CN113636858B - 一种具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：A、镶入式陶瓷活动块的制备；B、叶轮陶瓷型芯蜡坯的制备：将所述步骤A制得的镶入式陶瓷活动块装配于陶瓷型芯模具的内腔，经射蜡成型后制得叶轮陶瓷型芯蜡坯；C、对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结，烧结后清除所述镶入式陶瓷活动块。采用预制的陶瓷型活动块替代金属型活动块，陶瓷型活动块与陶芯模具组合经射蜡脱模后留在陶瓷型芯蜡坯内部，制得的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的尺寸精度高、变形量小，解决了现有使用金属活动块组合模具制备具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯容易产生合模线，增加了蜡坯的修理难度的问题。

Description

一种具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷型芯技术领域，尤其涉及一种具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法。
背景技术
在叶轮铸件的制造过程中，因为针对不同的设计要求，叶轮铸件的内流道的曲面有各种变化，精密铸造生产叶轮铸件可以采用陶瓷型芯来生产，但是由于叶轮陶瓷型芯的内流道结构复杂，叶轮陶芯型芯的模具设计难度大，很多型号的产品无法用固定的模具来成型，在这些曲度比较复杂的流道区域，通常需要一些辅助的活动模块才能完成叶轮陶瓷型芯的成型，目前，使用金属活动块配合叶轮陶瓷型芯模具制作叶轮陶瓷型芯时会出现一些问题，如通过金属活动块组合模具导致出现合模线，增加蜡坯的修理难度，同时成型后要单独抽拔出这些金属活动块，而在曲度太大的位置处，活动块的拔出比较困难，会导致蜡坯的变形，影响产品质量。
发明内容
针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法，采用预制的陶瓷型活动块替代金属型活动块，陶瓷型活动块脱模后留在陶瓷型芯蜡坯内部，制得的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的尺寸精度高、变形量小，解决了现有使用金属活动块组合模具制备具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯而容易产生合模线，增加了蜡坯的修理难度的问题，以及解决了需要单独拔出金属活动块导致蜡坯产生形变、影响产品质量的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法，采用预制的镶入式陶瓷活动块替代局部或全部的金属活动块，应用于具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备，所述叶轮陶瓷型芯设有多条叶轮叶片流道，所述叶轮叶片流道呈弯曲以及部分扭曲设置，所述制备方法包括以下步骤：
A、镶入式陶瓷活动块的制备：将陶瓷材料、造孔剂和粘结剂搅拌混合均匀，得到混合料，所述混合料经过挤压成型和干燥固化后制得镶入式陶瓷活动块，所述镶入式陶瓷活动块具有扭曲面；
B、叶轮陶瓷型芯蜡坯的制备：将所述步骤A制得的镶入式陶瓷活动块装配于陶瓷型芯模具的内腔，组合成复合型模具，经射蜡成型后制得叶轮陶瓷型芯蜡坯，所述镶入式陶瓷活动块镶嵌包裹在所述叶轮陶瓷型芯蜡坯之中；
C、对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结，烧结后清除所述镶入式陶瓷活动块，每块所述镶入式陶瓷活动块的清除于烧结体上形成有与所述镶入式陶瓷活动块形状一致的叶轮叶片流道，清除完成后，获得具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯。
更进一步说明，采用预制的镶入式陶瓷活动块替代局部的金属活动块时，所述步骤B中，所述镶入式陶瓷活动块镶嵌包裹在所述叶轮陶瓷型芯蜡坯的流道内扭曲的区域。
更进一步说明，按照重量份数计算，所述步骤A中，所述镶入式陶瓷活动块的原料包括陶瓷材料75～85份、造孔剂5～10份和粘结剂8～12份。
更进一步说明，所述镶入式陶瓷活动块的陶瓷材料为电熔刚玉和碳化硅中的一种或两种的组合；
按照重量百分比计算，所述陶瓷材料的颗粒级配为：粒度为80目的原料占20～30％和粒度为40目的原料占70～80％。
更进一步说明，所述镶入式陶瓷活动块的造孔剂为石墨细粉、面粉和粟米粉中的至少一种，所述造孔剂的粒度为1000目。
更进一步说明，所述步骤A中，所述挤压成型的成型压力为5～10MPa，成型温度为100～150℃；
所述干燥固化的干燥温度为140～160℃。
更进一步说明，所述步骤C中，对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结的过程中，排胶阶段具体为以1～2℃/min的升温速度从100℃升温至450℃，烧结阶段具体为在1150～1200℃保温4～8h。
更进一步说明，所述步骤B中，所述射蜡成型的射蜡温度为65～75℃，射蜡压力为0.4～0.8MPa。
更进一步说明，所述镶入式陶瓷活动块的强度不小于1MPa。
更进一步说明，所述步骤C中，使用工具对所述叶轮叶片流道内的所述镶入式陶瓷活动块进行部分清理，然后用压缩空气完成所述叶轮叶片流道内的所述镶入式陶瓷活动块的剩余部分的清理。
与现有技术相比，本发明的实施例具有以下有益效果：
1、本发明中所述镶入式陶瓷活动块采用陶瓷材料、造孔剂和粘结剂经过挤压成型和干燥固化制备得到，具有一定的强度，耐火度高，陶瓷材料颗粒粗在烧结过程中不会烧结，与叶轮陶瓷型芯本体在烧结阶段不会发生反应，在射蜡成型时不会变形，同时由于加入了所述造孔剂和所述粘结剂，经过排胶烧结后形成空穴，使得镶嵌于所述叶轮陶瓷型芯蜡坯内的所述镶入式陶瓷活动块容易清理掉，烧结后清除所述镶入式陶瓷活动块，每块所述镶入式陶瓷活动块的清除于烧结体上形成有与所述镶入式陶瓷活动块形状一致的叶轮叶片流道，最终制得一种具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯，通过采用所述镶入式陶瓷活动块替代金属活动块，在射蜡成型后，将所述叶轮陶瓷型芯蜡坯从模具中取出，所述镶入式陶瓷活动块不需要从所述叶轮陶瓷型芯蜡坯的内部拔出，所述镶入式陶瓷活动块与所述叶轮陶瓷型芯蜡坯进行一体高温烧结，制得的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的尺寸精度高、变形量小，解决了现有使用金属活动块组合模具制备具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯容易产生合模线，增加蜡坯修理难度的问题，以及解决了需要单独拔出金属活动块导致蜡坯产生形变、影响产品质量的问题；
2、通过对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结，具体地，采用氧化铝埋粉将所述叶轮陶瓷型芯蜡坯装入匣钵内然后进行烧结，在排胶阶段以1～2℃/min的升温速度从100℃升温至450℃，在低温排胶过程中，通过控制升温速率，能够防止所述镶入式陶瓷活动块快速热分解而导致陶瓷型芯开裂，经过在1150～1200℃保温4～8h的烧结阶段后，自然冷却，制得的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的尺寸精度高、变形量小；
3、所述镶入式陶瓷活动块的原料经过搅拌混合均匀，挤压成型和干燥固化后制得所述镶入式陶瓷活动块，所述镶入式陶瓷活动块的强度不小于1MPa，使得所述镶入式陶瓷活动块在所述步骤B射蜡成型的过程中不会变形，从而保证制得的所述叶轮陶瓷型芯的尺寸精度，避免所述叶轮陶瓷型芯发生变形。
附图说明
图1是本发明一个实施例的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的立体结构示意图；
图2是图1所示的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的正视结构示意图；
图3是本发明一个实施例的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的立体结构示意图；
图4是图3所示的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的正视结构示意图；
其中：叶轮陶瓷型芯1、叶轮叶片流道2、镶入式陶瓷活动块3。
具体实施方式
一种具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法，采用预制的镶入式陶瓷活动块3替代局部或全部的金属活动块，应用于具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯1，如图1至图4所示，所述叶轮陶瓷型芯1设有多条叶轮叶片流道2，所述叶轮叶片流道2呈弯曲以及部分扭曲设置，所述制备方法包括以下步骤：
A、镶入式陶瓷活动块3的制备：将陶瓷材料、造孔剂和粘结剂搅拌混合均匀，得到混合料，所述混合料经过挤压成型和干燥固化后制得镶入式陶瓷活动块3，所述镶入式陶瓷活动块3具有扭曲面；
B、叶轮陶瓷型芯蜡坯的制备：将所述步骤A制得的镶入式陶瓷活动块3装配于陶瓷型芯模具的内腔，组合成复合型模具，经射蜡成型后制得叶轮陶瓷型芯蜡坯，所述镶入式陶瓷活动块3镶嵌包括在所述叶轮陶瓷型芯蜡坯之中；
C、对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结，烧结后清除所述镶入式陶瓷活动块3，每块所述镶入式陶瓷活动块3的清除于烧结体上形成有与所述镶入式陶瓷活动块3形状一致的叶轮叶片流道2，清除完成后，获得具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯1。
本发明中所述镶入式陶瓷活动块3采用陶瓷材料、造孔剂和粘结剂经过挤压成型和干燥固化制备得到，具有一定的强度，耐火度高，与叶轮陶瓷型芯蜡坯本体不会发生反应，在射蜡成型时不会变形，同时由于加入了所述造孔剂和所述粘结剂，经过排胶烧结后形成空穴，使得镶嵌于所述叶轮陶瓷型芯蜡坯内的所述镶入式陶瓷活动块3容易清理掉，烧结后清除所述镶入式陶瓷活动块3，每块所述镶入式陶瓷活动块3的清除于烧结体上形成有与所述镶入式陶瓷活动块3形状一致的叶轮叶片流道2，最终制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯1，通过采用所述镶入式陶瓷活动块3替代金属活动块，在射蜡成型后，将所述叶轮陶瓷型芯蜡坯从模具中取出，所述镶入式陶瓷活动块3不需要从所述叶轮陶瓷型芯蜡坯的内部拔出，所述镶入式陶瓷活动块3与所述叶轮陶瓷型芯蜡坯进行一体高温烧结，制得的具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯1的尺寸精度高、变形量小，解决了现有使用金属活动块组合模具制备具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯容易产生合模线，增加蜡坯修理难度的问题，以及解决了需要单独拔出金属活动块导致蜡坯产生形变、影响产品质量的问题。
更进一步说明，采用预制的镶入式陶瓷活动块替代局部的金属活动块时，所述步骤B中，经射蜡成型制得叶轮陶瓷型芯蜡坯后，还包括清除所述叶轮陶瓷型芯蜡坯中的金属活动块，所述镶入式陶瓷活动块镶嵌包裹在所述叶轮陶瓷型芯蜡坯的流道内扭曲的区域，在流道内扭曲的区域由于流道复杂，金属活动块难以抽拔出来，且在该区域需要将金属活动块分型(即分解为两个活动块)，因此通过采用预制的镶入式陶瓷活动块3替代局部的金属活动块，而其他位置仍然使用金属活动块，金属活动块能够重复使用，可有效降低制备成本。
更进一步说明，按照重量份数计算，所述步骤A中，所述镶入式陶瓷活动块3的原料包括陶瓷材料75～85份、造孔剂5～10份和粘结剂8～12份。
所述步骤A中，所述镶入式陶瓷活动块3的原料包括陶瓷材料，所述陶瓷材料的用量取决于所述镶入式陶瓷活动块3的尺寸和形状，所述镶入式陶瓷活动块3的尺寸越大，则所述镶入式陶瓷活动块3中的陶瓷材料用量增加，所述粘结剂的用量减少，在保证所述镶入式陶瓷活动块3的强度足够的同时，能够容易排胶，所述镶入式陶瓷活动块3的尺寸越小，则需要减少所述陶瓷材料的用量，增加所述粘结剂的用量，保证所述镶入式陶瓷活动块3的强度，同时改善所述镶入式陶瓷活动块烧结完成后的溃散性。
更进一步说明，所述镶入式陶瓷活动块3的陶瓷材料为电熔刚玉和碳化硅中的一种或两种的组合；
按照重量百分比计算，所述陶瓷材料的颗粒级配为：粒度为80目的原料占20～30％和粒度为40目的原料占70～80％。
所述镶入式陶瓷活动块3的原料中，所述陶瓷材料选用与所述叶轮陶瓷型芯蜡坯的材料在烧结温度下不会发生反应的材料，如电熔刚玉和碳化硅，保证所述镶入式陶瓷活动块3与所述叶轮陶瓷型芯蜡坯不会发生反应，在射蜡成型时不会变形，所述陶瓷材料中，较粗的颗粒较多，使得所述镶入式陶瓷活动块3在烧结完成后方便清理，通过添加部分较细的颗粒，是为了改善所述镶入式陶瓷活动块3表面的光洁度，如果较粗的颗粒过多，较细的颗粒过少，则容易导致所述镶入式陶瓷活动块3的强度差，清理之后流道表面的光洁度差。
优选的，所述镶入式陶瓷活动块3的造孔剂为石墨细粉、面粉和粟米粉中的至少一种，所述造孔剂的粒度为1000目。
通过添加所述造孔剂，增加所述镶入式陶瓷活动块3在烧结后的孔隙率，从而增加所述镶入式陶瓷活动块3的溃散性，方便溃散清理，同时可以增加所述镶入式陶瓷活动块3的硬度，而所述石墨细粉除了具有造孔的作用之外，还相当于润滑剂，有效改善挤压成型后所述镶入式陶瓷活动块3的性能；
所述造孔剂的粒度为1000目，造孔剂颗粒能够弥散在镶入式陶瓷活动块的陶瓷本体内部，增加烧结之后的溃散性能，同时在挤压成型的过程中可以提供润滑效果，改善挤压成型的性能。
优选的，所述镶入式陶瓷活动块3的粘结剂为水溶性聚丙烯乳液、水性酚醛树脂、羟丙甲纤维素乳液、阿拉伯树胶中的至少一种。
通过将所述陶瓷原料与所述粘结剂混合，所述粘结剂能够对所述陶瓷原料起到粘结的作用，保证所述镶入式陶瓷活动块3的强度，经过挤压成型和干燥固化后制得所述镶入式陶瓷活动块3，在射蜡成型时所述镶入式陶瓷活动块3不会变形。
优选的，所述步骤A中，所述挤压成型的成型压力为5～10MPa，成型温度为100～150℃；
所述干燥固化的干燥温度为140～160℃。
优选的，所述干燥固化的干燥温度为150℃。
通过将所述陶瓷原料与所述粘结剂混合，然后进行挤压成型，施加5～10MPa的成型压力，且在100～150℃下使得原料硬化，获得所述镶入式陶瓷活动块3，其中压力大小根据所述镶入式陶瓷活动块3的大小和结构进行调整，如果所述挤压成型的成型压力过小，成型温度过低，则可能导致所述镶入式陶瓷活动块3的成型质量较差，在射蜡成型时容易发生变形。
更进一步说明，所述步骤C中，对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结的过程中，排胶阶段具体为以1～2℃/min的升温速度从100℃升温至450℃，烧结阶段具体为在1150～1200℃保温4～8h。
优选的，所述步骤C中，对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结的过程中，排胶阶段为以1℃/min的升温速度从100℃升温至450℃。
通过对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结，具体地，采用氧化铝埋粉将所述叶轮陶瓷型芯蜡坯装入匣钵内然后进行烧结，在排胶阶段以1～2℃/min的升温速度从100℃升温至450℃，在低温排胶过程中，通过控制升温速率，能够防止所述镶入式陶瓷活动块3快速热分解而导致陶瓷型芯开裂，经过在1150～1200℃保温4～8h的烧结阶段后，自然冷却，制得的具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯的尺寸精度高、变形量小。
具体地，采用可调节的间歇式烧结炉来进行烧结，可以控制不同的烧结曲线，保证烧结效果。
优选的，所述步骤B中，所述射蜡成型的射蜡温度为65～75℃，射蜡压力为0.4～0.8MPa。
将所述步骤A制得的镶入式陶瓷活动块3装配于陶瓷型芯模具，然后进行射蜡成型，经过射蜡成型后制得所述叶轮陶瓷型芯蜡坯，射蜡温度控制在65～75℃，射蜡压力为0.4～0.8MPa，成型后将所述叶轮陶瓷型芯蜡坯从模具中取出，所述镶入式陶瓷活动块3镶嵌设置于所述叶轮陶瓷型芯蜡坯的叶轮叶片流道2内，然后进行烧结，所述射蜡压力设定再此范围内，确保射蜡压力不会过大而导致射断所述镶入式陶瓷活动块3。
更进一步说明，所述镶入式陶瓷活动块3的强度不小于1MPa。
所述镶入式陶瓷活动块3的原料经过搅拌混合均匀，挤压成型和干燥固化后制得所述镶入式陶瓷活动块3，所述镶入式陶瓷活动块3的强度不小于1MPa，使得所述镶入式陶瓷活动块3在所述步骤B射蜡成型的过程中不会变形，从而保证制得的所述叶轮陶瓷型芯1的尺寸精度，避免所述叶轮陶瓷型芯1发生变形。
具体地，所述步骤C中，使用工具对所述叶轮叶片流道2内的所述镶入式陶瓷活动块3进行部分清理，然后用压缩空气完成所述叶轮叶片流道2内的所述镶入式陶瓷活动块3的剩余部分的清理。
对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结后，先使用工具如钻头或者其他利物对所述叶轮叶片流道2内的所述镶入式陶瓷活动块进行部分清理，然后用压缩空气完成所述叶轮叶片流道内的所述镶入式陶瓷活动块的剩余部分的清理，清理简单方便，清理效果好，制得的所述镶入式陶瓷活动块3的质量高，具体地，在完成所述镶入式陶瓷活动块3的清理后，还可以采用细砂纸对所述叶轮陶瓷型芯1的表面进行打磨，以提高所述叶轮陶瓷型芯1的表面平整度及尺寸精度。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为了便于理解本发明，下面对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯的制备方法，采用预制的镶入式陶瓷活动块3替代局部的金属活动块，制备如图1和图2所示的叶轮陶瓷型芯1，包括以下步骤：
A、镶入式陶瓷活动块3的制备：按照重量份数计算，将陶瓷材料80份(具体为电熔刚玉和碳化硅的组合，其中按照重量百分比计算，粒度为80目的原料占30％和粒度为40目的原料占70％)、造孔剂8份(具体为石墨细粉，粒度为1000目)和粘结剂10份(具体为水溶性聚丙烯乳液)搅拌混合均匀，得到混合料，所述混合料经过挤压成型和干燥固化后制得镶入式陶瓷活动块，其中挤压成型的成型压力为8MPa，成型温度为120℃，干燥固化的干燥温度为150℃；
B、叶轮陶瓷型芯蜡坯的制备：将所述步骤A制得的镶入式陶瓷活动块3装配于陶瓷型芯模具的内腔，组合成复合型模具，经射蜡成型后制得叶轮陶瓷型芯蜡坯，射蜡成型的射蜡温度为70℃，射蜡压力为0.6MPa，所述镶入式陶瓷活动块3镶嵌设置于所述叶轮陶瓷型芯蜡坯的叶轮叶片流道内，清除所述叶轮陶瓷型芯蜡坯中的金属活动块；
C、对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结，烧结的过程中排胶阶段具体为以1℃/min的升温速度从100℃升温至450℃，烧结阶段具体为在1180℃保温6h，使用钻头对所述叶轮叶片流道2内的所述镶入式陶瓷活动块3进行部分清理，然后用压缩空气完成所述叶轮叶片流道2内的所述镶入式陶瓷活动块3的剩余部分的清理，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例2
一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯的制备方法，采用预制的镶入式陶瓷活动块3替代局部的金属活动块，制备如图1和图2所示的叶轮陶瓷型芯，包括以下步骤：
A、镶入式陶瓷活动块的制备：按照重量份数计算，将陶瓷材料75份(具体为电熔刚玉，其中按照重量百分比计算，粒度为80目的原料占30％和粒度为40目的原料占70％)、造孔剂5份(具体为石墨细粉和面粉的组合，粒度为1000目)和粘结剂8份(具体为水溶性聚丙烯乳液和水性酚醛树脂)搅拌混合均匀，得到混合料，所述混合料经过挤压成型和干燥固化后制得镶入式陶瓷活动块，其中挤压成型的成型压力为8MPa，成型温度为120℃，干燥固化的干燥温度为150℃；
B、叶轮陶瓷型芯蜡坯的制备：将所述步骤A制得的镶入式陶瓷活动块装配于陶瓷型芯模具的内腔，组合成复合型模具，经射蜡成型后制得叶轮陶瓷型芯蜡坯，射蜡成型的射蜡温度为70℃，射蜡压力为0.6MPa，所述镶入式陶瓷活动块镶嵌设置于所述叶轮陶瓷型芯蜡坯的叶轮叶片流道内，清除所述叶轮陶瓷型芯蜡坯中的金属活动块；
C、对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结，烧结的过程中排胶阶段具体为以1℃/min的升温速度从100℃升温至450℃，烧结阶段具体为在1180℃保温6h，使用钻头对所述叶轮叶片流道内的所述镶入式陶瓷活动块进行部分清理，然后用压缩空气完成所述叶轮叶片流道内的所述镶入式陶瓷活动块的剩余部分的清理，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例3
一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯的制备方法，采用预制的镶入式陶瓷活动块3替代局部的金属活动块，制备如图1和图2所示的叶轮陶瓷型芯，包括以下步骤：
A、镶入式陶瓷活动块的制备：按照重量份数计算，将陶瓷材料85份(具体为电熔刚玉，其中按照重量百分比计算，粒度为80目的原料占30％和粒度为40目的原料占70％)、造孔剂10份(具体为石墨细粉、面粉和粟米粉的组合，粒度为1000目)和粘结剂12份(具体为水溶性聚丙烯乳液和水性酚醛树脂)搅拌混合均匀，得到混合料，所述混合料经过挤压成型和干燥固化后制得镶入式陶瓷活动块，其中挤压成型的成型压力为8MPa，成型温度为120℃，干燥固化的干燥温度为150℃；
B、叶轮陶瓷型芯蜡坯的制备：将所述步骤A制得的镶入式陶瓷活动块装配于陶瓷型芯模具的内腔，组合成复合型模具，经射蜡成型后制得叶轮陶瓷型芯蜡坯，射蜡成型的射蜡温度为70℃，射蜡压力为0.6MPa，所述镶入式陶瓷活动块镶嵌设置于所述叶轮陶瓷型芯蜡坯的叶轮叶片流道内，清除所述叶轮陶瓷型芯蜡坯中的金属活动块；
C、对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结，烧结的过程中排胶阶段具体为以1℃/min的升温速度从100℃升温至450℃，烧结阶段具体为在1180℃保温6h，使用钻头对所述叶轮叶片流道内的所述镶入式陶瓷活动块进行部分清理，然后用压缩空气完成所述叶轮叶片流道内的所述镶入式陶瓷活动块的剩余部分的清理，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例4
与实施例1相比，所述步骤A的陶瓷材料中，粒度为80目的原料占20％和粒度为40目的原料占80％，其余原料组分与制备方法均与实施例1一致，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例5
与实施例1相比，所述步骤C中，对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结的过程中，排胶阶段具体为以2℃/min的升温速度从100℃升温至450℃，其余原料组分与制备方法均与实施例1一致，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例6
与实施例1相比，所述步骤B中，所述射蜡成型的射蜡温度为75℃，射蜡压力为0.8MPa，其余原料组分与制备方法均与实施例1一致，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例7
与实施例1相比，所述步骤B中，所述射蜡成型的射蜡温度为65℃，射蜡压力为0.4MPa，其余原料组分与制备方法均与实施例1一致，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例8
与实施例1相比，所述步骤C中，烧结阶段具体为在1150℃保温8h，其余原料组分与制备方法均与实施例1一致，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例9
与实施例1相比，所述步骤C中，烧结阶段具体为在1200℃保温4h，其余原料组分与制备方法均与实施例1一致，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例10
与实施例1相比，所述步骤A的陶瓷材料中，粒度为80目的原料占10％和粒度为40目的原料占90％，其余原料组分与制备方法均与实施例1一致，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例11
与实施例1相比，所述步骤C中，对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结的过程中，排胶阶段具体为以3℃/min的升温速度从100℃升温至450℃，其余原料组分与制备方法均与实施例1一致，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例12
与实施例1相比，所述步骤A中，所述挤压成型的成型压力为4MPa，成型温度为90℃，其余原料组分与制备方法均与实施例1一致，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
实施例13
与实施例1相比，所述步骤B中，所述射蜡成型的射蜡温度为70℃，射蜡压力为0.9MPa，其余原料组分与制备方法均与实施例1一致，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
对比例1
一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯的制备方法，制备如图1和图2所示的叶轮陶瓷型芯，包括以下步骤：
A、叶轮陶瓷型芯蜡坯的制备：将金属活动块装配于陶瓷型芯模具，经射蜡成型后制得叶轮陶瓷型芯蜡坯，射蜡成型的射蜡温度为70℃，射蜡压力为0.6MPa，然后将金属活动块从叶轮陶瓷型芯蜡坯的叶轮叶片流道内抽拔出来；
B、对所述步骤A制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结，烧结的过程中排胶阶段具体为以1℃/min的升温速度从100℃升温至450℃，烧结阶段具体为在1180℃保温6h，制得一种具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯。
对实施例1～实施例13制得的镶入式陶瓷活动块的抗折强度进行测试(采用三点法测定抗折强度)，以及观察实施例1～实施例13和对比例1制得的叶轮陶瓷型芯中的叶轮叶片流道的变形情况，实施例及对比例的性能测试结果如下表所示：
Figure GDA0003728171710000151
Figure GDA0003728171710000161
从测试结果可知，实施例1至实施例9制得的叶轮陶瓷型芯由于采用镶入式陶瓷活动块替代金属活动块，在射蜡成型后，镶入式陶瓷活动块不需要从叶轮陶瓷型芯蜡坯的内部拔出，镶入式陶瓷活动块的强度高，在射蜡过程中不会发生变形，将镶入式陶瓷活动块直接与叶轮陶瓷型芯蜡坯进行一体烧结，制得的叶轮陶瓷型芯中的叶轮叶片流道的结构完整且无变形；
实施例10在制备镶入式陶瓷活动块时，陶瓷材料中较粗的颗粒过多，较细的颗粒过少，使得镶入式陶瓷活动块的抗折强度比实施例1差，清理之后流道表面的光洁度差，且烧结完成后，叶轮陶瓷型芯中的叶轮叶片流道表面质量差；
实施例11由于在对叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结的过程中，排胶阶段从100℃升温至450℃的升温速度过快，使得镶入式陶瓷活动块的热分解速度加快，导致流道表面有细微裂纹，且流道有轻微变形；
实施例12由于在制备镶入式陶瓷活动块的过程中，挤压成型的成型压力过小，成型温度过低，镶入式陶瓷活动块的抗折强度比实施例1要差，且在烧结时发生轻微变形，导致叶轮陶瓷型芯中的叶轮叶片流道有轻微变形；
实施例13在步骤B射蜡成型的过程中，由于射蜡压力过大，射蜡过程中导致所述镶入式陶瓷活动块有轻微变形，使得烧结完成后，叶轮陶瓷型芯中的叶轮叶片流道有轻微变形；
对比例1直接使用金属活动块制备具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯，在步骤A将金属活动块从叶轮陶瓷型芯蜡坯的叶轮叶片流道内抽拔出来时，需要使用较大的外力才能将金属活动块拔出，且导致流道弯曲曲度大的位置出现严重变形，制得的具有曲面流道结构的叶轮陶瓷型芯无法正常使用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，采用预制的镶入式陶瓷活动块替代局部或全部的金属活动块，应用于具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备，所述叶轮陶瓷型芯设有多条叶轮叶片流道，所述叶轮叶片流道呈弯曲以及部分扭曲设置，所述制备方法包括以下步骤：
A、镶入式陶瓷活动块的制备：将陶瓷材料、造孔剂和粘结剂搅拌混合均匀，得到混合料，所述混合料经过挤压成型和干燥固化后制得镶入式陶瓷活动块，所述镶入式陶瓷活动块具有扭曲面；
所述镶入式陶瓷活动块的陶瓷材料为电熔刚玉和碳化硅中的一种或两种的组合，按照重量百分比计算，所述陶瓷材料的颗粒级配为：粒度为80目的原料占20～30％和粒度为40目的原料占70～80％；
所述镶入式陶瓷活动块的强度不小于1MP a；
B、叶轮陶瓷型芯蜡坯的制备：将所述步骤A制得的镶入式陶瓷活动块装配于陶瓷型芯模具的内腔，组合成复合型模具，经射蜡成型后制得叶轮陶瓷型芯蜡坯，所述镶入式陶瓷活动块镶嵌包裹在所述叶轮陶瓷型芯蜡坯之中；
所述步骤B中，射蜡压力为0.4～0.8MPa，所述射蜡成型的射蜡温度为65～75℃；
C、对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结，烧结后清除所述镶入式陶瓷活动块，每块所述镶入式陶瓷活动块的清除于烧结体上形成有与所述镶入式陶瓷活动块形状一致的叶轮叶片流道，清除完成后，获得具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯；
所述步骤C中，对所述步骤B制得的叶轮陶瓷型芯蜡坯进行烧结的过程中，排胶阶段具体为以1～2℃/min的升温速度从100℃升温至450℃，烧结阶段具体为在1150～1200℃保温4～8h。
2.根据权利要求1所述的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，采用预制的镶入式陶瓷活动块替代局部的金属活动块时，所述步骤B中，所述镶入式陶瓷活动块镶嵌包裹在所述叶轮陶瓷型芯蜡坯的流道内扭曲的区域。
3.根据权利要求1所述的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，按照重量份数计算，所述步骤A中，所述镶入式陶瓷活动块的原料包括陶瓷材料75～85份、造孔剂5～10份和粘结剂8～12份。
4.根据权利要求1所述的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，所述镶入式陶瓷活动块的造孔剂为石墨细粉、面粉和粟米粉中的至少一种，所述造孔剂的粒度为1000目。
5.根据权利要求1所述的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，所述挤压成型的成型压力为5～10MPa，成型温度为100～150℃；
所述干燥固化的干燥温度为140～160℃。
6.根据权利要求1所述的具有曲面流道的叶轮陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，使用工具对所述叶轮叶片流道内的所述镶入式陶瓷活动块进行部分清理，然后用压缩空气完成所述叶轮叶片流道内的所述镶入式陶瓷活动块的剩余部分的清理。
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Denomination of invention: A Preparation Method of Impeller Ceramic Core with Curved Flow Channel

Granted publication date: 20220909

Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Foshan Shiwan sub branch

Pledgor: FOSHAN FILTEC PRECISION CERAMICS Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980000285

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