CN114656247A - 一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于硅基陶瓷型芯制备技术领域，尤其为一种力学性能优良硅基陶瓷型芯，由如下重量份数的原料配比而成：多孔石英玻璃粉30～50％、莫来石矿化剂10～15％、增塑剂18～22％、碳化硅晶须10～15％、氧化硅5～10％、金属氧化物溶胶1～5％、硅树脂强化剂3～5％、余量为碳化硅粉末；本发明在硅基陶瓷型芯表面预喷涂一层金属氧化物溶胶结合在真空条件下将硅树脂强化剂渗入硅基陶瓷型芯中，还通过碳化硅氧化复合及多孔石英玻璃粉为核心骨架的连接支撑，补强的陶瓷型芯具有优异的物理性能，可以提高产品的耐高温、抗冲击、耐高温寿命等性能，能够获得具有致密内部结构和高强度、高稳定性的碳化物及氮化物外层增韧补强的优良陶瓷型芯。

Description

一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法
技术领域
本发明属于硅基陶瓷型芯制备技术领域，具体涉及一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法。
背景技术
陶瓷型芯是熔模铸造工艺中使用的一种陶瓷型芯的简称，作为形成铸件空腔的转接体，其作用是：形成铸件的内腔结构，与外型模及模壳共同保证铸件对空腔的尺寸精度要求。陶瓷型芯通常用于形成形状复杂或不易成形的铸件的型腔，作为简化工艺难度降低成本提高制品合格率的一种特殊的工艺手段，硅基陶瓷型芯具有膨胀系数小、优良的抗急冷急热能力、机械强度高、化学稳定性好和脱芯方便等优点，广泛应用在空心涡轮叶片、航空发动机及工业燃机叶片、汽轮机空心叶片等制造领域。
现有的陶瓷型芯在浇注定向及单晶空心叶片时，由于高温性能较差而时常发生变形甚至断裂，严重影响了叶片的成品率，而硅基陶瓷型芯的质量会对涡轮叶片的质量和发动机的性能产生重大的影响。
本技术领域人员提出了一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法，以解决上述背景中提出的问题。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法，力学性能优良、具有优良的机械性能、耐热性及抗高温氧化性，具有较强的增强、增韧效果，大幅度提高制品的抗弯曲强度和抗冲击强度的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种力学性能优良硅基陶瓷型芯，由如下重量份数的原料配比而成：多孔石英玻璃粉30～50％、莫来石矿化剂10～15％、增塑剂18～22％、碳化硅晶须10～15％、氧化硅5～10％、金属氧化物溶胶1～5％、硅树脂强化剂3～5％、余量为碳化硅粉末。
优选的，所述强化剂为甲基苯基硅树脂，其固体含量为45％。
优选的，所述增塑剂是11～14％的蜂蜡、3～5％的聚乙烯、其余为石蜡的混合物。
优选的，所述石英玻璃粉的粒度在190～230目之间。
优选的，所述莫来石矿化剂的粒度为280～310目。
一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法，包括如下步骤：
S1、制浆：按多孔石英玻璃粉30～50％、莫来石矿化剂10～15％、增塑剂18～22％的重量比配料，投入混料机中混料，混料25min后混料机升温至120～130℃，加入融化态的22～28％砂料重量的增塑剂，继续搅拌混料1.5h后完成制浆；
S2、制坯：将步骤S1中制备的浆料进行压注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的坯体，然后在坯体表面均匀喷涂有机氧化物溶胶，喷涂完毕后放料3～4h；
S3、烧结：将步骤S2中制得的坯体放置在烧结专用的匣钵里，并用低钠高温氧化铝粉覆盖，然后将装有坯体的匣钵放入高温炉中，依次进行低温脱蜡和高温焙烧后出料，经冷却、表面清理后得到硅基陶瓷型芯；
S4、最后在硅基陶瓷型芯表面预喷涂一层金属氧化物溶胶，在高温烧结过程中将氧化物溶胶渗入坯体中；
S5、最后在真空条件下将硅树脂强化剂渗入硅基陶瓷型芯中；
S6、在25～30℃下将型芯放入硅树脂强化剂中浸泡3～9h，取出烘干并在155～170℃加热1～3h后固化，冷却后取出。
优选的，步骤S5中真空除气3～5min，真空度1000～5000Pa，在35℃下在硅树脂强化剂中浸泡3～9h，取出烘干并在155～170℃加热。
优选的，步骤S3中低温脱蜡是将坯体温度升至200～235℃，升温速度控制在35～40min内，然后恒温3.5-4h，清理坯体，完成脱蜡。
优选的，步骤S3中高温焙烧是将脱蜡后的坯体升温至420-450℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在硅基陶瓷型芯表面预喷涂一层金属氧化物溶胶，在后续的烧结过程中采用碳源气体作为碳源，在高温烧结过程中将渗入坯体的氧化物溶胶中的元素与碳、氮等元素发生化学反应，并通过改变烧结氛围和烧结温度，最后获得了具有致密内部结构和高强度、高稳定性的碳化物及氮化物外层增韧补强的优良陶瓷型芯；
2、在真空条件下将硅树脂强化剂渗入硅基陶瓷型芯中，通过硅树脂在型芯表面以及内部间隙中的固化来增强型芯的室温强度，同时型芯内部留存的硅树脂在高温下将生成无定型SiO2而后在1200℃左右发生相变转变为方石英，因此能同时增强型芯的高温抗弯能力；
3、通过碳化硅氧化复合及多孔石英玻璃粉为核心骨架的连接支撑，补强的陶瓷型芯具有优异的物理性能，可以提高产品的耐高温、抗冲击、耐高温寿命等性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明中实施例1的力学性能示意图；
图2为本发明中实施例2的力学性能示意图；
图3为本发明中实施例3的力学性能示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-3，本发明提供以下技术方案：一种力学性能优良硅基陶瓷型芯，由如下重量份数的原料配比而成：多孔石英玻璃粉30％、莫来石矿化剂30％、增塑剂30％、碳化硅晶须10％、氧化硅5％、金属氧化物溶胶1％、硅树脂强化剂3％、余量为碳化硅粉末。
具体的，强化剂为甲基苯基硅树脂，其固体含量为45％。
具体的，增塑剂是11％的蜂蜡、3％的聚乙烯、其余为石蜡的混合物。
具体的，石英玻璃粉的粒度在190目之间。
具体的，莫来石矿化剂的粒度为280目。
一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法，包括如下步骤：
S1、制浆：按多孔石英玻璃粉30％、莫来石矿化剂10％、增塑剂18％的重量比配料，投入混料机中混料，混料25min后混料机升温至120℃，加入融化态的22％砂料重量的增塑剂，继续搅拌混料1.5h后完成制浆；
S2、制坯：将步骤S1中制备的浆料进行压注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的坯体，然后在坯体表面均匀喷涂有机氧化物溶胶，喷涂完毕后放料3h；
S3、烧结：将步骤S2中制得的坯体放置在烧结专用的匣钵里，并用低钠高温氧化铝粉覆盖，然后将装有坯体的匣钵放入高温炉中，依次进行低温脱蜡和高温焙烧后出料，经冷却、表面清理后得到硅基陶瓷型芯；
S4、最后在硅基陶瓷型芯表面预喷涂一层金属氧化物溶胶，在高温烧结过程中将氧化物溶胶渗入坯体中；
S5、最后在真空条件下将硅树脂强化剂渗入硅基陶瓷型芯中；
S6、在25℃下将型芯放入硅树脂强化剂中浸泡3h，取出烘干并在155℃加热1h后固化，冷却后取出。
具体的，步骤S5中真空除气3min，真空度1000Pa，在35℃下在硅树脂强化剂中浸泡3h，取出烘干并在155℃加热。
具体的，步骤S3中低温脱蜡是将坯体温度升至200℃，升温速度控制在35min内，然后恒温3.5h，清理坯体，完成脱蜡。
具体的，步骤S3中高温焙烧是将脱蜡后的坯体升温至420-450℃。
实施例2
请参阅图1-3，本发明提供以下技术方案：一种力学性能优良硅基陶瓷型芯，由如下重量份数的原料配比而成：多孔石英玻璃粉40％、莫来石矿化剂12％、增塑剂20％、碳化硅晶须13％、氧化硅8％、金属氧化物溶胶3％、硅树脂强化剂4％、余量为碳化硅粉末。
具体的，强化剂为甲基苯基硅树脂，其固体含量为45％。
具体的，增塑剂是13％的蜂蜡、4％的聚乙烯、其余为石蜡的混合物。
具体的，石英玻璃粉的粒度在210目之间。
具体的，莫来石矿化剂的粒度为300目。
一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法，包括如下步骤：
S1、制浆：按多孔石英玻璃粉40％、莫来石矿化剂13％、增塑剂20％的重量比配料，投入混料机中混料，混料25min后混料机升温至125℃，加入融化态的26％砂料重量的增塑剂，继续搅拌混料1.5h后完成制浆；
S2、制坯：将步骤S1中制备的浆料进行压注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的坯体，然后在坯体表面均匀喷涂有机氧化物溶胶，喷涂完毕后放料3.5h；
S3、烧结：将步骤S2中制得的坯体放置在烧结专用的匣钵里，并用低钠高温氧化铝粉覆盖，然后将装有坯体的匣钵放入高温炉中，依次进行低温脱蜡和高温焙烧后出料，经冷却、表面清理后得到硅基陶瓷型芯；
S4、最后在硅基陶瓷型芯表面预喷涂一层金属氧化物溶胶，在高温烧结过程中将氧化物溶胶渗入坯体中；
S5、最后在真空条件下将硅树脂强化剂渗入硅基陶瓷型芯中；
S6、在28℃下将型芯放入硅树脂强化剂中浸泡6h，取出烘干并在160℃加热2h后固化，冷却后取出。
具体的，步骤S5中真空除气4min，真空度3000Pa，在35℃下在硅树脂强化剂中浸泡6h，取出烘干并在165℃加热。
具体的，步骤S3中低温脱蜡是将坯体温度升至220℃，升温速度控制在38min内，然后恒温3.8h，清理坯体，完成脱蜡。
具体的，步骤S3中高温焙烧是将脱蜡后的坯体升温至435℃。
实施例3
请参阅图1-3，本发明提供以下技术方案：一种力学性能优良硅基陶瓷型芯，由如下重量份数的原料配比而成：多孔石英玻璃粉50％、莫来石矿化剂15％、增塑剂22％、碳化硅晶须15％、氧化硅10％、金属氧化物溶胶5％、硅树脂强化剂5％、余量为碳化硅粉末。
具体的，强化剂为甲基苯基硅树脂，其固体含量为45％。
具体的，增塑剂是14％的蜂蜡、5％的聚乙烯、其余为石蜡的混合物。
具体的，石英玻璃粉的粒度在230目之间。
具体的，莫来石矿化剂的粒度为310目。
一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法，包括如下步骤：
S1、制浆：按多孔石英玻璃粉50％、莫来石矿化剂15％、增塑剂22％的重量比配料，投入混料机中混料，混料25min后混料机升温至130℃，加入融化态的28％砂料重量的增塑剂，继续搅拌混料1.5h后完成制浆；
S2、制坯：将步骤S1中制备的浆料进行压注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的坯体，然后在坯体表面均匀喷涂有机氧化物溶胶，喷涂完毕后放料4h；
S3、烧结：将步骤S2中制得的坯体放置在烧结专用的匣钵里，并用低钠高温氧化铝粉覆盖，然后将装有坯体的匣钵放入高温炉中，依次进行低温脱蜡和高温焙烧后出料，经冷却、表面清理后得到硅基陶瓷型芯；
S4、最后在硅基陶瓷型芯表面预喷涂一层金属氧化物溶胶，在高温烧结过程中将氧化物溶胶渗入坯体中；
S5、最后在真空条件下将硅树脂强化剂渗入硅基陶瓷型芯中；
S6、在30℃下将型芯放入硅树脂强化剂中浸泡9h，取出烘干并在170℃加热3h后固化，冷却后取出。
具体的，步骤S5中真空除气5min，真空度5000Pa，在35℃下在硅树脂强化剂中浸泡9h，取出烘干并在170℃加热。
具体的，步骤S3中低温脱蜡是将坯体温度升至235℃，升温速度控制在40min内，然后恒温4h，清理坯体，完成脱蜡。
具体的，步骤S3中高温焙烧是将脱蜡后的坯体升温至450℃。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种力学性能优良硅基陶瓷型芯，其特征在于，由如下重量份数的原料配比而成：多孔石英玻璃粉30～50％、莫来石矿化剂10～15％、增塑剂18～22％、碳化硅晶须10～15％、氧化硅5～10％、金属氧化物溶胶1～5％、硅树脂强化剂3～5％、余量为碳化硅粉末。
2.根据权利要求1所述的一种力学性能优良硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述强化剂为甲基苯基硅树脂，其固体含量为45％。
3.根据权利要求1所述的一种力学性能优良硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述增塑剂是11～14％的蜂蜡、3～5％的聚乙烯、其余为石蜡的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种力学性能优良硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述石英玻璃粉的粒度在190～230目之间。
5.根据权利要求1所述的一种力学性能优良硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述莫来石矿化剂的粒度为280～310目。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、制浆：按多孔石英玻璃粉30～50％、莫来石矿化剂10～15％、增塑剂18～22％的重量比配料，投入混料机中混料，混料25min后混料机升温至120～130℃，加入融化态的22～28％砂料重量的增塑剂，继续搅拌混料1.5h后完成制浆；
S2、制坯：将步骤S1中制备的浆料进行压注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的坯体，然后在坯体表面均匀喷涂有机氧化物溶胶，喷涂完毕后放料3～4h；
S3、烧结：将步骤S2中制得的坯体放置在烧结专用的匣钵里，并用低钠高温氧化铝粉覆盖，然后将装有坯体的匣钵放入高温炉中，依次进行低温脱蜡和高温焙烧后出料，经冷却、表面清理后得到硅基陶瓷型芯；
S4、最后在硅基陶瓷型芯表面预喷涂一层金属氧化物溶胶，在高温烧结过程中将氧化物溶胶渗入坯体中；
S5、最后在真空条件下将硅树脂强化剂渗入硅基陶瓷型芯中；
S6、在25～30℃下将型芯放入硅树脂强化剂中浸泡3～9h，取出烘干并在155～170℃加热1～3h后固化，冷却后取出。
7.根据权利要求6所述的一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法，其特征在于：步骤S5中真空除气3～5min，真空度1000～5000Pa，在35℃下在硅树脂强化剂中浸泡3～9h，取出烘干并在155～170℃加热。
8.根据权利要求6所述的一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法，其特征在于：步骤S3中低温脱蜡是将坯体温度升至200～235℃，升温速度控制在35～40min内，然后恒温3.5-4h，清理坯体，完成脱蜡。
9.根据权利要求6所述的一种力学性能优良硅基陶瓷型芯补强方法，其特征在于：步骤S3中高温焙烧是将脱蜡后的坯体升温至420-450℃。
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