一種豎式陶瓷模殼及該陶瓷模殼成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密熔鑄的模殼成型技術(shù)，具體是一種單晶葉片成型用的豎式陶瓷模殼，以及該陶瓷模殼的成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了提高高溫合金渦輪葉片的工作溫度，人們將等軸晶葉片逐步發(fā)展成為定向柱狀晶葉片及定向單晶葉片，其中定向單晶葉片將工作溫度提升了 80?100°C。
[0003]單晶葉片的成型主要是通過陶瓷模殼底部所設(shè)置的螺旋選晶器來實現(xiàn)的，即通過螺旋選晶器將要進入陶瓷模殼內(nèi)的多晶體以選擇性的生長來實現(xiàn)陶瓷模殼內(nèi)的單晶產(chǎn)生。
[0004]可見，單晶葉片的成型需要依賴帶螺旋選晶器的陶瓷模殼。此種陶瓷模殼的成型工藝一般是:成型葉片蠟?zāi)?葉片蠟?zāi)５捻敳烤哂袧部诒災(zāi)?、底部具有引晶段蠟?zāi)?選晶蠟?zāi)：偷妆P蠟?zāi)＃捎秒姛岷傅秾⑷~片蠟?zāi)＝M合在選晶蠟?zāi)５捻敳?，將選晶蠟?zāi)＝M合在底盤蠟?zāi)５闹醒?，以此形成蠟樹；將蠟樹浸入耐火漿料中，使蠟樹的表面涂覆一層耐火漿料，在此過程中，旋轉(zhuǎn)蠟樹，以確保蠟樹的各個角度或者需要涂覆的各個面都能均勻的涂覆漿料；采用淋砂機將砂子淋在涂覆有耐火漿料的蠟樹上，形成耐火漿料與砂子鑲嵌的結(jié)構(gòu)，干燥后以此往復(fù)，直至形成要求厚度的多層陶瓷模殼；最后經(jīng)脫蠟、焙燒等工序得具有空腔的陶瓷模殼成品，該陶瓷模殼成品用于在定向凝固工藝中澆注單晶葉片。
[0005]在上述陶瓷模殼的成型過程中，可以清楚的知道:葉片蠟?zāi)Ｍㄟ^變徑結(jié)構(gòu)的螺旋選晶蠟?zāi)＝M合在底盤蠟?zāi)Ｉ?，這也就是說，整個蠟樹的最細(xì)部位的直徑僅有6?1mm(設(shè)計的選晶器本身結(jié)構(gòu)所決定的)。然而，在蠟樹上涂覆耐火漿料時，需要從各個角度旋轉(zhuǎn)蠟樹、以確保耐火漿料涂覆的均勻性。在蠟樹的此旋轉(zhuǎn)過程中，蠟樹的最細(xì)部位因結(jié)構(gòu)強度問題，極易發(fā)生顫動、甚至斷裂，從而在最終成型的陶瓷模殼上會對應(yīng)的形成裂紋。
[0006]我們清楚的知道:在定向凝固的單晶成型工藝中，單晶體的生長對陶瓷模殼的幾何完整性極其敏感，若陶瓷模殼上存在裂紋等缺陷，將會誘導(dǎo)雜晶產(chǎn)生，最后使得所要成型的單晶產(chǎn)品無法滿足技術(shù)要求而報廢。
[0007]綜上所述，單晶葉片成型用的現(xiàn)有陶瓷模殼易產(chǎn)生裂紋等非完整性缺陷，從而在技術(shù)要求較高的單晶成型工藝中，容易誘導(dǎo)雜晶形核和生長，最終將會影響所成型的單晶葉片的成品質(zhì)量和合格率，可靠、實用性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對定向凝固單晶成型工藝的特殊性以及上述現(xiàn)有陶瓷模殼技術(shù)的不足，提供一種成型輕松且方便、技術(shù)難度小、成型質(zhì)量可靠、結(jié)構(gòu)簡單而緊湊、能夠?qū)μ沾赡ぴ诘妆P上形成可靠且穩(wěn)定支撐的豎式陶瓷模殼，以及該陶瓷模殼成型方法。
[0009]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種豎式陶瓷模殼，所述陶瓷模殼用于單晶葉片成型，該陶瓷模殼通過底部的選晶器豎立在底盤上方，所述底盤與選晶器之間為組合銜接結(jié)構(gòu)，且底盤與陶瓷模殼之間設(shè)置有多根支撐柱，這些支撐柱環(huán)繞布置在選晶器外圍。
[0010]所述支撐柱以上端向心傾斜的方式布置。
[0011]上述豎式陶瓷模殼成型方法，包括下列步驟:
1).根據(jù)設(shè)計的葉片形狀制作葉片蠟?zāi)：瓦x晶蠟?zāi)?；制作底盤和支撐柱，所述底盤中央設(shè)有凸起的、中空的銜接頭，所述支撐柱為多根；
2).將葉片蠟?zāi)：瓦x晶蠟?zāi)＝M合，在形成的蠟樹上以粘漿淋砂的方式制作陶瓷模殼，經(jīng)脫蠟和焙燒成型陶瓷模殼；
3).將步驟I)中的底盤放平，將步驟2)中陶瓷模殼的選晶器組合在底盤的銜接頭上，組合處采用耐火泥漿粘接；
4).將步驟I)中準(zhǔn)備的支撐柱環(huán)繞布置在選晶器外圍的底盤和陶瓷模殼之間，并采用耐火泥漿將支撐柱的底端與底盤粘接、頂端與陶瓷模殼粘接。
[0012]所述葉片蠟?zāi)５捻敳烤哂袧部诒災(zāi)?、底部具有引晶段蠟?zāi)！?br>[0013]或者，上述豎式陶瓷模殼成型方法，包括下列步驟:
1).根據(jù)設(shè)計的葉片形狀制作葉片蠟?zāi)?、選晶蠟?zāi)！⒌妆P蠟?zāi)?、支撐蠟?zāi)：豌暯宇^蠟?zāi)?；所述支撐蠟?zāi)槎喔?br> 2).將葉片蠟?zāi)：瓦x晶蠟?zāi)＝M合在一起，在形成的蠟樹上以粘漿淋砂的方式制作陶瓷模殼，經(jīng)脫蠟和焙燒成型陶瓷模殼；將底盤蠟?zāi)！暯宇^蠟?zāi)：椭蜗災(zāi)＝M合在一起，所述銜接頭蠟?zāi)ＴO(shè)在底盤蠟?zāi)Ｖ醒耄鲋蜗災(zāi)－h(huán)繞布置在銜接頭蠟?zāi)５耐鈬?、且支撐蠟?zāi)５捻敹烁哂阢暯宇^蠟?zāi)?，在形成的蠟樹上以粘漿淋砂的方式制作一體的底盤、銜接頭和支撐柱；
3).將步驟2)中的底盤放平，將步驟2)中陶瓷模殼的選晶器組合在底盤的銜接頭上，組合處采用耐火泥漿粘接、并采用耐火泥漿將支撐柱的頂端與陶瓷模殼粘接。
[0014]所述葉片蠟?zāi)５捻敳烤哂袧部诒災(zāi)！⒌撞烤哂幸Ф蜗災(zāi)！?br>[0015]本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明陶瓷模殼(葉片模殼)與底盤以組合方式連接，從而使陶瓷模殼和底盤可以分體成型，這有效避免了整體成型過程中因蠟樹結(jié)構(gòu)強度不夠、或者說兩端過重而導(dǎo)致蠟樹腰部損壞(甚至斷裂)的問題發(fā)生，進而使整個陶瓷模殼的成型更為輕松、方便，可靠且有效地減小了陶瓷模殼成型的技術(shù)難度，所成型陶瓷模殼的質(zhì)量可靠、合格率高，能夠有效滿足定向凝固單晶成型工藝的技術(shù)要求；
2.本發(fā)明陶瓷模殼(葉片模殼)的底部與底盤之間所設(shè)置的多根支撐柱，對豎立的陶瓷模殼在底盤上形成可靠、穩(wěn)定的支撐，該支撐結(jié)構(gòu)不僅不會影響陶瓷模殼的成型操作，而且能夠承受合金熔體澆注的沖擊力及靜壓力，有效防止了陶瓷模殼的斷裂及熔體的漏出，進而保證了單晶葉片在制殼、澆注和凝固過程中的順利進行；整個支撐結(jié)構(gòu)簡單而緊湊，能夠?qū)μ沾赡ぴ诘妆P上形成可靠且穩(wěn)定支撐；同時，此支撐結(jié)構(gòu)有效避免了對陶瓷模殼中上部的輻射傳熱的阻礙，使得其不影響定向凝固中葉片部分的單晶生長條件，可靠性高，實用性強。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0017]圖1是本發(fā)明陶瓷模殼的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是圖1所示陶瓷模殼具體成型步驟I的示意圖。
[0019]圖3是圖1所示陶瓷模殼具體成型步驟2的示意圖。
[0020]圖4是圖1所示陶瓷模殼具體成型步驟3的示意圖。
[0021]圖5是圖1所示陶瓷模殼具體成型步驟4的示意圖。
[0022]圖6是圖1所示陶瓷模殼具體成型步驟5的示意圖。
[0023]圖7是本發(fā)明陶瓷模殼的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8是圖7所示陶瓷模殼具體成型步驟I的示意圖。
[0025]圖9是圖7所示陶瓷模殼具體成型步驟2的示意圖。
[0026]圖10是圖7所示陶瓷模殼具體成型步驟3的示意圖。
[0027]圖11是圖7所示陶瓷模殼具體成型步驟4的示意圖。
[0028]圖12是圖7所示陶瓷模殼具體成型步驟5的示意圖。
[0029]圖中代號含義:1 一底盤；2—選晶器；3—陶瓷模殼；4一支撐柱；5—銜接頭；6—澆口杯蠟?zāi)＃?—葉片蠟?zāi)＃?—引晶段蠟?zāi)＃?一選晶蠟?zāi)＃?0—底盤蠟?zāi)＃?1 一支撐蠟?zāi)＃?2—銜接頭蠟?zāi)！?br>【具體實施方式】
[0030]實施例1
參見圖1所示，一種豎式陶瓷模殼，該陶瓷模殼用于定向凝固工藝中單晶葉片、尤其是大型單晶葉片的澆注成型。前述陶瓷模殼3上具有對應(yīng)設(shè)計葉片形狀的葉片型腔，在陶瓷模殼3的底部設(shè)有選晶器2，陶瓷模殼3與選晶器2為一體成型結(jié)構(gòu)。前述陶瓷模殼3通過底部的選晶器2豎立在底盤I上方，具體的，底盤I的中央設(shè)有凸起的、中空的銜接頭5，底盤I的銜接頭5與選晶器2的型腔之間為粘接組合的銜接結(jié)構(gòu)，即底盤I和陶瓷模殼3為分體成型的組合結(jié)構(gòu)。為了保證陶瓷模殼3能夠在底盤I上可靠、穩(wěn)定的豎立，在底盤I與陶瓷模殼3的底部之間設(shè)置有多根支撐柱4 (具體數(shù)量視支撐要求而定)，這些支撐柱4環(huán)繞布置在選晶器2的外圍，每根支撐柱4的底端與底盤I粘接組合、頂端與陶瓷模殼3底部粘接組合。前述每根支撐柱4以上端向心(指陶瓷模殼3豎立的軸心)傾斜的方式環(huán)繞布置在選晶器2外圍，每根支撐柱4在底盤I上的傾斜角度通常為40?90° (當(dāng)為90°時，支撐柱4豎立)，例如40°、55°或70°等等。
[0031]上述底盤I的厚度通常為5?10mm。上述每根支撐柱4的直徑通常為5?30mm。此種取值，有利于定向凝固工藝中的輻射傳熱。
[0032]上述豎式陶瓷模殼的成型方法主要包括下列步驟:
1).采用壓蠟機，根據(jù)設(shè)計的葉片形狀制作葉片蠟?zāi)?和選晶蠟?zāi)?，其中，葉片蠟?zāi)?的頂部具有澆口杯蠟?zāi)?、底部具有引晶段蠟?zāi)? ;制作底盤I (例如采用壓芯機壓制陶瓷底盤)和支撐柱4，在本實施例中，底盤I和支撐柱4分別為陶瓷成型，其中，底盤I的中央設(shè)有凸起的、中空的銜接頭5 (所述中空指底盤I的底面至銜接頭5頂面為通孔)，該銜接頭5的中空直徑對應(yīng)、匹配選晶蠟?zāi)?的型腔部制殼成型的外徑，支撐柱4為多根，每根支撐柱4的長度大于選晶蠟?zāi)?的高度；本步驟參見圖2所示；
2).采用電焊刀，將澆口杯蠟?zāi)?焊接在葉片蠟?zāi)?的頂部、將引晶段蠟?zāi)?焊接在葉