CN113828732B - 一种熔模铸造用陶瓷型壳、其制备方法及用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种熔模铸造用陶瓷型壳，包括呈平面或曲面外形的平缓部位和结构突变的转接部位，所述平缓部位具有第一密度区，所述转接部位具有第二密度区，所述第一密度区具有第一孔隙，所述第二密度区具有第二孔隙，所述第二孔隙大于所述第一孔隙，使得所述第二密度区的密度小于所述第一密度区的密度。本发明还提供了该陶瓷型壳的制备方法和用途。本发明通过改善大尺寸叶片陶瓷型壳局部强度，防止叶片定向凝固过程中出现局部塑性变形，从而抑制大尺寸定向柱晶叶片在后续固溶处理过程中出现再结晶缺陷。

Description

一种熔模铸造用陶瓷型壳、其制备方法及用途

技术领域

本发明涉及一种熔模铸造用陶瓷型壳、其制备方法及用途，具体而言，涉及一种用于大尺寸定向柱晶叶片熔模铸造用陶瓷型壳、其制备方法及用途。

背景技术

重型燃气轮机是国家能源清洁高效利用的核心动力装备，而透平叶片是燃气轮机的核心热端部件。随着重型燃气轮机的发展，定向柱晶叶片被广泛应用于装备的一级和二级动叶片。重型燃机叶片的特点是尺寸大、结构复杂。若在制备过程中引入应力或者变形，容易在后续过程中发生再结晶缺陷。

如专利CN111992695A公开了一种陶瓷型壳的去除方法，将带壳的单晶高温合金叶片摆放在料架上，接着把料架置于盛装碱液的釜体内，最后关闭釜体后加热加压，冷却降温后，取出叶片进行清洗即完成脱壳。该专利全过程不会引入应力，可以避免由于清壳的外力作用所致的再结晶，使叶片的合格率大幅提高。

然而，上述专利是针对型壳去除过程中可能引入的应力进行改进，在型壳的定向凝固过程中同样可能会引入应力造成叶片报废。在型壳的定向凝固过程中，叶片铸件收缩量大，而陶瓷型壳的收缩明显小于金属的收缩，因此叶片凝固及降温过程中的收缩将受到型壳的阻碍，造成叶片局部产生塑性应变，尤其是叶片结构突变的转接部位(应力集中部位)。而这种塑性应变将在叶片后续的高温固溶处理过程中极易诱发再结晶缺陷，从而导致叶片报废。凝固过程中由于应力集中造成的塑性应变和高温固溶处理是产生再结晶的根本原因，因此，控制凝固过程中大尺寸定向柱晶叶片的局部塑性变形是抑制再结晶缺陷产生的有效方法之一。

由陶瓷型壳所采用的耐火材料本身物理特性决定，现有制壳工艺所制备的型壳致密度高，表面质量好，冶炼后型壳退让性差，不利于抑制定向柱晶叶片凝固过程中的再结晶缺陷。若单纯降低型壳的整体密度，则无法保证型壳的强度，在大尺寸叶片制作过程中可能因为钢液过重造成漏钢。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种熔模铸造用陶瓷型壳及其制备方法，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种熔模铸造用陶瓷型壳，包括呈平面或曲面外形的平缓部位和结构突变的转接部位，所述平缓部位具有第一密度区，所述转接部位具有第二密度区，其特征在于，所述第一密度区具有第一孔隙，所述第二密度区具有第二孔隙，所述第二孔隙大于所述第一孔隙，使得所述第二密度区的密度小于所述第一密度区的密度。

进一步的，所述陶瓷型壳为大尺寸定向柱晶叶片铸造用陶瓷型壳，所述转接部位为所述陶瓷型壳的用于成型所述叶片的缘板与叶身的转接R角、缘板与延伸段的转接R角和/或榫头和延伸段的转接R角的部分。

进一步的，所述第二密度区的孔隙率范围为17％-30％。

进一步的，所述第二密度区的密度范围为1.5-2.2g/cm³。

进一步的，所述第二孔隙由所述陶瓷型壳制备过程中所使用的型壳密度优化混合物形成，所述型壳密度优化混合物为碳粉、石墨粉、高聚物纤维或陶瓷空心球中的一种或多种。

进一步的，所述第二孔隙为陶瓷空心球的内部空间。

根据本发明的另一方面，提供了一种根据上述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，包括料浆配制步骤和型壳涂挂步骤，其特征在于，所述料浆配制步骤包括第一料浆配制步骤和第二料浆配制步骤，所述型壳涂挂步骤包括第一涂挂步骤和第二涂挂步骤，在所述第二涂挂步骤中，将在所述过第二料浆配制步骤中获得的第二料浆涂覆于所述陶瓷型壳结构突变的转接部位，并且不在所述平缓部位涂覆所述第二料浆。

进一步的，通过所述第二料浆配制步骤制得所述第二料浆，所述第二料浆中包括型壳密度优化混合物。

进一步的，所述第二料浆还包括粘结剂和耐火材料粉粒。

进一步的，所述第二料浆中的所述粘结剂与所述耐火材料粉粒的重量比为1：1-5，所述第二料浆中的所述型壳密度优化混合物与所述耐火材料粉粒的重量比为1：1-10。

进一步的，所述第二料浆中的所述粘结剂与所述耐火材料粉粒的重量比为1：2.25-2.75，所述第二料浆中的所述型壳密度优化混合物与所述耐火材料粉粒的重量比为1：2.5-4。

进一步的，所述耐火材料粉粒的粒径为200-500目。

进一步的，所述耐火材料粉粒的粒径为320目。

进一步的，所述型壳密度优化混合物为碳粉、石墨粉、高聚物纤维或陶瓷空心球中的一种或多种。

进一步的，所述碳粉或石墨粉的粒径为50-1000目，所述陶瓷空心球粒径为0.1-2mm。

进一步的，所述碳粉或石墨粉的粒径为100-300目，所述陶瓷空心球粒径为0.5-1mm。

进一步的，所述碳粉或石墨粉的粒径为200目，所述陶瓷空心球粒径为0.8-1mm。

进一步的，所述高聚物纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维中的一种或两种。

进一步的，所述粘结剂为硅溶胶1430，所述耐火材料粉粒为EC95。

进一步的，所述第二料浆配置步骤包括第二料浆混合步骤，在所述第二料浆混合步骤中，边搅拌边向所述粘结剂中混入所述耐火材料粉粒，搅拌10-30分钟后加入所述型壳密度优化混合物。

进一步的，所述第二料浆配置步骤包括第二料浆搅拌步骤，所述第二料浆搅拌步骤的至少一部分位于所述第二料浆混合步骤之后，在所述第二料浆搅拌步骤中，测量料浆粘度至少1次，保持粘度略大于规定粘度，所述第二料浆搅拌步骤的时长大于12小时，最终获得规定粘度的所述第二料浆，所述规定粘度为20-25s。

进一步的，所述第二涂挂步骤中，在所述转接部位(2)刷涂第二料浆至少1次，不撒砂。

进一步的，所述第二涂挂步骤中，在所述转接部位(2)刷涂第二料浆1-3次，不撒砂，每次刷涂之后干燥1-3小时。

进一步的，所述料浆配制步骤还包括第三料浆配制步骤，

所述第一料浆包括320目的EC95、硅溶胶830、润湿剂JFC、消泡剂正辛醇，其中硅溶胶与EC95重量比为1：3-3.5，润湿剂和消泡剂均为硅溶胶体积的0.1-0.15％；

所述第三料浆包括硅溶胶1430和320目的EC95，其中硅溶胶与EC95的重量比为1：1.5-2；

所述第一料浆配制步骤包括：按比例将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再按比例加入润湿剂和消泡剂，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入EC95，搅拌时间大于2小时，搅拌中测量粘度一至二次再倒入L型搅拌机内继续搅拌24小时后使用，粘度控制在33～35s；

所述第三料浆配制步骤包括：将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入EC95，搅拌中测量粘度1-2次，搅拌时间大于12小时后使用,粘度控制在12-15s。

进一步的，所述型壳涂挂步骤还包括第三涂挂步骤，

所述第一涂挂步骤为：涂挂1层在所述第一料浆配制步骤中获得的第一料浆，粘度控制在33-35s，撒砂为刚玉砂；

所述第三涂挂步骤为：待所述第二涂挂步骤中的最后一次干燥完成后，继续涂挂多层在所述第三料浆配制步骤中获得的第三料浆，粘度控制在12-15s，撒砂为刚玉砂。

进一步的，还包括型壳脱蜡步骤，所述型壳脱蜡步骤为：将制备好的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡，压力控制在0.6-0.7MPa，温度165-170℃，脱蜡时间为15-20分钟。

进一步的，还包括所述型壳焙烧步骤，在所述型壳焙烧步骤中，焙烧温度为900℃±20℃。

进一步的，所述型壳焙烧步骤为：所述陶瓷型壳冒口朝上放在电炉底板上，在所述焙烧温度下焙烧2小时以上，允许低于500℃入炉，到保温时间后开炉门降温。

根据本发明的另一方面，提供了一种根据上述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备大尺寸定向柱晶叶片的用途。

本发明获得了如下有益效果：

1、本发明针对大尺寸定向柱晶叶片局部再结晶的问题，通过改善大尺寸叶片陶瓷型壳局部强度，防止叶片定向凝固过程中出现局部塑性变形，从而抑制大尺寸定向柱晶叶片在后续固溶处理过程中出现再结晶缺陷。同时也保证型壳具有足够强度，防止大尺寸叶片由于钢液过重造成漏钢现象。本发明不仅可用于大尺寸定向柱晶叶片的铸造，还可用于其他产品的熔模铸造，以避免或改善产品局部的再结晶问题。

2、本发明通过特殊料浆的使用优化了陶瓷型壳转接区域的强度，所使用的料浆成分、成分参数、成分配比和混合工艺等均经过优化设计得到了最佳的综合效果。

3、型壳制备过程中的涂挂、脱蜡和焙烧工艺也均为配合使用的特殊料浆所设计优化，例如所使用的焙烧温度，既有利于去除型壳内部残余蜡料，同时也有利于形成转角空隙。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的陶瓷型壳示意图；以及

图2示出了根据本发明的陶瓷型壳制备的柱晶叶片，无再结晶缺陷；以及

图3示出了使用常规的陶瓷型壳制备的柱晶叶片，产生了再结晶缺陷。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、平缓部位，2、转接部位，3、缘板，4、叶身，5、延伸段，6、榫头，21、缘板与叶身的转接R角，22、缘板与延伸段的转接R角，23、榫头和延伸段的转接R角。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。

实施例1

一种熔模铸造用陶瓷型壳，如附图1所示，用于制备大尺寸定向柱晶叶片，包括呈平面或曲面外形的平缓部位1，用于制备叶片的叶身4等区域，还包括结构突变的转接部位2，用于制备缘板3与叶身4的转接R角21等叶片的转接部位，所述平缓部位1具有第一密度区，所述转接部位2具有第二密度区，所述第一密度区具有第一孔隙，为耐火材料粉粒或者料浆中的气泡产生的孔隙，所述第二密度区具有第二孔隙，第二孔隙由型壳密度优化混合物形成，所述第二孔隙大于所述第一孔隙，使得所述第二密度区的密度小于所述第一密度区的密度。具体来讲，所述第二密度区的孔隙率范围为17％-30％，所述第二密度区的密度范围为1.5-2.2g/cm³。

型壳密度优化混合物为碳粉、石墨粉、高聚物纤维或陶瓷空心球中的一种或多种，其中碳粉、石墨粉、高聚物纤维在型壳焙烧过程中燃烧形成第二孔隙；陶瓷空心球在型壳制备成型之后固定于型壳中，其空心部分形成第二孔隙。

上述熔模铸造用陶瓷型壳制备方法，具体包括了料浆配制、型壳涂挂、型壳脱蜡、型壳焙烧步骤，其中料浆配制又具体包括第一料浆配制、第二料浆配制和第三料浆配制，型壳涂挂包括了相应的第一涂挂、第二涂挂和第三涂挂。在本实施例中，第二料浆配制和第三料浆配制分别为面层料浆配制、过渡层料浆配制和加固层料浆配制，第一涂挂、第二涂挂和第三涂挂分别为面层涂挂、过渡层涂挂和加固层涂挂，具体如下。

(1)面层料浆配制：准备好EC95(320目)粉化学成分如表1所示，硅溶胶(830)，润湿剂(JFC)，消泡剂(正辛醇)；配制比例为硅溶胶与EC95(320目)重量比为1：3～3.5，润湿剂、消泡剂均为硅溶胶体积0.1～0.15％；将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再按比例加入润湿剂和消泡剂，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入EC95(320目)，搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)搅拌时间大于2小时后再倒入L型搅拌机内继续搅拌24小时后方可使用。粘度要求33～35s。

(2)过渡层料浆配制，过渡层配制比例为硅溶胶(1430)与EC95(320目)比例约为：1：2.25，型壳密度优化混合物与EC95(320目)比例约为：1：2.5，其中型壳密度优化混合物为碳粉、石墨粉、高聚物纤维或陶瓷空心球中的一种或多种，所述碳粉或石墨粉的粒径为50-1000目，优选为100-300目，最优选为200目，所述陶瓷空心球粒径为0.1-2mm，优选为0.5-1mm，最优选为0.8mm，所述高聚物纤维为聚乙烯醇纤维；过渡层料浆配制包括过渡层料浆混合步骤，具体为：将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入EC95(320目)，搅拌20分钟后加入型壳密度优化混合物，之后进行过渡层料浆搅拌步骤，具体为：搅拌上述过渡层料浆过程中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)，搅拌时间大于12小时后方可使用，粘度控制在20s。

(3)加固层料浆配制，加固层配制比例为硅溶胶(1430)与EC95(320目)比例约为：1：1.5～2,；将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入EC95(320目)，搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)，搅拌时间大于12小时后方可使用，粘度控制在12～15s。

(4)面层涂挂：第一层涂挂面层涂料，粘度要求33～35s，撒砂要求80#刚玉砂，握住模组的手柄或浇口杯，缓缓浸入面层料浆内，10～15s后取出模组，使多余的料浆滴入料浆桶内，用喷枪轻轻吹去盲孔，窄槽的气泡，使模组各部位均匀地覆盖一层料浆，重复以上操作后，把模组送入淋砂机(手工挂砂)内挂砂，挂砂时间约为10秒，然后将模组挂在模组架上自然干燥13～16小时。

(5)过渡层涂挂：第二层橼板R角处刷过渡层料浆1次，粘度要求20s，不撒砂。

(6)加固层涂挂：待过渡层料浆干燥5～7小时后第三层型壳整体涂挂加固层涂料，粘度要求12～15s，撒砂要求60#刚玉砂，首先用喷枪轻轻吹掉面层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后再浸入硅溶胶中，浸硅溶胶约2秒钟即可迅速取出、控掉多余硅溶胶后浸入加固层料浆，操作同面层操作，挂砂后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥5～7小时。第四层涂挂加固层涂料，粘度要求12～15s，撒砂要求46#刚玉砂，用喷枪轻轻吹掉上层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后，其余同第一层操作。第五层至第八层涂挂加固层涂料，操作同第三层，撒砂要求24#刚玉砂。第九层封浆，用喷枪轻轻吹掉上层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后，握住模组的手柄或浇口杯，缓缓浸入加固层料浆内，10～15s后取出模组，使多余的料浆滴入料浆桶内，用喷枪轻轻吹去盲孔，窄槽的气泡，使模组各部位均匀地覆盖一层料浆，然后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥5～7小时。干燥时间大于24小时。

(7)型壳脱蜡：将制备好的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡，压力控制在0.6～0.7MPa，温度165～170℃，脱蜡时间为15～20分钟；

(8)型壳焙烧：型壳冒口朝上放在电炉底板上，焙烧温度：900℃±20℃，时间≥2小时，允许低于500℃入炉，到保温时间后允许开炉门降温。

经多次试验证实该型壳制备方法下，型壳未漏钢，叶片橼板下沿R角处再结晶倾向明显减轻，如附图2-3所示。

在其他实施方式中，可视情况省略第一料浆配制、第三料浆配制中的一个，相应的可以省略第一涂挂或第三涂挂中的一个。

实施例2

一种熔模铸造用陶瓷型壳，如附图1所示，用于制备大尺寸定向柱晶叶片，包括呈平面或曲面外形的平缓部位1，用于制备叶片的叶身4等区域，还包括结构突变的转接部位2，用于制备缘板3与延伸段5的转接R角22和/或榫头6和延伸段5的转接R角23等叶片的转接部位，所述平缓部位1具有第一密度区，所述转接部位2具有第二密度区，其特征在于，所述第一密度区具有第一孔隙，为耐火材料粉粒或者料浆中的气泡产生的孔隙，所述第二密度区具有第二孔隙，第二孔隙由型壳密度优化混合物形成，所述第二孔隙大于所述第一孔隙，使得所述第二密度区的密度小于所述第一密度区的密度。具体来讲，所述第二密度区的孔隙率范围为17％-30％，所述第二密度区的密度范围为1.5-2.2g/cm³。

型壳密度优化混合物为碳粉、石墨粉、高聚物纤维或陶瓷空心球中的一种或多种，其中碳粉、石墨粉、高聚物纤维在型壳焙烧过程中燃烧形成第二孔隙，陶瓷空心球在型壳制备成型之后固定于型壳中，其空心部分形成第二孔隙。

上述熔模铸造用陶瓷型壳制备方法，具体包括了料浆配制、型壳涂挂、型壳脱蜡、型壳焙烧步骤，其中料浆配制又具体包括第一料浆配制、第二料浆配制和第三料浆配制，型壳涂挂包括了相应的第一涂挂、第二涂挂和第三涂挂。在本实施例中，第二料浆配制和第三料浆配制分别为面层料浆配制、过渡层料浆配制和加固层料浆配制，第一涂挂、第二涂挂和第三涂挂分别为面层涂挂、过渡层涂挂和加固层涂挂，具体如下。

(1)面层料浆配制：准备好EC95(320目)粉化学成分如表1所示，硅溶胶(830)，润湿剂(JFC)，消泡剂(正辛醇)；配制比例为硅溶胶与EC95(320目)重量比为1：3～3.5，润湿剂、消泡剂均为硅溶胶体积0.1～0.15％；将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再按比例加入润湿剂和消泡剂，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入EC95(320目)，搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)搅拌时间大于2小时后再倒入L型搅拌机内继续搅拌24小时后方可使用。粘度要求33～35s。

(2)过渡层料浆配制：过渡层配制比例为硅溶胶(1430)与EC95(320目)比例约为：1：2.5，型壳密度优化混合物与EC95(320目)比例约为1：3，其中型壳密度优化混合物为碳粉、石墨粉、高聚物纤维或陶瓷空心球中的一种或多种，所述碳粉或石墨粉的粒径为50-1000目，优选为100-300目，最优选为200目，所述陶瓷空心球粒径为0.1-2mm，优选为0.5-1mm，最优选为1mm，所述高聚物纤维为聚丙烯纤维；过渡层料浆配制包括过渡层料浆混合步骤，具体为：将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入EC95(320目)，搅拌20分钟后加入型壳密度优化混合物；此后进行过渡层料浆搅拌步骤，该步骤中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)，搅拌时间大于12小时后方可使用，粘度控制在22s。

(3)加固层料浆配制：加固层配制比例为硅溶胶(1430)与EC95(320目)比例约为1：1.5～2；将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入EC95(320目)，搅拌中测量粘度一至二次(粘度应略大于规定粘度)，搅拌时间大于12小时后方可使用，粘度控制在12～15s。

(4)面层涂挂：第一层涂挂面层涂料，粘度要求33～35s，撒砂要求80#刚玉砂，握住模组的手柄或浇口杯，缓缓浸入面层料浆内，10～15s后取出模组，使多余的料浆滴入料浆桶内，用喷枪轻轻吹去盲孔，窄槽的气泡，使模组各部位均匀地覆盖一层料浆，重复以上操作后，把模组送入淋砂机(手工挂砂)内挂砂，挂砂时间约为10秒，然后将模组挂在模组架上自然干燥13～16小时。

(5)过渡层涂挂：第二层橼板R角处同样位置刷2次过渡层料浆，粘度要求22s，不撒砂，每次间隔2小时。

(6)加固层涂挂：待最后一次过渡层料浆干燥5～7小时后涂料第三层型壳整体涂挂加固层涂料，粘度要求12～15s，撒砂要求60#刚玉砂，首先用喷枪轻轻吹掉面层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后再浸入硅溶胶中，浸硅溶胶约2秒钟即可迅速取出、控掉多余硅溶胶后浸入加固层料浆，操作同面层操作，挂砂后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥5～7小时。第四层涂挂加固层涂料，粘度要求12～15s，撒砂要求46#刚玉砂，用喷枪轻轻吹掉上层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后，其余同第一层操作。第五层至第八层涂挂加固层涂料，操作同第三层，撒砂要求24#刚玉砂。第九层封浆，用喷枪轻轻吹掉上层涂料的浮砂，重点是吹掉槽、孔、缝隙等部位的浮砂后，握住模组的手柄或浇口杯，缓缓浸入加固层料浆内，10～15s后取出模组，使多余的料浆滴入料浆桶内，用喷枪轻轻吹去盲孔，窄槽的气泡，使模组各部位均匀地覆盖一层料浆，然后将模组挂在封闭轨悬挂输送机上干燥5～7小时。干燥时间大于24小时。

(7)型壳脱蜡：将制备好的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡，压力控制在0.6～0.7MPa，温度165～170℃，脱蜡时间为15～20分钟；

(8)型壳焙烧：型壳冒口朝上放在电炉底板上，焙烧温度：900℃±20℃，时间≥2小时，允许低于500℃入炉，到保温时间后允许开炉门降温。

经多次试验证实该型壳制备方法下，型壳未漏钢，叶片橼板下沿R角处再结晶倾向明显减轻，如附图2-3所示。

在其他实施方式中，可视情况省略第一料浆配制、第三料浆配制中的一个，相应的可以省略第一涂挂或第三涂挂中的一个。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、本发明针对大尺寸定向柱晶叶片局部再结晶的问题，通过改善大尺寸叶片陶瓷型壳局部强度，防止叶片定向凝固过程中出现局部塑性变形，从而抑制大尺寸定向柱晶叶片在后续固溶处理过程中出现再结晶缺陷。同时也保证型壳具有足够强度，防止大尺寸叶片由于钢液过重造成漏钢现象。本发明不仅可用于大尺寸定向柱晶叶片的铸造，还可用于其他产品的熔模铸造，以避免或改善产品局部的再结晶问题。

2、本发明通过特殊料浆的使用优化了陶瓷型壳转接区域的强度，所使用的料浆成分、成分参数、成分配比和混合工艺等均经过优化设计得到了最佳的综合效果。

3、型壳制备过程中的涂挂、脱蜡和焙烧工艺也均为配合使用的特殊料浆所设计优化，例如所使用的焙烧温度，既有利于去除型壳内部残余蜡料，同时也有利于形成转角空隙。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，包括料浆配制步骤和型壳涂挂步骤，其特征在于，所述料浆配制步骤包括第一料浆配制步骤和第二料浆配制步骤，所述型壳涂挂步骤包括第一涂挂步骤和第二涂挂步骤，在所述第二涂挂步骤中，将在所述第二料浆配制步骤中获得的第二料浆涂覆于所述陶瓷型壳结构突变的转接部位(2)，并且不在平缓部位涂覆所述第二料浆，所述第二料浆中包括型壳密度优化混合物、粘结剂和耐火材料粉粒，所述第二料浆中的所述粘结剂与所述耐火材料粉粒的重量比为1：1-5，所述第二料浆中的所述型壳密度优化混合物与所述耐火材料粉粒的重量比为1：1-10，所述型壳密度优化混合物为碳粉、石墨粉、高聚物纤维或陶瓷空心球中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述第二料浆中的所述粘结剂与所述耐火材料粉粒的重量比为1：2.25-2.75，所述第二料浆中的所述型壳密度优化混合物与所述耐火材料粉粒的重量比为1：2.5-4。

3.根据权利要求1所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述耐火材料粉粒的粒径为200-500目。

4.根据权利要求1所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述耐火材料粉粒的粒径为320目。

5.根据权利要求1所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述碳粉或石墨粉的粒径为50-1000目，所述陶瓷空心球粒径为0.1-2mm。

6.根据权利要求5所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述碳粉或石墨粉的粒径为100-300目，所述陶瓷空心球粒径为0.5-1mm。

7.根据权利要求6所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述碳粉或石墨粉的粒径为200目，所述陶瓷空心球粒径为0.8-1mm。

8.根据权利要求1所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述高聚物纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维中的一种或两种。

9.根据权利要求1所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为硅溶胶1430，所述耐火材料粉粒为EC95。

10.根据权利要求1所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述第二料浆配制步骤包括第二料浆混合步骤，在所述第二料浆混合步骤中，边搅拌边向所述粘结剂中混入所述耐火材料粉粒，搅拌10-30分钟后加入所述型壳密度优化混合物。

11.根据权利要求10所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述第二料浆配制步骤包括第二料浆搅拌步骤，所述第二料浆搅拌步骤的至少一部分位于所述第二料浆混合步骤之后，在所述第二料浆搅拌步骤中，测量料浆粘度至少1次，保持粘度略大于规定粘度，所述第二料浆搅拌步骤的时长大于12小时，最终获得规定粘度的所述第二料浆，所述规定粘度为20-25s。

12.根据权利要求1所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述第二涂挂步骤中，在所述转接部位(2)刷涂第二料浆至少1次，不撒砂。

13.根据权利要求12所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述第二涂挂步骤中，在所述转接部位(2)刷涂第二料浆1-3次，不撒砂，每次刷涂之后干燥1-3小时。

14.根据权利要求1所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述料浆配制步骤还包括第三料浆配制步骤，

所述第一料浆包括320目的EC95、硅溶胶830、润湿剂JFC、消泡剂正辛醇，其中硅溶胶与EC95重量比为1：3-3.5，润湿剂和消泡剂均为硅溶胶体积的0.1-0.15％；

所述第三料浆包括硅溶胶1430和320目的EC95，其中硅溶胶与EC95的重量比为1：1.5-2；所述第一料浆配制步骤包括：按比例将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，再按比例加入润湿剂和消泡剂，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入EC95，搅拌时间大于2小时，搅拌中测量粘度一至二次再倒入L型搅拌机内继续搅拌24小时后使用，粘度控制在33～35s；

所述第三料浆配制步骤包括：将定量的硅溶胶倒入涂料桶内，同时开动搅拌机边搅拌边缓慢加入EC95，搅拌中测量粘度1-2次，搅拌时间大于12小时后使用，粘度控制在12-15s。

15.根据权利要求14所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述型壳涂挂步骤还包括第三涂挂步骤，

所述第一涂挂步骤为：涂挂1层在所述第一料浆配制步骤中获得的第一料浆，粘度控制在33-35s，撒砂为刚玉砂；

所述第三涂挂步骤为：待所述第二涂挂步骤中的最后一次干燥完成后，继续涂挂多层在所述第三料浆配制步骤中获得的第三料浆，粘度控制在12-15s，撒砂为刚玉砂。

16.根据权利要求1所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，还包括型壳脱蜡步骤，所述型壳脱蜡步骤为：将制备好的型壳用高压脱蜡釜进行脱蜡，压力控制在0.6-0.7MPa，温度165-170℃，脱蜡时间为15-20分钟。

17.根据权利要求1所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，还包括所述型壳焙烧步骤，在所述型壳焙烧步骤中，焙烧温度为900℃±20℃。

18.根据权利要求17所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述型壳焙烧步骤为：所述陶瓷型壳冒口朝上放在电炉底板上，在所述焙烧温度下焙烧2小时以上，允许低于500℃入炉，到保温时间后开炉门降温。

19.一种使用权利要求1-18任一项的制备方法制备的熔模铸造用陶瓷型壳，包括呈平面或曲面外形的平缓部位(1)和结构突变的转接部位(2)，所述平缓部位(1)具有第一密度区，所述转接部位(2)具有第二密度区，其特征在于，所述第一密度区具有第一孔隙，所述第二密度区具有第二孔隙，所述第二孔隙大于所述第一孔隙，使得所述第二密度区的密度小于所述第一密度区的密度，所述第二密度区的孔隙率范围为17％-30％，所述第二密度区的密度范围为1.5-2.2g/cm³。

20.根据权利要求19所述的熔模铸造用陶瓷型壳，其特征在于，所述陶瓷型壳为大尺寸定向柱晶叶片铸造用陶瓷型壳，所述转接部位为所述陶瓷型壳的用于成型所述叶片的缘板(3)与叶身(4)的转接R角(21)、缘板(3)与延伸段(5)的转接R角(22)和/或榫头(6)和延伸段(5)的转接R角(23)的部分。

21.根据权利要求19所述的熔模铸造用陶瓷型壳，其特征在于，所述第二孔隙由所述陶瓷型壳制备过程中所使用的型壳密度优化混合物形成，所述型壳密度优化混合物为碳粉、石墨粉、高聚物纤维或陶瓷空心球中的一种或多种。

22.根据权利要求21所述的熔模铸造用陶瓷型壳，其特征在于，所述第二孔隙为陶瓷空心球的内部空间。

23.一种根据权利要求19-22任一项所述的熔模铸造用陶瓷型壳的制备大尺寸定向柱晶叶片的用途。

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