CN117226036A - 一种氧化硅基陶瓷型芯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及陶瓷型芯制造技术领域，氧化硅基陶瓷型芯及其制备方法，公开了包括石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅、氧化锆、增塑剂、玻璃纤维和氧化铝纤维，其中按重量配制比例：石英粉玻璃占比设为70～80份，锆英粉占比设为20～30份，纳米氧化硅占比设为1～2份，氧化锆占比设为1～2份，增塑剂占比设为0.5～1份，玻璃纤维占比设为2～4份，氧化铝纤维占比设为1～3份。该氧化硅基陶瓷型芯及其制备方法，制备操作简单，成本低，制备的浆料大大提高陶瓷型芯的成型率，缩短制备时间，环保性能高，添加的玻璃纤维和氧化铝纤维可有效增强硅基陶瓷型芯抗蠕变性能，进一步增强了陶瓷型芯的结构强度。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷型芯制造技术领域，具体为一种氧化硅基陶瓷型芯及其制备方法。
背景技术
氧化硅基陶瓷型芯主要用于形成空心涡轮叶片的复杂内腔形状,对其冷却效果的改善、航空发动机推重比的提高具有非常重要的作用。它热膨胀系数小、高温性能良好、易于用碱液脱芯,在国内外被广泛应用。研究表明,氧化硅基陶瓷型芯的粉料粒度及强化工艺直接影响其使用性能。目前，氧化硅基陶瓷型芯还存在许多不足，亟需解决，成型方式通常采用注射成型或注浆成型，烧结过程时间长，生产周期长，脱蜡过程中收缩率较大，难以精确控制型芯尺寸，制备操作复杂，成本高，陶瓷型芯的成型率低，环保性能低，硅基陶瓷型芯抗蠕变性能不足，陶瓷型芯的结构强度低。为此，需要设计相应的技术方案给予解决。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种氧化硅基陶瓷型芯及其制备方法，解决了成型方式通常采用注射成型或注浆成型，烧结过程时间长，生产周期长，脱蜡过程中收缩率较大，难以精确控制型芯尺寸，制备操作复杂，成本高，陶瓷型芯的成型率低，环保性能低，硅基陶瓷型芯抗蠕变性能不足，陶瓷型芯结构强度低的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种氧化硅基陶瓷型芯，包括石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅、氧化锆、增塑剂、玻璃纤维和氧化铝纤维，其中按重量配制比例：石英粉玻璃占比设为70～80份，锆英粉占比设为20～30份，纳米氧化硅占比设为1～2份，氧化锆占比设为1～2份，增塑剂占比设为0.5～1份，玻璃纤维占比设为2～4份，氧化铝纤维占比设为1～3份。
优选的，包括石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅、氧化锆、增塑剂、玻璃纤维和氧化铝纤维，其中按重量配制比例：石英粉玻璃占比设为70份，锆英粉占比设为20份，纳米氧化硅占比设为1份，氧化锆占比设为1份，增塑剂占比设为0.5份，玻璃纤维占比设为2份，氧化铝纤维占比设为1份。
优选的，包括石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅、氧化锆、增塑剂、玻璃纤维和氧化铝纤维，其中按重量配制比例：石英粉玻璃占比设为80份，锆英粉占比设为30份，纳米氧化硅占比设为2份，氧化锆占比设为2份，增塑剂占比设为1份，玻璃纤维占比设为4份，氧化铝纤维占比设为3份。
优选的，制作步骤包括如下：
S1，配置增塑剂：按质量比例配置后均匀混合得到增塑剂；
S2，配置陶瓷浆料：按质量份数将石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅和氧化锆搅拌均匀，再向其内部添加玻璃纤维和氧化铝纤维混合，得到陶瓷浆料；
S3，压模制备：按质量比例将陶瓷浆料加入到增塑剂中，得到预制料，准备压型模具并将其预热至温度为80～90℃，再将预制料加入到压型模具中进行压制，最后进行烧结，得到氧化硅基陶瓷型芯。
优选的，步骤S1中，增塑剂是由石蜡、蜂蜡和聚乙烯按(9:4:2)的比例熔配而成，使陶瓷耐火粉料获得流变性能，使之可用注射成型的方式制成具有产品形状的素坯，增塑剂过低或过高均不利型芯成型。
优选的，步骤S2中，将混合物放置于保温箱中，并且保持温度为80～90℃，时间保持在3h～5h，控制准确的温度和时间使得陶瓷浆料混合物保存更佳。
优选的，步骤S2中，所述石英粉玻璃为纳米级二氧化硅和微米级二氧化硅混合粉料，可高效起到增塑的作用，便于型芯塑形。
优选的，步骤S3中，搅拌时间控制在4h～6h，搅拌转速控制在60r/min-100r/min，使得混合反应更加高效，稳定系数高。
(三)有益效果
该氧化硅基陶瓷型芯及其制备方法，制备操作简单，成本低，制备的浆料大大提高陶瓷型芯的成型率，缩短制备时间，环保性能高，添加的玻璃纤维和氧化铝纤维可有效增强硅基陶瓷型芯抗蠕变性能，进一步增强了陶瓷型芯的结构强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
本发明实施例提供一种技术方案：一种氧化硅基陶瓷型芯，包括石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅、氧化锆、增塑剂、玻璃纤维和氧化铝纤维，其中按重量配制比例：石英粉玻璃占比设为70～80份，锆英粉占比设为20～30份，纳米氧化硅占比设为1～2份，氧化锆占比设为1～2份，增塑剂占比设为0.5～1份，玻璃纤维占比设为2～4份，氧化铝纤维占比设为1～3份。
进一步改进地，制作步骤包括如下：
S1，配置增塑剂：按质量比例配置后均匀混合得到增塑剂；
S2，配置陶瓷浆料：按质量份数将石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅和氧化锆搅拌均匀，再向其内部添加玻璃纤维和氧化铝纤维混合，得到陶瓷浆料；
S3，压模制备：按质量比例将陶瓷浆料加入到增塑剂中，得到预制料，准备压型模具并将其预热至温度为80～90℃，再将预制料加入到压型模具中进行压制，最后进行烧结，得到氧化硅基陶瓷型芯。
进一步改进地，步骤S1中，增塑剂是由石蜡、蜂蜡和聚乙烯按(9:4:2)的比例熔配而成，使陶瓷耐火粉料获得流变性能，使之可用注射成型的方式制成具有产品形状的素坯，增塑剂过低或过高均不利型芯成型。
进一步改进地，步骤S2中，将混合物放置于保温箱中，并且保持温度为80～90℃，时间保持在3h～5h，控制准确的温度和时间使得陶瓷浆料混合物保存更佳。
进一步改进地，步骤S2中，所述石英粉玻璃为纳米级二氧化硅和微米级二氧化硅混合粉料，可高效起到增塑的作用，便于型芯塑形。
具体改进地，步骤S3中，搅拌时间控制在4h～6h，搅拌转速控制在60r/min-100r/min，使得混合反应更加高效，稳定系数高。
实例1
一种氧化硅基陶瓷型芯，包括石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅、氧化锆、增塑剂、玻璃纤维和氧化铝纤维，其中按重量配制比例：石英粉玻璃占比设为70份，锆英粉占比设为20份，纳米氧化硅占比设为1份，氧化锆占比设为1份，增塑剂占比设为0.5份，玻璃纤维占比设为2份，氧化铝纤维占比设为1份。
实例2
一种氧化硅基陶瓷型芯，包括石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅、氧化锆、增塑剂、玻璃纤维和氧化铝纤维，其中按重量配制比例：石英粉玻璃占比设为80份，锆英粉占比设为30份，纳米氧化硅占比设为2份，氧化锆占比设为2份，增塑剂占比设为1份，玻璃纤维占比设为4份，氧化铝纤维占比设为3份。
通过增加陶瓷浆料的含量和纤维含量，提高了陶瓷浆料成型率和强度。
本发明参数表格如下表:
| 结构强度 | 稳定性 | 环保性 | 成型率 | |
| 实施例1 | 50％ | 60％ | 80％ | 85％ |
| 实施例2 | 85％ | 85％ | 60％ | 90％ |
综上，按石蜡、蜂蜡和聚乙烯按(9:4:2)比例配置后均匀混合得到增塑剂，按质量份数将石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅和氧化锆搅拌均匀，再向其内部添加玻璃纤维和氧化铝纤维混合，将混合物放置于保温箱中，并且保持温度为85℃，时间保持在4h，得到陶瓷浆料，按质量比例将陶瓷浆料加入到增塑剂中，得到预制料，搅拌时间控制在5h，搅拌转速控制在85r/min，准备压型模具并将其预热至温度为85℃，再将预制料加入到压型模具中进行压制，最后进行烧结，得到氧化硅基陶瓷型芯。
本发明的部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知，本发明解决的问题是成型方式通常采用注射成型或注浆成型，烧结过程时间长，生产周期长，脱蜡过程中收缩率较大，难以精确控制型芯尺寸，制备操作复杂，成本高，陶瓷型芯的成型率低，环保性能低，硅基陶瓷型芯抗蠕变性能不足，陶瓷型芯的结构强度低，本发明通过上述部件的互相组合，制备操作简单，成本低，制备的浆料大大提高陶瓷型芯的成型率，缩短制备时间，环保性能高，添加的玻璃纤维和氧化铝纤维可有效增强硅基陶瓷型芯抗蠕变性能，进一步增强了陶瓷型芯的结构强度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种氧化硅基陶瓷型芯，其特征在于，包括石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅、氧化锆、增塑剂、玻璃纤维和氧化铝纤维，其中按重量配制比例：石英粉玻璃占比设为70～80份，锆英粉占比设为20～30份，纳米氧化硅占比设为1～2份，氧化锆占比设为1～2份，增塑剂占比设为0.5～1份，玻璃纤维占比设为2～4份，氧化铝纤维占比设为1～3份。
2.根据权利要求1所述的一种氧化硅基陶瓷型芯，其特征在于：包括石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅、氧化锆、增塑剂、玻璃纤维和氧化铝纤维，其中按重量配制比例：石英粉玻璃占比设为70份，锆英粉占比设为20份，纳米氧化硅占比设为1份，氧化锆占比设为1份，增塑剂占比设为0.5份，玻璃纤维占比设为2份，氧化铝纤维占比设为1份。
3.根据权利要求1所述的一种氧化硅基陶瓷型芯，其特征在于：包括石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅、氧化锆、增塑剂、玻璃纤维和氧化铝纤维，其中按重量配制比例：石英粉玻璃占比设为80份，锆英粉占比设为30份，纳米氧化硅占比设为2份，氧化锆占比设为2份，增塑剂占比设为1份，玻璃纤维占比设为4份，氧化铝纤维占比设为3份。
4.根据权利要求1所述的一种氧化硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，制作步骤包括如下：
S1，配置增塑剂：按质量比例配置后均匀混合得到增塑剂；
S2，配置陶瓷浆料：按质量份数将石英粉玻璃、锆英粉、纳米氧化硅和氧化锆搅拌均匀，再向其内部添加玻璃纤维和氧化铝纤维混合，得到陶瓷浆料；
S3，压模制备：按质量比例将陶瓷浆料加入到增塑剂中，得到预制料，准备压型模具并将其预热至温度为80～90℃，再将预制料加入到压型模具中进行压制，最后进行烧结，得到氧化硅基陶瓷型芯。
5.根据权利要求4所述的一种氧化硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：步骤S1中，增塑剂是由石蜡、蜂蜡和聚乙烯按(9:4:2)的比例熔配而成。
6.根据权利要求4所述的一种氧化硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：步骤S2中，将混合物放置于保温箱中，并且保持温度为80～90℃，时间保持在3h～5h。
7.根据权利要求4所述的一种氧化硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述石英粉玻璃为纳米级二氧化硅和微米级二氧化硅混合粉料。
8.根据权利要求4所述的一种氧化硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：步骤S3中，搅拌时间控制在4h～6h，搅拌转速控制在60r/min-100r/min。
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