CN105014017A - 一种复杂结构陶瓷型芯组合工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种陶瓷型芯组合工艺，具体步骤为：a、制备分体陶瓷型芯素坯，在分体陶瓷型芯素坯上预留相应的工艺孔，工艺孔是贯穿分体陶瓷型芯的通孔，为“帽型”结构，其截面为“T”型，其中横截面积较大的孔为孔座，横截面积较小的孔为安装孔；b、将分体陶瓷型芯素坯进行烧结制成成品分体陶瓷型芯；c、将连接件从工艺孔分别插入两个分体陶瓷型芯之间，该连接件成为整体陶瓷型芯中的一部分，通过该部分对各分体陶瓷型芯进行连接，然后在孔座外侧注入封严粘接剂，把孔座进行封严处理，从而使两个分体陶瓷型芯连接在一起，最终，制得整体陶瓷型芯。该方法通过简单的连接工艺制备复杂结构陶瓷型芯，满足复杂结构空心叶片制备需求。

Description

一种复杂结构陶瓷型芯组合工艺
技术领域
本发明属于高温合金技术领域，特别涉及陶瓷型芯制备工艺。
背景技术
航空发动机最关键的热端部件是涡轮叶片，为了提高热效率，涡轮叶片前进气温度越来越高，但该温度已远超过材料本身的熔点，因此必须采用冷却技术，即叶片为空心结构。空心叶片的冷却效果与叶片的气冷结构有密切关系，为了追求更高的气体冷却效果，叶片的空心结构也越来越复杂，在这个冷却结构中存在纵横交错的换热肋、扰流柱及各种沟槽结构等。复杂空心结构采用陶瓷型芯来形成，但由于陶瓷型芯结构的复杂性使其制备难度加大，将复杂陶瓷型芯分解成简单陶瓷型芯会大大降低陶瓷型芯的制备难度，但如何将简单陶瓷型芯组合起来并保持陶瓷型芯具有整体陶瓷型芯的性能是实际生产中的难题。
发明内容
本发明的目的在于通过简单的连接工艺制备复杂结构陶瓷型芯，满足复杂结构空心叶片制备需求。
本发明一种陶瓷型芯组合工艺，其特征在于，具体工艺路线为：
a、首先制备分体陶瓷型芯素坯，在分体陶瓷型芯素坯上预留相应的工艺孔2，工艺孔2是贯穿分体陶瓷型芯1的通孔，为“帽型”结构，其截面为“T”型(见图1)，其中横截面积较大的孔为孔座21，横截面积较小的孔为安装孔22，优选的“帽型”结构见图3或图4，其中孔座21为圆柱形通孔，安装孔22为圆柱形通孔或长方形通孔；
b、将分体陶瓷型芯素坯进行烧结制成成品分体陶瓷型芯1；
c、将连接件3的一端插入一个分体陶瓷型芯1的工艺孔2，其端头在孔座21内，连接件3的另一端插入另一个分体陶瓷型芯1的工艺孔2(连接件3的两个端头不得穿过孔座21而露出分体陶瓷型芯1，该连接件3成为整体陶瓷型芯中的一部分，通过该部分对各分体陶瓷型芯1进行连接)，然后在两个分体陶瓷型芯1的孔座21外侧分别注入封严粘接剂(如图2，其中5为封严粘结剂形成的封严帽)，把孔座21进行封严处理，从而使两个分体陶瓷型芯1连接在一起，最终，制得整体陶瓷型芯。
本发明工艺中，所述孔座21高度h的取值范围是：1/3B≤h≤2/3B，其中B为孔座21所在分体陶瓷型芯1的厚度。
本发明工艺中，连接件3的外壁与安装孔22的内壁间留有0.1-0.3毫米的间隙。
本发明工艺中，分体陶瓷型芯1采用二氧化硅基材料制备，增塑剂采用石蜡基增塑剂。
本发明工艺中，分体陶瓷型芯1的烧结温度为1180-1260℃，烧结时间6-10小时。
本发明工艺中，所述连接件3为石英管或石英片，采用高纯石英玻璃制备，其中SiO2含量为99.9％-100％，Na、K离子含量0-50PPM；连接件3的长度为1-10毫米，石英管直径Ф2为0.5-2毫米，石英片宽度a为1-3毫米，石英片厚度b为1-3毫米，孔座21的直径Ф1为Ф2或a的尺寸的1.5-3倍。
本发明工艺中，封严粘接剂采用氧化铝粉与硅溶胶的混合物，氧化铝粉的粒度为300-600目，氧化铝与硅溶胶的质量比为3.2-3.8:1。
本发明工艺中，所用封严粘结剂的固化温度为20℃-50℃，固化时间10-30分钟。
附图说明
图1分体陶瓷型芯素坯结构示意图(其中1、分体陶瓷型芯；2、工艺孔；21、孔座；22、安装孔)。
图2连接件连接两个分体陶瓷型芯示意图(其中3、连接件，4、封严帽)。
图3帽型结构(1)示意图。
图4帽型结构(2)示意图。
具体实施方式
实施例1
首先制备分体陶瓷型芯素坯，分体陶瓷型芯采用二氧化硅基材料(75％SiO2+25％ZrSiO4)制备，增塑剂采用石蜡基增塑剂(95％石蜡+5％蜂蜡)；在分体陶瓷型芯素坯上预留相应的工艺孔2，工艺孔2设计成“帽型”结构，其中横截面积较大的孔为孔座21，横截面积较小的孔为安装孔22，具体见图1、2、3，图2中上、下孔座21的高度h分别为所在分体陶瓷型芯1厚度的1/3；
分体陶瓷型芯1的烧结温度为1180℃，烧结时间6小时；将一个连接件3分别插入两个分体陶瓷型芯1的工艺孔2进行连接，该连接件3成为整体陶瓷型芯中的一部分，通过多个连接件3将各个分体陶瓷型芯1连接在一起，最终制得整体陶瓷型芯。连接件3的外壁与安装孔22内壁间需留0.1毫米的间隙；连接件3采用石英玻璃管，石英玻璃管由高纯石英玻璃制成，其中SiO2含量99.9％-100％，Na、K离子含量0-50PPM，石英玻璃管直径Ф2为0.5毫米；
在孔座21外侧注入封严粘接剂，把孔座21进行封严处理，所形成的封严帽4的直径Ф1为1毫米；封严粘接剂采用氧化铝粉与硅溶胶的混合物，氧化铝粉的粒度为300目，氧化铝与硅溶胶的质量比为3.2:1；封严粘结剂的固化温度20℃，固化时间10分钟。
实施例2
首先制备分体陶瓷型芯素坯，分体陶瓷型芯采用二氧化硅基材料(80％SiO2+20％ZrSiO4)制备，增塑剂采用石蜡基增塑剂(85％石蜡+15％蜂蜡)；在分体陶瓷型芯素坯上预留相应的工艺孔2，工艺孔2设计成“帽型”结构，如图4所示，其中横截面积较大的圆柱形通孔为孔座21，横截面积较小的长方形通孔为安装孔22，上、下孔座21的高度分别为所在分体陶瓷型芯1厚度的2/3；
分体陶瓷型芯1的烧结温度为1260℃，烧结时间10小时；将一个连接件3分别插入两个分体陶瓷型芯1的工艺孔2进行连接，该连接件3成为整体陶瓷型芯中的一部分，连接件3的外壁需与安装孔22的内壁间留有空隙；连接件3采用石英玻璃片，由高纯石英玻璃制成，其中SiO2含量99.9％-100％，Na、K离子含量0-50PPM，石英片宽度a为2毫米，厚度b为1毫米，长度为10毫米；
在孔座21外侧注入封严粘接剂，把孔座21进行封严处理，封严帽4的直径Ф1为4毫米；封严粘接剂采用氧化铝粉与硅溶胶的混合物，氧化铝粉的粒度为600目，氧化铝与硅溶胶的质量比为3.8:1；封严粘结剂的固化温度50℃，固化时间10分钟。
实施例3
首先制备分体陶瓷型芯素坯，分体陶瓷型芯采用二氧化硅基材料(90％SiO2+10％ZrSiO4)制备，增塑剂采用石蜡基增塑剂(90％石蜡+10％蜂蜡)制备；在分体陶瓷型芯素坯上预留相应的工艺孔2，工艺2孔设计成“帽型”结构，孔座21的高度分别为所在分体陶瓷型芯1厚度的1/3；
分体陶瓷型芯1的烧结温度为1260℃，烧结时间6小时；将一个连接件3分别插入两个分体陶瓷型芯1的工艺孔2进行连接，该连接件3成为整体陶瓷型芯中的一部分，连接件3的外壁与安装孔22的内壁间需留0.3毫米的间隙；连接件3采用石英玻璃管，石英玻璃管由高纯石英玻璃制成，其中SiO2含量99.9％-100％，Na、K离子含量0-50PPM，石英管直径Ф2为2毫米；
在孔座21的外侧注入封严粘接剂，把孔座21进行封严处理，封严帽4的直径Ф1为3毫米；封严粘接剂采用氧化铝粉与硅溶胶的混合物，氧化铝粉的粒度为600目，氧化铝与硅溶胶的质量比为3.5:1；封严粘结剂的固化温度25℃，固化时间25分钟。
实施例4
首先制备分体陶瓷型芯素坯，分体陶瓷型芯采用二氧化硅基材料制备，(78％SiO2+22％ZrSiO4)制备，增塑剂采用石蜡基增塑剂(85％石蜡+15％蜂蜡)；在分体陶瓷型芯素坯上预留相应的工艺孔2，工艺孔2设计成“帽型”结构，如图4所示，其中横截面积较大的圆柱形通孔为孔座21，横截面积较小的长方形通孔为安装孔22，上、下孔座21的高度分别为所在分体陶瓷型芯1厚度的2/3；
分体陶瓷型芯1的烧结温度为1200℃，烧结时间8小时；将一个连接件3分别插入两个分体陶瓷型芯1的工艺孔2进行连接，该连接件3成为整体陶瓷型芯中的一部分，连接件3的外壁需与安装孔22的内壁间留有空隙；连接件3采用石英玻璃片，由高纯石英玻璃制成，其中SiO2含量99.9％-100％，Na、K离子含量0-50PPM，石英玻璃片宽度a为3毫米，厚度b为1毫米，长度为5毫米；
在孔座21外侧注入封严粘接剂，把孔座21进行封严处理，封严帽4的直径Ф1为5毫米；封严粘接剂采用氧化铝粉与硅溶胶的混合物，氧化铝粉的粒度为500目，氧化铝与硅溶胶的质量比为3.6:1；封严粘结剂的固化温度28℃，固化时间15分钟。
本发明由于孔座21处采用氧化铝和硅溶胶进行连接，连接处的高温强度及高温蠕变性能都强于分体陶瓷型芯1本身的性能，可完全保证连接陶瓷型芯1的整体强度，满足了复杂陶瓷型芯的制备需求与性能需求。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种陶瓷型芯组合工艺，其特征在于，具体工艺路线为：
a、首先制备分体陶瓷型芯素坯，在分体陶瓷型芯素坯上预留相应的工艺孔（2），工艺孔（2）是贯穿分体陶瓷型芯（1）的通孔，为“帽型”结构，其截面为“T”型，其中横截面积较大的孔为孔座（21），横截面积较小的孔为安装孔（22）；
b、将分体陶瓷型芯素坯进行烧结制成成品分体陶瓷型芯（1）；
c、将连接件（3）的一端插入一个分体陶瓷型芯（1）的工艺孔（2），其端头在孔座（21）内，连接件（3）的另一端插入另一个分体陶瓷型芯（1）的工艺孔（2），然后在两个分体陶瓷型芯（1）的孔座（21）外侧分别注入封严粘接剂，把孔座（21）进行封严处理，从而使两个分体陶瓷型芯（1）连接在一起，最终，制得整体陶瓷型芯。
2.按照权利要求1所述陶瓷型芯组合工艺，其特征在于：所述孔座（21）高度h的取值范围是：1/3B≤h≤2/3B，其中B为孔座（21）所在分体陶瓷型芯（1）的厚度。
3.按照权利要求1所述陶瓷型芯组合工艺，其特征在于：连接件（3）的外壁与安装孔（22）的内壁间留有0.1-0.3毫米的间隙。
4.按照权利要求1所述陶瓷型芯组合工艺，其特征在于：分体陶瓷型芯（1）采用二氧化硅基材料制备，增塑剂采用石蜡基增塑剂。
5.按照权利要求1或4所述陶瓷型芯组合工艺，其特征在于：分体陶瓷型芯（1）的烧结温度为1180-1260℃，烧结时间6-10小时。
6.按照权利要求1所述陶瓷型芯组合工艺，其特征在于：所述连接件（3）为石英管或石英片，采用高纯石英玻璃制备，其中SiO2含量为99.9%-100%，Na、K离子含量为0-50PPM；连接件（3）的长度为1-10毫米，石英管直径Ф2为0.5-2毫米，石英片宽度a为1-3毫米，石英片厚度b为1-3毫米，孔座（21）的直径Ф1为Ф2或a的尺寸的1.5-3倍。
7.按照权利要求1所述陶瓷型芯组合工艺，其特征在于：封严粘接剂采用氧化铝粉与硅溶胶的混合物，氧化铝粉的粒度为300-600目，氧化铝与硅溶胶的质量比为（3.2-3.8）:1。
8.按照权利要求7所述陶瓷型芯组合工艺，其特征在于：所用封严粘结剂的固化温度为20℃-50℃，固化时间10-30分钟。
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