CN1076877A

CN1076877A - 陶瓷型芯制造工艺

Info

Publication number: CN1076877A
Application number: CN 92102055
Authority: CN
Inventors: 方建; 刘福顺; 吴笑非; 孔晓东
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University; Beijing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1993-10-06

Abstract

一种陶瓷型芯制造工艺，采用经过化学预处理的工业氧化铝、纯氧化铝、锆英砂等低钠、无钠物质，作为陶瓷型芯的烧成填料。从而减少了陶瓷型芯烧成过程中产生的热应力，减少了裂纹和高温变形，提高了陶瓷型芯的强度和质量。使内腔复杂而薄壁的零件如燃气轮发动机叶片得以铸成，大大提高了铸件合格率及质量。

Description

本发明属熔模铸造工艺及玻璃陶瓷工艺。

陶瓷型芯是形成铸件内腔的工艺零件。它在焙烧后的强度会直接影响铸造工艺的进行;它在铸造温度下的几何形状及尺寸精度又直接影响着铸件质量。对于形状复杂又细薄的陶瓷型芯，为便于零件铸成后从铸件中用化学方法腐蚀出来，常使用熔融石英粉作陶瓷型芯的基体材料;使用氧化铝、锆英石或钠、镁、钙、钍、镱的氧化物作矿化剂。其制造方法是将所要求的各种原材料按一定比例配好后，加入适当蜡料，加热混拌制成浆料;用热压注法或传递模制成芯坯;将芯坯放在多孔性的工业氧化铝粉填料（或用工业氧化铝粉制成的胎模）中;于炉内缓慢升温脱蜡，进而加热到1000～1300℃进行焙烧。炉冷后将陶瓷型芯从氧化铝中取出，经检查合格后备用。

使用工业氧化铝填料作为烧结介质，是陶瓷工业中进行热压注法生产的传统作法。但是，在使用以熔融石英作为基体材料的陶瓷型芯烧结时，便常常出现裂纹和整体强度过低的现象。这是因为工业氧化铝中含有较高的Na₂O（一般为0.3～0.5%，甚至更高）。Na是一种强烈地促进石英玻璃析晶的元素，在烧结过程中Na引起的方石英析晶量，在陶瓷型芯断面上的分布很不均匀，近表面处高，远表面处低，从而造成体积变化的差异。当炉温冷至方石英相变点（低于200℃）时，就会出现裂纹和整体强度过低的现象。由于方石英折晶不均，在铸造升温时还会引起陶瓷型芯的变形。

本发明的目的在于，提供几种低钠或无钠物质作为陶瓷型芯的烧成填料。减少钠对陶瓷型芯烧成过程中方石英析晶量的影响，提高产品合格率和铸件质量。

本发明的陶瓷型芯制造工艺，是采用低钠或无钠物质作为陶瓷型芯的烧成填料，其中Na₂O的含量不超过0.01%。

可以使用经过化学予处理的工业氧化铝作为陶瓷型芯的烧成填料。对工业氧化铝进行化学予处理的方法是：用化学纯的MgCl₂在高温下与工业氧化铝中的Na₂O发生反应，生成NaCl蒸气跑掉，达到除Na目的。MgCl₂的加入是按下列平衡式计算：

将工业氧化铝与MgCl₂按比例混合后加水适量，搅拌均匀。加热至1400℃保温2～4小时，自然冷却后即获得陶瓷型芯的烧成填料。其中Na₂O的含量可以减少至0.01%以下。

也可以用纯氧化铝作为陶瓷型芯的烧成填料。纯氧化铝的制备方法是：将分析纯的硫酸铝铵缓慢加热至1200℃，保温2小时即获得纯氧化铝粉。其中Na₂O的含量可以为“痕”。

还可以使用锆英砂作为陶瓷型芯的烧成填料。为使该填料具有足够的吸蜡性能，并使陶瓷型芯获得良好的光洁度，锆英砂中ZrO₂的含量≥60%，最好是64%～66%。

发明者利用上述方法制备了本发明所述的三种陶瓷型芯烧成填料，并进行了陶瓷型芯的烧成试验：

用30%的锆英粉、70%的熔融石英粉、外加12%的蜡料混成浆料。使用热压注法制成4×10×110^mm的芯坯。将芯坯分别放在上述三种填料中，此外为了便于比较还将同样的芯坯放在普通工业氧化铝填料中。将这些使用四种不同烧成填料的芯坯置于同一炉内同时进行焙烧。室温出炉后对烧成的陶瓷型芯进行抗弯强度测试并对陶瓷型芯由表面至中心逐层进行X光石英含量测定，结果如下表：

陶瓷型芯抗弯强度试验结果（MPa）

填料代号	O	A	B	C
					填料名称	工业氧化铝	处理氧化铝	纯氧化铝	锆英砂
陶芯型号	SZ－O	SZ－A	SZ－B	SZ－C
					抗弯强度(MPa)	4.8	13.7	16.8	19.0

陶瓷型芯方石英含量X光测定结果（Wt%）

从实验结果可以看出，陶瓷型芯的烧成填料中钠的含量越低，陶瓷型芯中的方石英折晶量就越少，从表层至中心处方石英含量也越均匀，陶瓷型芯的抗弯强度也就越高。

本发明陶瓷型芯制造工艺，通过减少型芯烧成填料中钠的含量，降低了陶瓷型芯烧成过程中产生的热应力，减少了裂纹，提高了型芯的强度及尺寸精度，从而使内腔复杂而又薄壁的铸件例如发动机叶片得以铸成，大大提高了产品合格率及铸件质量。三种烧成填料均优于传统的工业氧化铝填料。

本工艺方法简便易行，可根据不同质量要求的铸件，选择不同类型的陶瓷型芯烧成填料，达到提高质量降低成本之目的。

Claims

1、一种使用焙烧介质作烧成填料的陶瓷型芯制造工艺，其特征在于使用低钠、无钠物质作为陶瓷型芯的烧成填料，Na₂O含量应低于0.3%，最好低于0.01%。

2、根据权利要求1所述的陶瓷型芯制造工艺，其特征在于使用经过化学予处理的工业氧化铝作为陶瓷型芯的烧成填料，工业氧化铝中Na₂O的含量低于0.01%。

3、根据权利要求1所述的陶瓷型芯制造工艺，其特征在于使用纯氧化铝作为陶瓷型芯的烧成填料。

4、根据权利要求1所述的陶瓷型芯制造工艺，其特征在于使用锆英砂作为陶瓷型芯的烧成填料，其中ZrO₂的含量≥60%，最好≥64%。