 2023-07-25 中国航发动力股份有限公司 一种用于单晶涡轮叶片的复合陶瓷型芯及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4190450A (en) * 1976-11-17 1980-02-26 Howmet Turbine Components Corporation Ceramic cores for manufacturing hollow metal castings
US5120482A (en) * 1988-02-10 1992-06-09 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "S.N.E.C.M.A." Process of using thermoplastic paste for the production of foundry mold cores
CN1793011A (zh) * 2005-11-29 2006-06-28 辽宁省轻工科学研究院 采用纳米二氧化硅的复合陶瓷型芯材料
CN1807344A (zh) * 2006-02-09 2006-07-26 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种空心铸件陶瓷型芯及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4190450A (en) * 1976-11-17 1980-02-26 Howmet Turbine Components Corporation Ceramic cores for manufacturing hollow metal castings
US5120482A (en) * 1988-02-10 1992-06-09 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "S.N.E.C.M.A." Process of using thermoplastic paste for the production of foundry mold cores
CN1793011A (zh) * 2005-11-29 2006-06-28 辽宁省轻工科学研究院 采用纳米二氧化硅的复合陶瓷型芯材料
CN1807344A (zh) * 2006-02-09 2006-07-26 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种空心铸件陶瓷型芯及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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齐长见等.单晶空心叶片氧化硅基陶瓷型芯材料及性能研究.《材料工程 2010年增刊2》.2010,138-140. *

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