CN115108818B - 一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法 - Google Patents
一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115108818B CN115108818B CN202210860438.1A CN202210860438A CN115108818B CN 115108818 B CN115108818 B CN 115108818B CN 202210860438 A CN202210860438 A CN 202210860438A CN 115108818 B CN115108818 B CN 115108818B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ceramic core
- raw material
- powder
- low
- aluminum silicate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 131
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims abstract description 64
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 62
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 21
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 21
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 10
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000001089 mineralizing effect Effects 0.000 abstract description 20
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 4
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000015895 biscuits Nutrition 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 3
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- FPAFDBFIGPHWGO-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxomagnesium;hydrate Chemical compound O.[Mg]=O.[Mg]=O.[Mg]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O FPAFDBFIGPHWGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/6303—Inorganic additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3427—Silicates other than clay, e.g. water glass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/522—Oxidic
- C04B2235/5228—Silica and alumina, including aluminosilicates, e.g. mullite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
Abstract
本发明提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为1‑15％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为5‑10％。本发明还提供了相应的陶瓷型芯制备方法。使用本发明提供的陶瓷型芯原料和方法，可以制备得到低烧结收缩、低高温变形的硅基陶瓷型芯，从而提高了陶瓷型芯的烧结成功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法，具体而言，涉及一种用于大尺寸燃气轮机涡轮叶片制备的陶瓷型芯的原料及其制备方法。
背景技术
硅基陶瓷型芯因其具有较高的高温稳定性和易脱芯等性能广泛应用于铸造形成高温合金叶片的复杂内腔结构。对于大尺寸燃气轮机涡轮叶片来说，高温稳定性则尤为重要，在高温浇注的过程中，如果型芯的稳定性较差，高温变形较大，那么很有可能会导致叶片尺寸的偏差，出现偏芯的情况；由于大尺寸涡轮叶片自身体积较大的原因，其各个部位的收缩并不一致，如果各部位的收缩偏差较大，则会导致大尺寸陶瓷型芯在烧结过程中发生断裂的现象，这会大大降低陶瓷型芯的烧结成功率。添加传统矿化剂可以很好的提高硅基陶瓷型芯的高温和室温抗弯强度，但是收缩率一般都比较大，这非常影响型芯的尺寸稳定性和烧结成功率，且高温挠度较大，很难保证陶瓷型芯的高温稳定性。
如专利文本CN108299001B公开了一种硅基陶瓷型芯成型方法，具体来讲，是一种两步法制备硅基陶瓷型芯：第一步,以注射成型工艺制备氧化硅型芯粗坯；第二步：用溶胶凝胶结合超临界干燥工艺在粗坯中引入纳米及亚微米级颗粒，增强硅基陶瓷型芯的综合性能。与单独用注射成型方式制备硅基陶瓷型芯的工艺相比，该专利文本中的过程可控度更高，制备的产品收缩率更小，产品的组织结构更均匀，强度更高，能极大提高硅基陶瓷型芯的良率。
又如专利文本CN105777114A公开了一种水溶性陶瓷型芯的制备方法,所述水溶性陶瓷型芯其配料按质量百分比例为：20％-60％的氯化钠粉、40％-80％的锆英粉，氯化钠粉、锆英粉的总重量份数为100％，还额外包括氯化钠粉、锆英粉总重量份数的0.5％-1％硅酸乙酯，和15％-20％的增塑剂，所述增塑剂为50％的聚乙二醇、30％的小苏打、10％的滑石粉；水溶性陶瓷型芯制备步骤包括，粉料配置及混合的步骤，制备浆料的步骤，压制成型的步骤，脱蜡、烧结的步骤。该专利文本公开的制备方法制备的型芯，湿态强度高、压制流动性好、收缩率小，型芯表面的光洁度高，能够制作复杂形态的型芯，烧结而成的型芯高温强度大，孔隙性大，脱芯快。
然而，上述技术方案均未彻底解决现有技术中的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法，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，提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，其特征在于，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为1-15％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为5-10％。
进一步地，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为3-10％。
进一步地，所述陶瓷型芯原料还包括次要成分，所述次要成分包括碳化物、氮化物或氧化物中的一种或一种以上，所述次要成分不同于所述耐火材料粉和矿化剂的成分，所述次要成分在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比不超过3％。
进一步地，所述硅酸铝为粉体或者纤维。
进一步地，所述硅酸铝为硅酸铝粉体，所述硅酸铝粉体的目数为50-200目。
进一步地，所述硅酸铝为硅酸铝纤维，所述硅酸铝纤维的长度为1-10mm，所述硅酸铝纤维的直径为1-10μm。
进一步地，所述硅酸锆为硅酸锆粉体，所述硅酸锆粉体的目数为100-300目。
进一步地，所述耐火材料粉为石英玻璃粉，所述石英玻璃粉的目数为50-200目。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用上述陶瓷型芯原料的陶瓷型芯制备方法，其特征在于，包括混合步骤、成型步骤和烧结步骤，
在所述混合步骤中，将所述陶瓷型芯原料混合形成浆料；
在所述成型步骤中，利用所述浆料形成素坯；
在所述烧结步骤中，将所述素坯烧结形成所述陶瓷型芯。
进一步地，所述混合步骤包括干混步骤和湿混步骤，
在所述干混步骤中，将所述陶瓷型芯原料进行混合；
在所述湿混步骤中，向所述陶瓷型芯原料中加入增塑剂并混合得到所述浆料。
进一步地，在所述成型步骤中，使用热压注方法形成所述素坯。
进一步地，在所述烧结步骤中，烧结温度为1100-1300℃，烧结时间为4-8h。
进一步地，在所述烧结步骤之后还包括强化步骤，所述强化步骤包括高温强化步骤和室温强化步骤，在所述高温强化步骤和室温强化步骤中，分别使用高温强化剂和室温强化剂强化所述陶瓷型芯。
应用本发明的技术方案，至少取得了如下有益效果：
1、硅酸锆的存在可以初步的抑制型芯的收缩，降低型芯的高温挠度，提高陶瓷型芯的高温性能。
2、硅酸铝在高温烧结时会转变成莫来石和方石英晶体，莫来石和方石英都具有优良的高温性能，起到第二相强化作用，抑制石英玻璃的粘性流动，所以进一步降低硅基陶瓷型芯的收缩和高温挠度，保证型芯的尺寸稳定性。
3、相较于已有的技术方案，本发明既使陶瓷型芯收缩率降低到较低的水平，保证了陶瓷型芯的尺寸稳定，也使得陶瓷型芯拥有较低的高温挠度，保证了陶瓷型芯在高温浇注时的稳定性。
4、本发明还具体设计了材料的成分含量，使得陶瓷型芯原料能够取得上述技术效果，如所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为1-15％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为5-10％，若低于或者超出该含量范围，将对陶瓷型芯的性能产生不利影响。例如，若硅酸铝的质量百分比高于15％，陶瓷型芯的高温性能不稳定。
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。
在下述实施例中所采用的硅酸锆和硅酸铝的示例性化学成分如表1和表2。
表1硅酸锆化学成分
表2硅酸铝的化学成分
实施例1
本实施例提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为3％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为5％。硅酸锆的目数为200目，硅酸铝的目数为100目。
所述耐火材料粉为石英玻璃粉，石英玻璃粉的目数为100目，纯度为99.95％。
使用上述陶瓷型芯原料的陶瓷型芯制备方法如下。
S1、混合步骤
在所述混合步骤中，将所述陶瓷型芯原料混合形成浆料，所述混合步骤包括干混步骤和湿混步骤。
S1-1、干混步骤
按上述配方称取石英玻璃粉、硅酸锆、硅酸铝，充分混合均匀后置于干燥箱110℃烘干，得到粉料。
S1-2、湿混步骤
将得到的粉料分批次加入到已经融化的增塑剂中，抽真空搅拌直至混合均匀，获得陶瓷型芯浆料。
S2、成型步骤
采用热压注成型法，将陶瓷浆料倒入蜡桶中，设置压注参数，热压注成型为。
S4、烧结步骤
去毛刺、矫形后，测得其线性长度，放入匣钵中造型后置于烧结炉中，升温至1200℃保温6h后，随炉冷却至室温，获得硅基陶瓷型芯，测得其烧结后线性长度。
S5、强化步骤
所述强化步骤包括高温强化步骤和室温强化步骤，在所述高温强化步骤和室温强化步骤中，分别使用高温强化剂和室温强化剂强化所述陶瓷型芯。经高温和室温强化后，烘干后，待检测。
收缩率和高温挠度测试方法：
采用热压注成型法压制成素坯，修坯后，测得素坯的线性长度，放入焙烧炉中烧结成陶瓷型芯，测得烧结后的陶瓷型芯的线性长度，计算后得出其收缩率；将烧结后的试样经高温强化后，采用双支点法，在1550℃高温下保温30分钟，测量其高温挠度。
本实施例的陶瓷型芯经测量，收缩率为0.41％，高温挠度为0.37mm。
实施例2
本实施例提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为5％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为10％。硅酸锆的目数为100目，硅酸铝的目数为200目。
所述耐火材料粉为石英玻璃粉，石英玻璃粉的目数为50目，纯度为99.95％。
使用上述陶瓷型芯原料的陶瓷型芯制备方法和性能测试方法与实施例1基本相同。
本实施例的陶瓷型芯经测量，收缩率为0.38％，高温挠度为0.30mm。
实施例3
本实施例提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为8％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为7％。硅酸锆的目数为300目，硅酸铝的目数为50目。
所述耐火材料粉为石英玻璃粉，石英玻璃粉的目数为200目，纯度为99.95％。
使用上述陶瓷型芯原料的陶瓷型芯制备方法和性能测试方法与实施例1基本相同。
本实施例的陶瓷型芯经测量，收缩率为0.30％，高温挠度为0.26mm。
实施例4
本实施例提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为10％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为8％。硅酸锆的目数为200目，硅酸铝的目数为100目。
所述耐火材料粉为石英玻璃粉，石英玻璃粉的目数为100目，纯度为99.95％。
使用上述陶瓷型芯原料的陶瓷型芯制备方法和性能测试方法与实施例1基本相同。
本实施例的陶瓷型芯经测量，收缩率为0.28％，高温挠度为0.20mm。
实施例5
本实施例提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为1％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为10％。硅酸锆的目数为200目，硅酸铝的目数为100目。
所述耐火材料粉为石英玻璃粉，石英玻璃粉的目数为100目，纯度为99.95％。
使用上述陶瓷型芯原料的陶瓷型芯制备方法和性能测试方法与实施例1基本相同。
本实施例的陶瓷型芯经测量，收缩率为0.49％，高温挠度为0.43mm。
实施例6
本实施例提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为15％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为5％。硅酸锆的目数为200目，硅酸铝的目数为100目。
所述耐火材料粉为石英玻璃粉，石英玻璃粉的目数为100目，纯度为99.95％。
使用上述陶瓷型芯原料的陶瓷型芯制备方法和性能测试方法与实施例1基本相同。
本实施例的陶瓷型芯经测量，收缩率为0.39％，高温挠度为0.36mm。
表3实施例1-6的陶瓷型芯原料配方以及性能
实施例7
本实施例提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，所述耐火材料粉和矿化剂的含量百分比与实施例1相同，另外，所述陶瓷型芯原料还包括次要成分，所述次要成分包括碳化物、氮化物或氧化物中的一种或一种以上，所述次要成分不同于所述耐火材料粉和矿化剂的成分，如碳化硅、氮化硅、氧化铝等等，所述次要成分在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比不超过3％。
通过实验发现，当次要成分的质量百分比不超过3％时，所述陶瓷型芯的性能不会受到显著影响。
实施例8
本实施例提供了一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述耐火材料粉和矿化剂的含量百分比与实施例1相同。与实施例1不同的是，本实施例中所述硅酸铝为硅酸铝纤维，所述硅酸铝纤维的长度为1-10mm，所述硅酸铝纤维的直径为1-10μm。使用硅酸铝纤维同样可以起到降低收缩率和高温挠度的技术效果。
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、硅酸锆的存在可以初步的抑制型芯的收缩，降低型芯的高温挠度，提高陶瓷型芯的高温性能。
2、硅酸铝在高温烧结时会转变成莫来石和方石英晶体，莫来石和方石英都具有优良的高温性能，起到第二相强化作用，抑制石英玻璃的粘性流动，所以进一步降低硅基陶瓷型芯的收缩和高温挠度，保证型芯的尺寸稳定性。
3、相较于已有的技术方案，本发明既使陶瓷型芯收缩率降低到较低的水平，保证了陶瓷型芯的尺寸稳定，也使得陶瓷型芯拥有较低的高温挠度，保证了陶瓷型芯在高温浇注时的稳定性。
4、本发明还具体设计了材料的成分含量，使得陶瓷型芯原料能够取得上述技术效果，如所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为1-15％，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为5-10％，若低于或者超出该含量范围，将对陶瓷型芯的性能产生不利影响。例如，若硅酸铝的质量百分比高于15％，陶瓷型芯的高温性能不稳定。
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 (7)
1.一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料，包括耐火材料粉和矿化剂，其特征在于，所述矿化剂为复合矿化剂，所述复合矿化剂包括硅酸锆和硅酸铝，所述硅酸铝在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为8-10%，所述硅酸锆在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比为7-8%，所述硅酸铝的化学成分为含有50.1%的Al2O3、48.7%的SiO2、0.2%的Na2O和0.02%的Fe2O3，所述硅酸铝为硅酸铝粉体，所述硅酸铝粉体的目数为50-200目，所述陶瓷型芯原料还包括次要成分，所述次要成分包括碳化物、氮化物或氧化物中的一种以上，所述次要成分不同于所述耐火材料粉和矿化剂的成分，所述次要成分在所述陶瓷型芯原料中的质量百分比不超过3%，所述耐火材料粉为石英玻璃粉，所述石英玻璃粉的目数为50-200目。
2.根据权利要求1所述的陶瓷型芯的原料，其特征在于，所述硅酸锆为硅酸锆粉体，所述硅酸锆粉体的目数为100-300目。
3.一种使用权利要求1或2所述的陶瓷型芯原料的陶瓷型芯制备方法，其特征在于，包括混合步骤、成型步骤和烧结步骤，
在所述混合步骤中，将所述陶瓷型芯原料混合形成浆料；
在所述成型步骤中，利用所述浆料形成素坯；
在所述烧结步骤中，将所述素坯烧结形成所述陶瓷型芯。
4.根据权利要求3所述的陶瓷型芯制备方法，其特征在于，所述混合步骤包括干混步骤和湿混步骤，
在所述干混步骤中，将所述陶瓷型芯原料进行混合；
在所述湿混步骤中，向所述陶瓷型芯原料中加入增塑剂并混合得到所述浆料。
5.根据权利要求4所述的陶瓷型芯制备方法，其特征在于，在所述成型步骤中，使用热压注方法形成所述素坯。
6.根据权利要求5所述的陶瓷型芯制备方法，其特征在于，在所述烧结步骤中，烧结温度为1100-1300℃，烧结时间为4-8h。
7.根据权利要求3-6任一项所述的陶瓷型芯制备方法，其特征在于，在所述烧结步骤之后还包括强化步骤，所述强化步骤包括高温强化步骤和室温强化步骤，在所述高温强化步骤和室温强化步骤中，分别使用高温强化剂和室温强化剂强化所述陶瓷型芯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210860438.1A CN115108818B (zh) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | 一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210860438.1A CN115108818B (zh) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | 一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115108818A CN115108818A (zh) | 2022-09-27 |
| CN115108818B true CN115108818B (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=83333309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210860438.1A Active CN115108818B (zh) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | 一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115108818B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4236568A (en) * | 1978-12-04 | 1980-12-02 | Sherwood Refractories, Inc. | Method of casting steel and iron alloys with precision cristobalite cores |
| GB8804152D0 (en) * | 1987-02-24 | 1988-03-23 | United Technologies Corp | Ceramic core molding composition |
| JPH0639483A (ja) * | 1992-07-27 | 1994-02-15 | Kawasaki Refract Co Ltd | セラミック中子 |
| CN1419979A (zh) * | 2001-10-24 | 2003-05-28 | 联合技术公司 | 精密熔模铸造中使用的型芯 |
| KR20030057134A (ko) * | 2001-12-28 | 2003-07-04 | 한국기계연구원 | 세라믹 중자 제조용 슬립 및 그 제조방법 |
| CN107140961A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-09-08 | 沈阳明禾石英制品有限责任公司 | 一种硅酸铝陶瓷纤维增强的陶瓷型芯及其制备方法 |
| CN109734430A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-05-10 | 上海大学 | 一种适用于双层壁叶片的多孔硅基陶瓷型芯及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6229930B2 (ja) * | 2013-09-10 | 2017-11-15 | 日立金属株式会社 | セラミック中子およびその製造方法、そのセラミック中子を用いた鋳物の製造方法および鋳物 |
| CN105753460B (zh) * | 2016-02-03 | 2018-10-30 | 蒙娜丽莎集团股份有限公司 | 一种低收缩高强度大规格陶瓷板及其制备方法 |
-
2022
- 2022-07-21 CN CN202210860438.1A patent/CN115108818B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4236568A (en) * | 1978-12-04 | 1980-12-02 | Sherwood Refractories, Inc. | Method of casting steel and iron alloys with precision cristobalite cores |
| GB8804152D0 (en) * | 1987-02-24 | 1988-03-23 | United Technologies Corp | Ceramic core molding composition |
| JPH0639483A (ja) * | 1992-07-27 | 1994-02-15 | Kawasaki Refract Co Ltd | セラミック中子 |
| CN1419979A (zh) * | 2001-10-24 | 2003-05-28 | 联合技术公司 | 精密熔模铸造中使用的型芯 |
| KR20030057134A (ko) * | 2001-12-28 | 2003-07-04 | 한국기계연구원 | 세라믹 중자 제조용 슬립 및 그 제조방법 |
| CN107140961A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-09-08 | 沈阳明禾石英制品有限责任公司 | 一种硅酸铝陶瓷纤维增强的陶瓷型芯及其制备方法 |
| CN109734430A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-05-10 | 上海大学 | 一种适用于双层壁叶片的多孔硅基陶瓷型芯及其制备方法 |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| Creep mechanism of zircon-added silica ceramic cores formed by stereolithography;Zhao, Guang等;《CERAMICS INTERNATIONAL》;20210129;第17719-17725页 * |
| 中国冶金百科全书总编辑委员会《耐火材料》卷编辑委员会.《中国冶金百科全书 耐火材料》.1997,第108页. * |
| 刘利俊等.《铸造》.2019,第634-639页. * |
| 朱洪法.《催化剂手册》.金盾出版社,2008,第76-77页. * |
| 李寒松等.《铸造》.2020,第861-865页. * |
| 硅酸锆粒度对氧化硅基型芯性能的影响;李鑫;刘晓光;唐定中;顾国红;姚建省;张芳芳;;人工晶体学报;20130515(05);第1-8页 * |
| 赵登科等.《上海大学学报》.2019,453-461页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115108818A (zh) | 2022-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102249919B1 (ko) | 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법 | |
| CN102603275B (zh) | 硅基陶瓷型芯的制备方法 | |
| CN105732014A (zh) | 一种硅基陶瓷型芯制备方法 | |
| CN112390633A (zh) | 一种ZrB2纳米粉体增强氧化硅基陶瓷型芯及其制备方法 | |
| CN112062587A (zh) | 原位自生莫来石晶须增强的硅基陶瓷型芯制备方法 | |
| CN113754456B (zh) | 一种莫来石基陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN110590343A (zh) | 一种浇注成型的方坩埚及其制备方法 | |
| CN115196981B (zh) | 一种氧化硅基陶瓷型芯及其制备方法 | |
| CN110078477B (zh) | 一种氧化镁陶瓷型芯及其制备方法 | |
| CN110342914A (zh) | 一种陶瓷型芯及制备方法 | |
| CN115108818B (zh) | 一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法 | |
| CN112358309A (zh) | 一种氧化铝纤维增强陶瓷型芯的制备方法 | |
| CN106083005B (zh) | 高孔隙率易脱除硅基陶瓷型芯制备方法 | |
| CN113292346A (zh) | 一种用于制备硅砖的促烧结剂、复合硅砖及其制备方法 | |
| CN1076877A (zh) | 陶瓷型芯制造工艺 | |
| CN114082881B (zh) | 一种航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法 | |
| EP0179649A2 (en) | Ceramic materials | |
| CN107010933A (zh) | 一种熔模铸件用型芯的浆料制备方法 | |
| CN112047726A (zh) | 定向凝固用莫来石晶须增强铝基陶瓷型芯制备方法 | |
| CN112062547A (zh) | 氮化铝/氧化铝复合陶瓷型芯及其制备方法 | |
| KR100348713B1 (ko) | 정밀주조용 알루미나계 주형 및 그 제조방법 | |
| CN112919890B (zh) | 轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵及其制备方法和应用 | |
| CN108610004A (zh) | 大型坭兴陶的烧制方法 | |
| CN110483025A (zh) | 防水用熔融石英砂陶瓷的制备方法 | |
| JPH05200479A (ja) | 精密鋳造用セラミック中子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |