專利名稱：一種氧化鋁基陶瓷型芯及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種帶有空心支板的大型鑄件的熔模鑄造技術(shù)，特別是一種用于航空發(fā)動機機匣類環(huán)形鑄件空心支板成型用氧化鋁基陶瓷型芯材料及制備方法。
背景技術(shù)：
增加航空發(fā)動機渦輪前進氣溫度和減重是提高其推重比的主要途徑。構(gòu)成航空發(fā)動機的主要承力部件，如高 溫合金后機匣、鈦合金中介機匣等部件的結(jié)構(gòu)設計也日趨復雜，因此對其金屬基體材料及其加工技術(shù)提出了更加苛刻的要求。從世界航空發(fā)達國家發(fā)展的歷程和未來趨勢看，在發(fā)動機推力一定的情況下，通過機匣類鑄件薄壁化設計和采用整體精鑄技術(shù)，使發(fā)動機本身減重并且提高可靠性，大大提升了發(fā)動機性能，也是提高推重比的有效途徑之一。近凈形熔模精密鑄造技術(shù)是國內(nèi)外制備發(fā)動機機匣類結(jié)構(gòu)件最重要的技術(shù)。該技術(shù)通過采用可熔失的蠟料壓制蠟模，然后制作陶瓷型殼，脫蠟后對陶瓷型殼進行焙燒，最后將熔融的金屬澆注到型殼中，待金屬凝固、冷卻后清殼，即得到所需的鑄件。通過對鑄型材料以及對鑄件成型過程中各工藝環(huán)節(jié)和工藝因素的嚴格控制，可獲得工作面無需機械加工或只進行局部打磨的近凈形鑄件。因此熔模精密鑄造技術(shù)具有鑄造尺寸精度高、表面粗糙度低、可用于鑄造形狀復雜(特別是內(nèi)腔復雜)的大型薄壁件和整體件的優(yōu)點。航空發(fā)動機機匣類部件通常有若干空心支板，為了獲得其空心結(jié)構(gòu)，須在陶瓷型殼中的斜支板部位增加陶瓷型芯，待鑄件澆注、凝固、冷卻后，首先脫除型殼，然后將陶瓷型芯從支板中用機械或化學方法清除，即獲得支板具有空心結(jié)構(gòu)的機匣鑄件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種支板成型用陶瓷型芯及其制備方法，以滿足航空發(fā)動機機匣類鑄件的熔模精密鑄造技術(shù)的需求。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種支板成型用陶瓷型芯，其包括:不同粒度的電熔剛玉粉、有機纖維、氯化銨、以及硅溶膠；所述的不同粒度的電熔剛玉粉，其氧化鋁含量彡99wt%，粒度分別為20-40目、50-100目和200-325目;其中，粒度為20-40目的電熔剛玉粉的質(zhì)量百分比為10%-30%，粒度為50-100目的電熔剛玉粉的質(zhì)量百分比為20%-40%，粒度為200-325目的電熔剛玉粉的質(zhì)量百分比為30%-70% ;所述的有機纖維為尼龍纖維、聚氨酯纖維、聚酰胺纖維之一，長度0.l_3mm，直徑20-200 ym，加入量為所述電熔剛玉粉質(zhì)量的1-20% ;所述的氯化銨，為分析純，粒度分布在200-325目之間，氯化銨的加入量為電熔剛玉粉的0.08-0.12% ;所述的硅溶膠，pH值為8-10，其中二氧化硅膠體粒子的含量彡28wt% ;該硅溶膠的質(zhì)量為所述電熔剛玉粉、有機纖維和氯化銨的質(zhì)量總和的60-70%。
上述支板成型用陶瓷型芯的制作方法，包括:
第一步，配制粉體原料:將上述不同粒度的電熔剛玉粉、有機纖維和氯化銨粉體加入到V型混料機中，進行強制干混，V型混料機的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/min，混合時間為12_24h，即得到陶瓷型芯原料；
第二步，配制漿料:將所述陶瓷型芯原料加入到硅溶膠中，用強力攪拌機混合50-70S，即得到陶瓷型芯澆注成型用漿料；
第三步，澆注成型:將所述漿料澆注到鑄件熔模鑄造用蠟模的支板空腔中，經(jīng)8-12min后漿料固化，獲得固體型芯。該型芯可在鑄件澆注后清除，使鑄件的支板具有一定尺寸和形狀的空心結(jié)構(gòu)。下面對本發(fā)明作進一步的 說明:
本發(fā)明中所采用的電熔剛玉粉，是構(gòu)成陶瓷型芯的主體材料，因熱膨脹系數(shù)很低，所以在焙燒和鑄件澆注過程中基本沒有尺寸變化，有利于支板空腔尺寸精度的控制。本發(fā)明所采用的有機纖維，其作用是對陶瓷型芯濕坯體提供一定的增強作用，同時避免型芯因焙燒時水分蒸發(fā)造成開裂現(xiàn)象的發(fā)生；同時，有機纖維在型殼焙燒過程中，因氧化而燒除，使陶瓷型芯在焙燒后產(chǎn)生一定的孔隙，利于型芯的清除。本發(fā)明所采用的氯化銨，是硅溶膠的固化劑，其作用是使硅溶膠在常溫下即發(fā)生凝膠化，使陶瓷粉體原料粘結(jié)在一起，成為具有一定強度的陶瓷型芯。通過調(diào)整氯化銨與硅溶膠的比例，可以精確控制陶瓷型芯固化的時間。本發(fā)明所采用的硅溶膠，其作用是作為陶瓷粉體的粘結(jié)劑，經(jīng)與氯化銨發(fā)生反應而凝膠化，賦予陶瓷型芯一定的常溫強度和高溫強度。本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
(1)本發(fā)明制備氧化鋁基陶瓷芯所用的陶瓷材料主要成分為不同粒度的電熔剛玉粉，電熔剛玉是化學級a -Al2O3經(jīng)固定式電爐或傾倒式電爐熔融工藝制得，密度高，燒結(jié)活性低，熱膨脹系數(shù)很小。在形成陶瓷型芯后，在焙燒和金屬熔體澆注過程中尺寸因熱膨脹系數(shù)較低，因此尺寸變化很小，不易變形，有利于保持支板空腔的尺寸精度；
(2)本發(fā)明所采用的氧化鋁基陶瓷型芯材料，其固化時間可以通過調(diào)整固化劑氯化銨的加入量來調(diào)整，即陶瓷型芯的固化時間隨著固化劑加入量的增加而縮短。陶瓷型芯固化時間的可控性保證了操作者能夠預留出充分的時間來完成型芯澆注的過程；
(3)本發(fā)明所采用的有機纖維，對陶瓷型芯濕坯體能夠提供顯著的增強作用，并可以避免型芯在焙燒過程中的開裂；同時有機纖維因高溫氧化燒除，還可以使陶瓷型芯具有一定的孔隙，利于型芯在澆注之后從鑄件支板中清除。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。實施例1:
稱取粒度為20-40目的電熔剛玉粉lkg，粒度為50-100目的電熔剛玉粉20g，粒度為200-325目的電熔剛玉粉7kg，尼龍纖維0.1kg,氯化銨0.08kg,放入到V型混料機中，在轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/min的條件下干混12h，獲得陶瓷型芯原料粉體，備用。
稱取硅溶膠400g，放入到1000ml的燒杯中，然后稱取上述原料粉體600g，加入到燒杯中，在強力攪拌的條件下使原料粉體與硅溶膠混合lmin，獲得流動性能優(yōu)良的漿料；將漿料澆注到鑄件蠟模支板的空腔中，約IOmin后，漿料固化，即得到具有一定強度的固體陶瓷型芯。通過機匣實際件的澆注試驗，表明機匣支板的壁厚均勻，未出現(xiàn)變形，且尺寸精度合格，澆注結(jié)束后，型芯較易從支板空腔中清除。實施例2:
稱取粒度為20-40目的電熔剛玉粉2kg，粒度為50-100目的電熔剛玉粉3kg，粒度為200-325目的電熔剛玉粉3kg，聚氨酯纖維0.25kg，氯化銨0.1Okg,放入放入到V型混料機中，在轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/min的條件下干混18h，獲得陶瓷型芯原料粉體，備用。稱取硅溶膠400g，放入到IOOOml的燒杯中，然后稱取上述原料粉體600g，加入到燒杯中，在強力攪拌的條件下使原料粉體與硅溶膠混合lmin，獲得流動性能優(yōu)良的漿料；將漿料澆注到鑄件蠟模支板的空腔中，約8min后，漿料固化，即得到具有一定強度的固體陶瓷型芯。通過機匣實際件的澆注試驗，表明機匣支板的壁厚均勻，未出現(xiàn)變形，且尺寸精度合格，澆注結(jié)束后，型芯易從支板空腔中清除。實施例3: 稱取粒度為20-40目的電熔剛玉粉3kg，粒度為50-100目的電熔剛玉粉3kg，粒度為200-325目的電熔剛玉粉3kg，聚酰胺纖維0.5kg，氯化銨0.12kg,放入放入到V型混料機中，在轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/min的條件下干混24h，獲得陶瓷型芯原料粉體，備用。稱取硅溶膠400g，放入到IOOOml的燒杯中，然后稱取上述原料粉體600g，加入到燒杯中，在強力攪拌的條件下使原料粉體與硅溶膠混合lmin，獲得流動性能優(yōu)良的漿料；將漿料澆注到鑄件蠟模支板的空腔中，約5min后，漿料固化，即得到具有一定強度的固體陶瓷型芯。通過機匣實際件的澆注試驗，表明機匣支板的壁厚均勻，未出現(xiàn)變形，且尺寸精度合格，澆注結(jié)束后，型芯自行潰散，易于清除。
權(quán)利要求
1.一種支板成型用陶瓷型芯，其特征在于包括:不同粒度的電熔剛玉粉、有機纖維、氯化銨、以及硅溶膠； 所述的不同粒度的電熔剛玉粉，其氧化鋁含量> 99 wt%，粒度分別為20-40目、50-100目和200-325目；其中，粒度為20-40目的電熔剛玉粉的質(zhì)量百分比為10%_30%，粒度為50-100目的電熔剛玉粉的質(zhì)量百分比為20%-40%，粒度為200-325目的電熔剛玉粉的質(zhì)量百分比為30%-70% ； 所述的有機纖維為尼龍纖維、聚氨酯纖維、聚酰胺纖維之一，長度0.l-3mm，直徑20-200 u m，加入量為所述電熔剛玉粉質(zhì)量的1-20% ； 所述的氯化銨，為分析純，粒度分布在200-325目之間，氯化銨的加入量為電熔剛玉粉的 0.08-0.12% ； 所述的硅溶膠，pH值為8，其中二氧化硅膠體粒子的含量> 28 wt% ;該硅溶膠的質(zhì)量為所述電熔剛玉粉、有機纖維和氯化銨的質(zhì)量總和的70%。
2.—種權(quán)利要求1所述的支板成型用陶瓷型芯的制作方法，其特征在于包括: 第一步，配制粉體原料:將不同粒度的電熔剛玉粉、有機纖維和氯化銨粉體加入到V型混料機中，進行強制干混，V型混料機的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/min，混合時間為12h，即得到陶瓷型芯原料； 第二步，配制漿料:將所述陶瓷型芯原料加入到硅溶膠中，用強力攪拌機混合70s，即得到陶瓷型芯澆注成型用漿料； 第三步，澆注成型:將所述漿料澆注到鑄件熔模鑄造用蠟模的支板空腔中，經(jīng)8-12 min后漿料固化，獲得固 體型芯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種澆注成型陶瓷型芯材料及其制備方法，該陶瓷型芯包括不同粒度的電熔剛玉粉、有機纖維、氯化銨和硅溶膠；所述不同粒度的電熔剛玉粉，其氧化鋁含量≥99wt%，粒度分別為20-40目、50-100目和200-325目；粒度為20-40目的質(zhì)量百分比為10%-30%，粒度為50-100目的質(zhì)量百分比為20%-40%，粒度為200-325目的質(zhì)量百分比為30%-70%；有機纖維的長度0.1-3mm，直徑20-200μm，加入量為所述電熔剛玉粉質(zhì)量的1-20%；氯化銨的加入量為電熔剛玉粉的0.08-0.12%；該硅溶膠的質(zhì)量為所述電熔剛玉粉、有機纖維和氯化銨的質(zhì)量總和的60-70%。
文檔編號B22C9/10GK103231021SQ20131004487
公開日2013年8月7日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者張建國, 劉銳昌, 袁鎖軍 申請人:丹陽市精密合金廠有限公司