CN104003732B - 一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法 - Google Patents
一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104003732B CN104003732B CN201410240275.2A CN201410240275A CN104003732B CN 104003732 B CN104003732 B CN 104003732B CN 201410240275 A CN201410240275 A CN 201410240275A CN 104003732 B CN104003732 B CN 104003732B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ceramic
- mould
- gel injection
- degreasing
- vacuum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
本发明公开了一种凝胶注模空心涡轮叶片一体式陶瓷铸型真空脱脂的方法。基于光固化技术成型空心涡轮叶片陶瓷铸型的树脂模具，然后，采用凝胶注模技术成型整体式陶瓷铸型素坯，最后，冷冻干燥、真空脱脂、浸渍后处理和终烧结，本发明采用真空脱脂工艺以及树脂模具内部镂空结构的协同作用，可使陶瓷铸型坯体在整个脱脂过程中保持一定的强度，有效降低发气量和热应力对坯体造成损坏的可能。该发明可用于凝胶注模涡轮叶片一体式陶瓷铸型素坯的脱脂，可提高脱脂后陶瓷铸型的质量和完整性。
Description
技术领域
本发明属于快速铸造领域，尤其涉及一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法。
背景技术
涡轮叶片是航空发动机和燃气轮机的关键部件之一，其工作温度高，工作环境恶劣，应力状态复杂，设计和制造的难度较大。传统的空心涡轮叶片的制造方法为熔模铸造，异性气膜孔和复杂冷却技术的提出对传统涡轮叶片制造技术提出了挑战。具体来说，熔模铸造工艺的不足体现在型芯和蜡模模具组合过程中存在安装误差、铸造过程中易产生偏芯穿孔缺陷、工艺过程复杂冗长等方面。
基于光固化快速成型的空心涡轮叶片一体式陶瓷铸型制造方法，有效地克服了熔模铸造方法固有的缺陷，其主要工艺流程为：基于光固化增材制造技术成型空心涡轮叶片陶瓷铸型的树脂模具；凝胶注模成型整体式陶瓷铸型素坯；冷冻干燥后脱脂预烧结；浸渍后处理，终烧结。
由于陶瓷坯体在脱脂阶段尚未烧结，强度的维持主要依靠凝胶体系交联形成的网状结构。陶瓷铸型素坯在大气环境下脱脂过程中，凝胶体系受热分解并迅速氧化燃烧(500℃以下)，产物主要为CO2、H2O等气体。500℃以下陶瓷坯体尚未开始烧结反应，400～600℃为陶瓷坯体的“中温零强度区间”。若升温工艺控制不当，极易造成瞬时发气量过大，对坯体造成冲击损坏；由于树脂模具和陶瓷坯体热膨胀系数相差较大，热应力会使强度较低的陶瓷坯体产生型壳开裂、型芯断裂、型芯偏移等缺陷。通过添加纤维的方式可以提高陶瓷坯体在中温区间的强度，但对陶瓷浆料的流动性影响较大，难以保证细微结构的充型质量。
发明内容
针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法，通过将凝胶注模成型的陶瓷铸型素坯在真空环境下进行脱脂，减小脱脂过程中的瞬时发气量，减缓凝胶体系的烧失过程。
为达到以上目的，本发明的技术方案为：
包括以下步骤：
(1)使用三维造型软件设计叶片树脂模具，将所设计的叶片树脂模具的数据导入Magics分层软件进行分层处理，根据模型分层数据制作空心涡轮叶片树脂模具；
(2)制备高固相、低粘度的氧化铝基陶瓷浆料；
1)按照质量百分比称取60～70％大粒径氧化铝、25～35％小粒径氧化铝以及1～5％氧化镁，并在容器中搅拌混合均匀，得到粉料；
2)将有机单体和交联剂按照质量比(15～20):1溶解到去离子水中，再添加分散剂，搅拌溶解，配制成预混液；
3)称取预混液，将预混液倒入球磨罐中，将粉料加入预混液中，搅拌均匀，调节PH至9～11，得到预制浆料，所述预制浆料的固相含量为55％～60％；
4)将预制浆料在球磨机中球磨分散，获得高固相低粘度的陶瓷浆料；
(3)应用凝胶注模方法，在真空和振动环境下，向空心涡轮叶片树脂模具中浇注陶瓷浆料，在催化剂和引发剂的诱导下，使陶瓷浆料固化，形成凝胶注模陶瓷铸型素坯；
(4)通过真空冷冻干燥方法，去除凝胶注模陶瓷铸型素坯中的水分；
(5)待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，在真空脱脂炉中进行脱脂，并当凝胶注模陶瓷铸型素坯内高分子有机单体和交联剂充分热解后，缓慢通入空气，以使残碳燃烧，最终使叶片陶瓷铸型在大气环境下进行预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
所述步骤(1)中，进行分层处理后的叶片树脂模具还进行内部镂空处理，得到内部镂空的空心涡轮叶片树脂模具。
所述步骤(2)中有机单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯酸。
所述步骤(2)交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或丙烯基丙烯酸甲酯。
所述步骤(2)的1)中的配制成预混液的质量浓度为10～20％，所述分散剂加入量为粉料质量的1～3％。
所述步骤(2)的4)中在行星式球磨机中球磨分散，料球比为1:(1.5～2.5)，行星式球磨机的转速为300～400r/min，球磨时间为20～50min。
所述大粒径氧化铝的粒径为20～100μm，小粒径氧化铝的粒径为2～10μm。
所述步骤(3)中的催化剂为四甲基乙二胺溶液，引发剂为过硫酸铵溶液、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰或偶氮双氰基戊酸钠。
所述(5)的具体过程为：
首先，待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，将凝胶注模陶瓷铸型素坯放入真空脱脂炉中，并将真空脱脂炉温度从室温以30～60℃/h升温速率升至500～700℃；
然后，以200～300℃/h升温速率将真空脱脂炉温度升至1200～1300℃，进行预烧结，预烧结温度下保温3～5h后，随炉冷却，其中，当真空脱脂炉温度升至800～900℃时，缓慢通入空气，缓慢泄压，最终在大气环境下实现预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
与现有技术比较，本发明的有益效果为：
本发明通过在真空环境下将涡轮叶片陶瓷铸型素坯进行脱脂，可以减小脱脂过程中的瞬时发气量，减缓凝胶体系的烧失过程，使陶瓷坯体在烧结前较长的温度区间内保持一定的强度，避免瞬时发气量或热应力过大导致坯体开裂、型芯断裂、型芯偏移等缺陷。另外，树脂模具内部镂空处理可减小脱脂过程中的热应力。
附图说明
图1为本发明升温温度控制图；
图2为本发明大气和真空环境下的三点抗弯强度图；
图3为本发明大气和真空环境下涡轮叶片陶瓷铸型脱脂质量的对比，(a)有开裂状态；3(b)完整状态。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
实施例1
(1)使用三维造型软件(UG，ProE等)设计叶片树脂模具，将CAD模型数据导入Magics分层软件进行分层处理，并进行实体内部镂空处理，将模型分层数据导入光固化快速成型设备制作空心涡轮叶片树脂模具，成型用树脂为SPRS8981型光敏树脂。
(2)基于凝胶注模工艺，制备陶瓷浆料。
2)按质量比例称取60％大粒径氧化铝氧化铝、39％氧化铝、1％的氧化镁，并在容器中搅拌混合均匀，得到粉料；其中，大粒径氧化铝的粒径为20～100μm，小粒径氧化铝的粒径为2～10μm。
2)将有机单体丙烯酰胺AM和交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺MBAM按照质量比20:1溶解到去离子水中，再加入质量为粉末质量2％的分散剂，搅拌溶解，配制成浓度为15％的预混液。
3)按预定固相含量58％的要求称取预混液，将预混液倒入球磨罐中，将粉料分批加入预混液，搅拌均匀。加入适量氨水调节PH至10；
4)按照料球质量比1:2.5加入刚玉磨球，在行星式球磨机中球磨分散40min，转速为360r/min，获得高固相低粘度陶瓷浆料；
(3)向陶瓷浆料中先后加入预先配置好的催化剂四甲基乙二胺溶液(TEMED)和引发剂过硫酸铵溶液(APS)，搅拌均匀后在真空注型机中向树脂模具中浇注，真空度设为0.08MPa以排出浆料中夹杂的气泡，浇注过程中外加振动场以进一步排出气泡。在5～15min内，陶瓷浆料原位固化，形成陶瓷铸型素坯。
(4)待浆料充分固化后，将陶瓷坯体放入一体式冷冻干燥机中进行冷冻干燥，去除坯体中的水分；
(5)待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，在真空脱脂炉中进行脱脂，并当凝胶注模陶瓷铸型素坯内高分子有有机单体和交联剂充分热解后，缓慢通入空气，以使残碳燃烧，最终使叶片陶瓷铸型在大气环境下进行预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
升温工艺设定为：
首先，待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，将凝胶注模陶瓷铸型素坯放入真空脱脂炉中，并将真空脱脂炉温度从室温以30～60℃/h升温速率升至500～700℃；
然后，以200～300℃/h升温速率将真空脱脂炉温度升至1200～1300℃，进行预烧结，预烧结温度下保温3～5h后，随炉冷却，其中，当真空脱脂炉温度升至800～900℃时，缓慢通入空气，缓慢泄压，最终在大气环境下实现预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
如图1所示，采用以上方法脱脂后得到的陶瓷铸型完整性和表面质量良好，而且型芯聚中性较好，满足对脱脂后陶瓷铸型的质量要求。
而在真空环境下，凝胶体系只发生热裂解，无氧化过程，网状分子的支链和主链发生不同程度的断裂，产物主要为CH4、NH3等小分子气体，瞬时发气量明显减小，凝胶体系的烧失过程减缓，使坯体在较长的温度区间(700℃以下)保持一定的强度。700℃以上，在助烧结剂的作用下，陶瓷颗粒开始产生冶金结合从而使坯体强度提高。此外，经Magics软件处理，使凝胶注模使用的树脂模具具有内部镂空结构，受热膨胀时可向内部塌陷，从而减小树脂和陶瓷坯体热膨胀系数不同所产生的热应力。真空脱脂工艺、助烧结剂以及树脂模具内部镂空处理的协同作用，可有效提高陶瓷铸型的质量和完整性。
实验验证：
制作了尺寸为4×10×60mm的陶瓷坯体标样，其固相含量为58％，含粗、细氧化铝粉末和氧化镁助烧结剂，冷冻干燥后分别测试其在大气和真空环境下的三点抗弯强度，结果如图2所示。真空环境下坯体脱脂过程中的抗弯强度明显高于大气下的强度，且最低温度点右移约200℃。
图3为大气和真空环境下涡轮叶片陶瓷铸型脱脂质量的对比，大气下脱脂的陶瓷铸型，其中，图3(a)有明显的开裂，而真空下脱脂的陶瓷铸型图3(b)完整性较好。
实施例2
(1)使用三维造型软件，如UG，ProE，设计叶片树脂模具，将CAD模型数据导入Magics分层软件进行分层处理，分层处理后的叶片树脂模具进行实体内部镂空处理，将模型分层数据导入光固化快速成型设备制作空心涡轮叶片树脂模具，成型用树脂为SPRS8981型光敏树脂。
(2)基于凝胶注模工艺，制备陶瓷浆料：
2)按质量比例称取65％大粒径氧化铝氧化铝、30％氧化铝、5％的氧化镁，并在容器中搅拌混合均匀，得到粉料；其中，大粒径氧化铝的粒径为20～100μm，小粒径氧化铝的粒径为2～10μm。
2)将有机单体甲基丙烯酰胺和交联剂丙烯基丙烯酸甲酯按照质量比15:1溶解到去离子水中，再加入质量为粉末质量1％的分散剂，搅拌溶解，配制成浓度为10％的预混液。
3)按预定固相含量58％的要求称取预混液，将预混液倒入球磨罐中，将粉料分批加入预混液，搅拌均匀，加入适量氨水调节PH至9；
4)按照料球质量比1:1.5加入刚玉磨球，在行星式球磨机中球磨分散20min，转速为300r/min，获得高固相低粘度陶瓷浆料；
(3)向陶瓷浆料中先后加入预先配置好的催化剂四甲基乙二胺溶液(TEMED)和引发剂过硫酸铵溶液(APS)，搅拌均匀后在真空注型机中向树脂模具中浇注，真空度设为0.08MPa以排出浆料中夹杂的气泡，浇注过程中外加振动场以进一步排出气泡。在5～15min内，陶瓷浆料原位固化，形成陶瓷铸型素坯。
(4)待浆料充分固化后，将陶瓷坯体放入一体式冷冻干燥机中进行冷冻干燥，去除坯体中的水分；
(5)待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，在真空脱脂炉中进行脱脂，并当凝胶注模陶瓷铸型素坯内高分子有有机单体和交联剂充分热解后，缓慢通入空气，以使残碳燃烧，最终使叶片陶瓷铸型在大气环境下进行预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
升温工艺设定为：
首先，待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，将凝胶注模陶瓷铸型素坯放入真空脱脂炉中，并将真空脱脂炉温度从室温以60℃/h升温速率升至500℃；
然后，以200℃/h升温速率将真空脱脂炉温度升至1200℃，进行预烧结，预烧结温度下保温3～5h后，随炉冷却，其中，当真空脱脂炉温度升至900℃时，缓慢通入空气，缓慢泄压，最终在大气环境下实现预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
实施例3
(1)使用三维造型软件，如UG，ProE，设计叶片树脂模具，将CAD模型数据导入Magics分层软件进行分层处理，分层处理后的叶片树脂模具进行实体内部镂空处理，将模型分层数据导入光固化快速成型设备制作空心涡轮叶片树脂模具，成型用树脂为SPRS8981型光敏树脂。
(2)基于凝胶注模工艺，制备陶瓷浆料：
2)按质量百分比称取70％大粒径氧化铝氧化铝、26％氧化铝、4％的氧化镁，并在容器中搅拌混合均匀，得到粉料；其中，大粒径氧化铝的粒径为20～100μm，小粒径氧化铝的粒径为2～10μm。
2)将有机单体羟甲基丙烯酰胺和交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺MBAM按照质量比18:1溶解到去离子水中，再加入质量为粉末质量3％的分散剂，搅拌溶解，配制成有机物浓度为20％的预混液。
3)按预定固相含量55％的要求称取预混液，将预混液倒入球磨罐中，将粉料分批加入预混液，搅拌均匀，加入适量氨水调节PH至11；
4)按照料球质量比1:2.5加入刚玉磨球，在行星式球磨机中球磨分散40min，转速为360r/min，获得高固相低粘度陶瓷浆料；
(3)向陶瓷浆料中先后加入预先配置好的催化剂四甲基乙二胺溶液(TEMED)和引发剂过硫酸钾，搅拌均匀后在真空注型机中向树脂模具中浇注，真空度设为0.08MPa以排出浆料中夹杂的气泡，浇注过程中外加振动场以进一步排出气泡。在5～15min内，陶瓷浆料原位固化，形成陶瓷铸型素坯。
(4)待浆料充分固化后，将陶瓷坯体放入一体式冷冻干燥机中进行冷冻干燥，去除坯体中的水分；
(5)待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，在真空脱脂炉中进行脱脂，并当凝胶注模陶瓷铸型素坯内高分子有有机单体和交联剂充分热解后，缓慢通入空气，以使残碳燃烧，最终使叶片陶瓷铸型在大气环境下进行预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
升温工艺设定为：
首先，待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，将凝胶注模陶瓷铸型素坯放入真空脱脂炉中，并将真空脱脂炉温度从室温以50℃/h升温速率升至600℃；
然后，以260℃/h升温速率将真空脱脂炉温度升至1200℃，进行预烧结，预烧结温度下保温3～5h后，随炉冷却，其中，当真空脱脂炉温度升至800℃时，缓慢通入空气，缓慢泄压，最终在大气环境下实现预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
实施例4
(1)使用三维造型软件，如UG，ProE，设计叶片树脂模具，将CAD模型数据导入Magics分层软件进行分层处理，分层处理后的叶片树脂模具进行实体内部镂空处理，将模型分层数据导入光固化快速成型设备制作空心涡轮叶片树脂模具，成型用树脂为SPRS8981型光敏树脂。
(2)基于凝胶注模工艺，制备陶瓷浆料：
2)按质量比例称取68％大粒径氧化铝氧化铝、30％氧化铝、2％的氧化镁，并在容器中搅拌混合均匀，得到粉料；其中，大粒径氧化铝的粒径为20～100μm，小粒径氧化铝的粒径为2～10μm。
2)将有机单体羟甲基丙烯酰胺和交联剂丙烯基丙烯酸甲酯按照质量比18:1溶解到去离子水中，再加入质量为粉末质量2％的分散剂，搅拌溶解，配制成浓度为12％的预混液。
3)按预定固相含量55％的要求称取预混液，将预混液倒入球磨罐中，将粉料分批加入预混液，搅拌均匀，加入适量氨水调节PH至9；
4)按照料球质量比1:1加入刚玉磨球，在行星式球磨机中球磨分散25min，转速为400r/min，获得高固相低粘度陶瓷浆料；
(3)向陶瓷浆料中先后加入预先配置好的催化剂四甲基乙二胺溶液(TEMED)和引发剂过氧化苯甲酰，搅拌均匀后在真空注型机中向树脂模具中浇注，真空度设为0.08MPa以排出浆料中夹杂的气泡，浇注过程中外加振动场以进一步排出气泡。在5～15min内，陶瓷浆料原位固化，形成陶瓷铸型素坯。
(4)待浆料充分固化后，将陶瓷坯体放入一体式冷冻干燥机中进行冷冻干燥，去除坯体中的水分；
(5)待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，在真空脱脂炉中进行脱脂，并当凝胶注模陶瓷铸型素坯内高分子有有机单体和交联剂充分热解后，缓慢通入空气，以使残碳燃烧，最终使叶片陶瓷铸型在大气环境下进行预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
升温工艺设定为：
首先，待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，将凝胶注模陶瓷铸型素坯放入真空脱脂炉中，并将真空脱脂炉温度从室温以60℃/h升温速率升至500℃；
然后，以280℃/h升温速率将真空脱脂炉温度升至1250℃，进行预烧结，预烧结温度下保温3～5h后，随炉冷却，其中，当真空脱脂炉温度升至900℃时，缓慢通入空气，缓慢泄压，最终在大气环境下实现预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
实施例5
(1)使用三维造型软件，如UG，ProE，设计叶片树脂模具，将CAD模型数据导入Magics分层软件进行分层处理，分层处理后的叶片树脂模具进行实体内部镂空处理，将模型分层数据导入光固化快速成型设备制作空心涡轮叶片树脂模具，成型用树脂为SPRS8981型光敏树脂。
(2)基于凝胶注模工艺，制备陶瓷浆料：
2)按质量比例称取70％大粒径氧化铝氧化铝、25％氧化铝、5％的氧化镁，并在容器中搅拌混合均匀，得到粉料；其中，大粒径氧化铝的粒径为20～100μm，小粒径氧化铝的粒径为2～10μm。
2)将有机单体烷丙烯酸和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺按照质量比16:1溶解到去离子水中，再加入质量为粉末质量2％的分散剂，搅拌溶解，配制成浓度为20％的预混液。
3)按预定固相含量58％的要求称取预混液，将预混液倒入球磨罐中，将粉料分批加入预混液，搅拌均匀，加入适量氨水调节PH至9；
4)按照料球质量比1:2加入刚玉磨球，在行星式球磨机中球磨分散50min，转速为300r/min，获得高固相低粘度陶瓷浆料；
(3)向陶瓷浆料中先后加入预先配置好的催化剂四甲基乙二胺溶液(TEMED)和引发剂偶氮二异丁氰，搅拌均匀后在真空注型机中向树脂模具中浇注，真空度设为0.08MPa以排出浆料中夹杂的气泡，浇注过程中外加振动场以进一步排出气泡。在5～15min内，陶瓷浆料原位固化，形成陶瓷铸型素坯。
(4)待浆料充分固化后，将陶瓷坯体放入一体式冷冻干燥机中进行冷冻干燥，去除坯体中的水分；
(5)待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，在真空脱脂炉中进行脱脂，并当凝胶注模陶瓷铸型素坯内高分子有有机单体和交联剂充分热解后，缓慢通入空气，以使残碳燃烧，最终使叶片陶瓷铸型在大气环境下进行预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
升温工艺设定为：
首先，待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，将凝胶注模陶瓷铸型素坯放入真空脱脂炉中，并将真空脱脂炉温度从室温以40℃/h升温速率升至700℃；
然后，以220℃/h升温速率将真空脱脂炉温度升至1200℃，进行预烧结，预烧结温度下保温3～5h后，随炉冷却，其中，当真空脱脂炉温度升至900℃时，缓慢通入空气，缓慢泄压，最终在大气环境下实现预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
实施例6
(1)使用三维造型软件，如UG，ProE，设计叶片树脂模具，将CAD模型数据导入Magics分层软件进行分层处理，分层处理后的叶片树脂模具进行实体内部镂空处理，将模型分层数据导入光固化快速成型设备制作空心涡轮叶片树脂模具，成型用树脂为SPRS8981型光敏树脂。
(2)基于凝胶注模工艺，制备陶瓷浆料：
2)按质量比例称取70％大粒径氧化铝氧化铝、25％氧化铝、5％的氧化镁，并在容器中搅拌混合均匀，得到粉料；其中，大粒径氧化铝的粒径为20～100μm，小粒径氧化铝的粒径为2～10μm。
2)将有机单体甲基丙烯酸和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺按照质量比18:1溶解到去离子水中，再加入质量为粉末质量2％的分散剂，搅拌溶解，配制成浓度为18％的预混液。
3)按预定固相含量60％的要求称取预混液，将预混液倒入球磨罐中，将粉料分批加入预混液，搅拌均匀，加入适量氨水调节PH至9；
4)按照料球质量比1:2加入刚玉磨球，在行星式球磨机中球磨分散50min，转速为360r/min，获得高固相低粘度陶瓷浆料；
(3)向陶瓷浆料中先后加入预先配置好的催化剂四甲基乙二胺溶液(TEMED)和引发剂偶氮双氰基戊酸钠，搅拌均匀后在真空注型机中向树脂模具中浇注，真空度设为0.08MPa以排出浆料中夹杂的气泡，浇注过程中外加振动场以进一步排出气泡。在5～15min内，陶瓷浆料原位固化，形成陶瓷铸型素坯。
(4)待浆料充分固化后，将陶瓷坯体放入一体式冷冻干燥机中进行冷冻干燥，去除坯体中的水分；
(5)待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，在真空脱脂炉中进行脱脂，并当凝胶注模陶瓷铸型素坯内高分子有有机单体和交联剂充分热解后，缓慢通入空气，以使残碳燃烧，最终使叶片陶瓷铸型在大气环境下进行预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
升温工艺设定为：
首先，待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，将凝胶注模陶瓷铸型素坯放入真空脱脂炉中，并将真空脱脂炉温度从室温以40℃/h升温速率升至700℃；
然后，以220℃/h升温速率将真空脱脂炉温度升至1200℃，进行预烧结，预烧结温度下保温3～5h后，随炉冷却，其中，当真空脱脂炉温度升至900℃时，缓慢通入空气，缓慢泄压，最终在大气环境下实现预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
实施例7
(1)使用三维造型软件，如UG，ProE，设计叶片树脂模具，将CAD模型数据导入Magics分层软件进行分层处理，分层处理后的叶片树脂模具进行实体内部镂空处理，将模型分层数据导入光固化快速成型设备制作空心涡轮叶片树脂模具，成型用树脂为SPRS8981型光敏树脂。
(2)基于凝胶注模工艺，制备陶瓷浆料：
2)按质量比例称取62％大粒径氧化铝氧化铝、35％氧化铝、3％的氧化镁，并在容器中搅拌混合均匀，得到粉料；其中，大粒径氧化铝氧化铝的粒径为40μm，小粒径氧化铝的粒径为5μm。
2)将有机单体烷基甲基丙烯酸和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺按照质量比18:1溶解到去离子水中，再加入质量为粉末质量2％的分散剂，搅拌溶解，配制成浓度为18％的预混液。
3)按预定固相含量60％的要求称取预混液，将预混液倒入球磨罐中，将粉料分批加入预混液，搅拌均匀，加入适量氨水调节PH至9；
4)按照料球质量比1:2加入刚玉磨球，在行星式球磨机中球磨分散50min，转速为360r/min，获得高固相低粘度陶瓷浆料；
(3)向陶瓷浆料中先后加入预先配置好的催化剂四甲基乙二胺溶液(TEMED)和引发剂偶氮双氰基戊酸钠，搅拌均匀后在真空注型机中向树脂模具中浇注，真空度设为0.08MPa以排出浆料中夹杂的气泡，浇注过程中外加振动场以进一步排出气泡。在5～15min内，陶瓷浆料原位固化，形成陶瓷铸型素坯。
(4)待浆料充分固化后，将陶瓷坯体放入一体式冷冻干燥机中进行冷冻干燥，去除坯体中的水分；
(5)待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，在真空脱脂炉中进行脱脂，并当凝胶注模陶瓷铸型素坯内高分子有有机单体和交联剂充分热解后，缓慢通入空气，以使残碳燃烧，最终使叶片陶瓷铸型在大气环境下进行预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
升温工艺设定为：
首先，待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，将凝胶注模陶瓷铸型素坯放入真空脱脂炉中，并将真空脱脂炉温度从室温以40℃/h升温速率升至700℃；
然后，以220℃/h升温速率将真空脱脂炉温度升至1200℃，进行预烧结，预烧结温度下保温3～5h后，随炉冷却，其中，当真空脱脂炉温度升至900℃时，缓慢通入空气，缓慢泄压，最终在大气环境下实现预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
Claims (6)
1.一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）使用三维造型软件设计叶片树脂模具，将所设计的叶片树脂模具的数据导入Magics分层软件进行分层处理，根据模型分层数据制作空心涡轮叶片树脂模具，进行分层处理后的叶片树脂模具还进行内部镂空处理，得到内部镂空的空心涡轮叶片树脂模具；
（2）制备高固相、低粘度的氧化铝基陶瓷浆料；
1）按照质量百分比称取60～70%大粒径氧化铝、25～39%小粒径氧化铝以及1～5%氧化镁，并在容器中搅拌混合均匀，得到粉料；所述大粒径氧化铝的粒径为20～100μm，小粒径氧化铝的粒径为2～10μm；
2）将有机单体和交联剂按照质量比（15～20）:1溶解到去离子水中，再添加分散剂，搅拌溶解，配制成预混液；
3）称取预混液，将预混液倒入球磨罐中，将粉料加入预混液中，搅拌均匀，调节pH至9～11，得到预制浆料，所述预制浆料的固相含量为55%～60%；
4）将预制浆料在球磨机中球磨分散，获得高固相低粘度的陶瓷浆料；
（3）应用凝胶注模方法，在真空和振动环境下，向空心涡轮叶片树脂模具中浇注陶瓷浆料，在催化剂和引发剂的诱导下，使陶瓷浆料固化，形成凝胶注模陶瓷铸型素坯；
（4）通过真空冷冻干燥方法，去除凝胶注模陶瓷铸型素坯中的水分；
（5）待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，在真空脱脂炉中进行脱脂，并当凝胶注模陶瓷铸型素坯内高分子有机单体和交联剂充分热解后，缓慢通入空气，以使残碳燃烧，最终使叶片陶瓷铸型在大气环境下进行预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型；
所述（5）的具体过程为：
首先，待凝胶注模陶瓷铸型素坯中水分去除后，将凝胶注模陶瓷铸型素坯放入真空脱脂炉中，并将真空脱脂炉温度从室温以30～60℃/h升温速率升至500～700℃；
然后，以200～300℃/h升温速率将真空脱脂炉温度升至1200～1300℃，进行预烧结，预烧结温度下保温3～5h后，随炉冷却，其中，当真空脱脂炉温度升至800～900℃时，缓慢通入空气，缓慢泄压，最终在大气环境下实现预烧结，得到涡轮叶片陶瓷铸型。
2.如权利要求1所述的一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法，其特征在于：所述步骤（2）中有机单体为丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯酸。
3.如权利要求1所述的一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法，其特征在于：所述步骤（2）交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或丙烯基丙烯酸甲酯。
4.如权利要求1所述的一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法，其特征在于：所述步骤（2）的2）中的配制成预混液的质量浓度为10～20%，所述分散剂加入量为粉料质量的1～3%。
5.如权利要求1所述的一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法，其特征在于：所述步骤（2）的4）中在行星式球磨机中球磨分散，料球比为1:(1.5～2.5)，行星式球磨机的转速为300～400r/min，球磨时间为20～50min。
6.如权利要求1所述的一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法，其特征在于：所述步骤（3）中的催化剂为四甲基乙二胺溶液，引发剂为过硫酸铵溶液、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰或偶氮双氰基戊酸钠。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410240275.2A CN104003732B (zh) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | 一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410240275.2A CN104003732B (zh) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | 一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104003732A CN104003732A (zh) | 2014-08-27 |
| CN104003732B true CN104003732B (zh) | 2015-12-02 |
Family
ID=51364672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410240275.2A Active CN104003732B (zh) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | 一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104003732B (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017092013A1 (zh) * | 2015-12-03 | 2017-06-08 | 广东工业大学 | 一种齿状异形陶瓷的制备方法 |
| CN105732007B (zh) * | 2016-01-25 | 2019-01-15 | 西安交通大学 | 一种用于复杂零件制造的氧化钙基陶瓷铸型快速制备方法 |
| CN106975753A (zh) * | 2017-03-16 | 2017-07-25 | 东莞市依诺电子科技有限公司 | 一种金属材料薄壁结构零件的3d打印加工方法 |
| CN107140992A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-08 | 华东理工大学 | 一种陶瓷凝胶注模浆料长期保存的方法 |
| CN107353008B (zh) * | 2017-06-20 | 2020-03-17 | 西安交通大学 | 一种层状金属-陶瓷复合材料零件的制备方法 |
| CN109694258B (zh) * | 2017-10-23 | 2021-07-23 | 中国科学院金属研究所 | 一种YSZ纤维增强型γ-Y2Si2O7多孔隔热陶瓷的制备方法 |
| CN109081685B (zh) * | 2018-09-13 | 2021-09-24 | 南京鑫达晶体材料科技有限公司 | 一种氧化铝陶瓷及其制备方法 |
| CN109534794A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-29 | 西安交通大学 | 一种提升增材制造成型陶瓷零件脱脂强度的方法 |
| CN110372398A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-10-25 | 武汉理工大学 | 一种光固化成型陶瓷坯体的快速脱脂烧结方法 |
| CN110465627B (zh) * | 2019-09-16 | 2021-02-02 | 郑州航空工业管理学院 | 一种用于空心涡轮叶片精密铸造的表层致密内部疏松陶瓷型芯制造方法 |
| CN112479687A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-03-12 | 集美大学 | 一种陶瓷3d打印产品及其脱脂焙烧一体化工艺方法 |
| CN114832866B (zh) * | 2022-05-23 | 2024-06-14 | 广东省科学院新材料研究所 | 一种催化重整器及其形性调控方法和应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101955353A (zh) * | 2010-09-26 | 2011-01-26 | 西安交通大学 | 一种改善氧化铝基陶瓷型芯高温性能方法 |
-
2014
- 2014-05-30 CN CN201410240275.2A patent/CN104003732B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101955353A (zh) * | 2010-09-26 | 2011-01-26 | 西安交通大学 | 一种改善氧化铝基陶瓷型芯高温性能方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 单体含量对凝胶注模工艺固化时内应力及坯体性能的影响;金晓等;《硅酸盐学报》;20110531;第39卷(第5期);第794-798页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104003732A (zh) | 2014-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104003732B (zh) | 一种凝胶注模涡轮叶片陶瓷铸型真空脱脂的方法 | |
| CN104907492B (zh) | 一种面向双层壁空心涡轮叶片的制造方法 | |
| CN104003730B (zh) | 一种控制凝胶注模陶瓷零件中温强度的方法 | |
| CN103360079B (zh) | 一种空心涡轮叶片一体化陶瓷铸型的型芯型壳定制方法 | |
| KR102249919B1 (ko) | 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법 | |
| CN105036751B (zh) | 一种采用微纳米粒径级配制备陶瓷的方法 | |
| CN103223689B (zh) | 一种梯度功能材料型芯型壳一体化陶瓷铸型的制备方法 | |
| CN102432332B (zh) | 一种利用凝胶—发泡法制备氧化铝多孔陶瓷的方法 | |
| CN105732007B (zh) | 一种用于复杂零件制造的氧化钙基陶瓷铸型快速制备方法 | |
| CN101955353A (zh) | 一种改善氧化铝基陶瓷型芯高温性能方法 | |
| CN104526856B (zh) | 一种提高整体式陶瓷铸型型芯位置精度的方法 | |
| CN110732637A (zh) | 一种涡轮叶片气膜孔精密成形方法 | |
| CN103193508B (zh) | 一种提高空心涡轮叶片陶瓷铸型高温力学性能的方法 | |
| CN108164257A (zh) | 一种精密铸造用型芯及其制造方法 | |
| CN106927798A (zh) | 一种水溶性陶瓷型芯及其制备方法 | |
| CN106083205B (zh) | 一种通过化学气相渗透提高整体式氧化铝基陶瓷铸型高温强度的方法 | |
| KR20080093799A (ko) | 인베스트먼트 주조용 석고계 매몰제 | |
| CN109081685B (zh) | 一种氧化铝陶瓷及其制备方法 | |
| CN107234213A (zh) | 高压不锈钢泵体的陶瓷型精密铸造方法 | |
| US9539637B2 (en) | Investment casting refractory material | |
| CN1207118C (zh) | 浇注成形的型芯用的芯料及用该芯料制作型芯的方法 | |
| CN114907133B (zh) | 一种硅基陶瓷型芯材料、制备方法以及硅基陶瓷型芯 | |
| CN1562522A (zh) | 镁合金熔模精密铸造模壳的制备工艺 | |
| CN107139314A (zh) | 一种用于陶瓷胶态成型的覆膜砂模具的制备方法 | |
| CN116283254A (zh) | 一种耐高温硅基陶瓷型芯及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |