專利名稱：一種單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)葉片制造技術(shù)，特別提供了一種單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)與民航客機(jī)為提高推重比，渦輪部分都在使用耐高溫且壽命長(zhǎng)、可靠性高的單晶空心葉片。現(xiàn)有的用于定向凝固的陶瓷型殼高溫強(qiáng)度低、抗熱振性差、型殼殘余強(qiáng)度高，造成單晶葉片的合格率低，同時(shí)還經(jīng)常發(fā)生漏鋼現(xiàn)象。主要原因是在單晶葉片的澆注過(guò)程中，陶瓷型殼要承受很高的溫度(1600°c )和較大的溫度差(90(n200°C )，普通陶瓷型殼不能滿足這種惡劣工作條件，在澆注過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)漏鋼和漲殼問(wèn)題。人們迫切希望獲得一種技術(shù)效果優(yōu)良的單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本的目的是提供一種技術(shù)效果優(yōu)良的單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼及其制備方法。本發(fā)明重點(diǎn)旨在解決單晶葉片制造過(guò)程中的漏鋼、漲殼問(wèn)題，以及解決由于型殼的透氣性差造成的表面氣孔問(wèn)題的一種新型單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法。本發(fā)明一種單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法，其特征在于使用硅酸乙酯料漿制作具有層狀結(jié)構(gòu)層數(shù)至少為5層的型殼；
1)對(duì)于型殼的第I層(是最靠近蠟?zāi)５囊粚樱址Q面層；層數(shù)編號(hào)是從內(nèi)向外按照逐漸遠(yuǎn)離內(nèi)部蠟?zāi)５捻樞蚓幪?hào)的)使用下列兩種方案之一獲得的硅酸乙酯料漿
方案1:使用粒度要求1000#-230#的電熔剛玉微細(xì)粉，將粉末加入硅酸乙酯中；攪拌后獲得混合物的粘度按流杯粘度計(jì)0 4，流凈時(shí)間為57飛2秒；
方案2 :使用粒度要求200#-325#的ZrSO4粉末，將粉末加入硅酸乙酯中；攪拌后獲得混合物的粘度按流杯粘度計(jì)0 4，流凈時(shí)間為65 70秒；
2)型殼的第I層之外的其余各層的硅酸乙酯料漿滿足下述要求
使用粒度要求1000#-230#的電熔剛玉微細(xì)粉，將粉末加入硅酸乙酯中；另外按重量還要求添加3%-10%的鋁粉，鋁粉的含量是相對(duì)于三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉總重量而言的；攪拌后獲得混合物的粘度按流杯粘度計(jì)04，流凈時(shí)間為3(T35秒；
3)單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法依次滿足下述要求
①將第一層漿料均勻涂掛在蠟?zāi)Ｉ?，厚度?.2-5mm ；
②使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為100-120#，轉(zhuǎn)動(dòng)模組，使砂子均勻覆蓋在料漿表
面；
③第一層漿料在空氣中干燥空氣濕度>60%,干燥1-5小時(shí)；
④然后在掛砂后的模組上涂掛加固層料漿，加固層共有51層；其中加固層的第I層料漿(實(shí)際上是所有料漿層從內(nèi)向外數(shù)的第2層)厚度為0. 5-5mm,使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為6(T80#，然后在濕度彡60%的空氣中干燥0. 5-3小時(shí)，再然后在氨箱中干燥0. 5-3小時(shí)；
然后在掛砂后的加固層第一層的砂層上涂覆第二層加固層料漿，厚度為0. 5-5mm,使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為36 46#，第二層在濕度> 60%的空氣中干燥0. 5-3小時(shí)，然后在氨箱中干燥0. 5-3小時(shí)；
加固層的第3-8層均按加固層第二層方法進(jìn)行制備；
⑤最后在加固層的最外層上涂覆粘度為5(T60s的料衆(zhòng),厚度為0.2-8mm,風(fēng)干；
⑥使用硅酸乙酯水解液浸泡10-30min,取出自干10-48小時(shí)后進(jìn)行脫蠟；
⑦焙燒型殼，焙燒要求500-1100°C，3-15小時(shí)，隨爐冷卻。所述單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法，優(yōu)選滿足下述要求
1)對(duì)于型殼的第I層使用下列兩種方案獲得的硅酸乙酯料漿
方案1:使用滿足三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉，在所有電熔剛玉微細(xì)粉中三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉按重量百分比分別為=1000# =20^30%, 320# =30^50%, 230# 30 50% ;合計(jì) 100% ；
按下列順序?qū)⒎勰┘尤牍杷嵋阴ブ惺紫燃尤肓６纫鬄?000#的電熔剛玉微細(xì)粉，然后加入粒度要求為320#的電熔剛玉微細(xì)粉，最后加入粒度要求為230#的電熔剛玉微細(xì)粉；粘度按流杯粘度計(jì)04，流凈時(shí)間為57 62秒；
方案2 :復(fù)合使用兩種粒度要求不`同的鋯粉加入硅酸乙酯中獲得硅酸乙酯料漿；其中粒度要求為200#的ZrSO4粉末占ZrSO4粉末總重量的40_60%，粒度要求為325#的ZrSO4粉末用量為余量；粘度按流杯粘度計(jì)04，流凈時(shí)間為65 70秒；
2)型殼的第I層之外的其余各層的硅酸乙酯料漿滿足下述要求
使用滿足三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉，在所有電熔剛玉微細(xì)粉中三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉按重量百分比分別為=1000# =20^30%, 320# =30^50%, 230# :20 40% ;合計(jì)100% ;另外按重量還要求添加7. 0%的鋁粉，(鋁粉的含量7. 0%是相對(duì)于三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉總重量而言的);
按下列順序?qū)⒎勰┘尤牍杷嵋阴ブ惺紫燃尤肓６纫鬄?000#的電熔剛玉微細(xì)粉，然后加入粒度要求為320#的電熔剛玉微細(xì)粉，最后加入粒度要求為230#的電熔剛玉微細(xì)粉；粘度按流杯粘度計(jì)04，流凈時(shí)間為3(T35秒；
所述單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法優(yōu)選依次滿足下述要求
①將第一層漿料均勻涂掛在蠟?zāi)Ｉ?，厚度?.5-2mm ；
②使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為100-120#，轉(zhuǎn)動(dòng)模組，使砂子均勻覆蓋在料漿表
面；
③第一層漿料在空氣中干燥空氣濕度>60%,干燥2-3小時(shí)；
④然后在掛砂后的模組上涂掛加固層料漿，加固層共有51層；其中加固層的第一層料漿(實(shí)際上是所有料漿層從內(nèi)向外數(shù)的第2層)厚度為l-2mm，使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為60、0#，然后在濕度> 60%的空氣中干燥I小時(shí)，再然后在氨箱中干燥I小時(shí)；
然后在掛砂后的加固層第一層的砂層上涂覆第二層加固層料漿，厚度為l_2mm，使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為36 46#，第二層在濕度> 60%的空氣中干燥I小時(shí)，然后在氨箱中干燥I小時(shí)；加固層的第3-8層均按加固層第二層方法進(jìn)行制備；
⑤最后在加固層的最外層上涂覆粘度為5(T60s的料衆(zhòng),厚度為0.5-1. 5mm,風(fēng)干；
⑥使用硅酸乙酯水解液浸泡10-30min,取出自干24h后進(jìn)行脫蠟；
⑦使用箱式電阻爐焙燒型殼，焙燒要求首先為500°C X3h，然后是(iooo"noo°c) xioh ;隨爐冷卻。本發(fā)明涉及一種新型單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的材料組成及制備方法。使用本發(fā)明的方法，通過(guò)調(diào)整面層粉料成分、控制面層漿料黏度并結(jié)合撒砂工藝，按照規(guī)定的焙燒工藝，可以獲得厚度適中、抗熱振性好、透氣性好的性能優(yōu)良的陶瓷型殼。所述陶瓷型殼適用于高溫度梯度定向設(shè)備制造單晶葉片及大型定向凝固葉片。本發(fā)明保證了型殼的高溫強(qiáng)度、高溫?fù)隙龋灾刈冃蝺H為0.05%，型殼的尺寸穩(wěn)定性好，潰散性好，可以保證高溫度梯度定向爐制造單晶或定向葉片使用陶瓷型殼的合格率。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法使用硅酸乙酯料漿制作具有層狀結(jié)構(gòu)層數(shù)至少為5層的型殼；
1)對(duì)于型殼的第I層(面層)使用下列兩種方案獲得的硅酸乙酯料漿
方案1:使用滿足三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉，在所有電熔剛玉微細(xì)粉中三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉按重量百分比分別為=1000# =20^30%, 320# =30^50%, 230# 30 50% ;合計(jì) 100% ； 按下列順序?qū)⒎勰┘尤牍杷嵋阴ブ惺紫燃尤肓６纫鬄?000#的電熔剛玉微細(xì)粉，然后加入粒度要求為320#的電熔剛玉微細(xì)粉，最后加入粒度要求為230#的電熔剛玉微細(xì)粉；粘度按流杯粘度計(jì)0 4，流凈時(shí)間為57 62秒；
方案2 :復(fù)合使用兩種粒度要求不同的鋯粉加入硅酸乙酯中獲得硅酸乙酯料漿；其中粒度要求為200#的ZrSO4粉末占ZrSO4粉末總重量的40_60%，粒度要求為325#的ZrSO4粉末用量為余量；粘度按流杯粘度計(jì)04，流凈時(shí)間為65 70秒；
2)型殼的第2層之外的其余各層的硅酸乙酯料漿滿足下述要求
使用滿足三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉，在所有電熔剛玉微細(xì)粉中三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉按重量百分比分別為=1000# =20^30%, 320# =30^50%, 230# :20 40% ;合計(jì)100% ;另外按重量還要求添加7. 0%(7. 0%是相對(duì)于三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉總重量而言的)的鋁粉；
按下列順序?qū)⒎勰┘尤牍杷嵋阴ブ惺紫燃尤肓６纫鬄?000#的電熔剛玉微細(xì)粉，然后加入粒度要求為320#的電熔剛玉微細(xì)粉，最后加入粒度要求為230#的電熔剛玉微細(xì)粉；粘度按流杯粘度計(jì)04，流凈時(shí)間為3(T35秒；
3)單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法依次滿足下述要求
①將第一層漿料均勻涂掛在蠟?zāi)Ｉ?，厚度?.5-2mm ；
②使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為100-120#，轉(zhuǎn)動(dòng)模組，使砂子均勻覆蓋在料漿表
面；③第一層漿料在空氣中干燥空氣濕度>60%,干燥2-3小時(shí)；
④然后在掛砂后的模組上涂掛加固層料漿，加固層共有51層；其中加固層的第一層料漿(實(shí)際上是所有料漿層從內(nèi)向外數(shù)的第二層)厚度為l_2mm，使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為6(T80#，然后在濕度> 60%的空氣中干燥I小時(shí)，再然后在氨箱中干燥I小時(shí)；
然后在掛砂后的加固層第一層的砂層上涂覆第二層加固層料漿，厚度為l_2mm，使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為36 46#，第二層在濕度>0%的空氣中干燥I小時(shí)，然后在氨箱中干燥I小時(shí)；
加固層的第3-8層均按加固層第二層方法進(jìn)行制備；
⑤最后在加固層的最外層上涂覆粘度為5(T60s的料衆(zhòng),厚度為0.5-1. 5mm,風(fēng)干；
⑥使用硅酸乙酯水解液浸泡10-30min,取出自干24h后進(jìn)行脫蠟；
⑦使用箱式電阻爐焙燒型殼，焙燒制度500°CX3h+1000^1100°C X IOh,隨爐冷卻。實(shí)施例2單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法首先按照方案2制備陶瓷型殼用粘接劑和所需粉料；
1)對(duì)于型殼的第一層使用下述方案獲得的硅酸乙酯料漿
使用滿足三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉，在所有電熔剛玉微細(xì)粉中三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉按重量百分比分別為1000# 20%, 320# 50%, 230# 30% ;合計(jì)100% ；
按下列順序?qū)⒎勰┘尤牍杷嵋阴ブ惺紫燃尤肓６纫鬄?000#的電熔剛玉微細(xì)粉，然后加入粒度要求為320#的電熔剛玉微細(xì)粉，最后加入粒度要求為230#的電熔剛玉微細(xì)粉；粘度按流杯粘度計(jì)0 4，流凈時(shí)間為58秒；
2)然后利用攪拌機(jī)攪拌，邊攪拌邊調(diào)整料漿濃度，攪拌2-3小時(shí)以后備用。將準(zhǔn)備好的蠟?zāi)＝?jīng)除油后，按照表I工藝進(jìn)行制殼。將涂好的模組經(jīng)脫蠟后進(jìn)行焙燒，其工藝為5000C X3h+1050°C XlOh,隨爐冷卻。表I型殼涂制工藝表之一
權(quán)利要求
1.一種單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法，其特征在于使用硅酸乙酯料漿制作具有層狀結(jié)構(gòu)層數(shù)至少為5層的型殼； 1)對(duì)于型殼的第I層及內(nèi)層使用下列兩種方案之一獲得的硅酸乙酯料漿 方案1:使用粒度要求1000#-230#的電熔剛玉微細(xì)粉，將粉末加入硅酸乙酯中；攪拌后獲得混合物的粘度按流杯粘度計(jì)Φ4，流凈時(shí)間為57-62秒； 方案2 :使用粒度要求200#-325#的ZrSO4粉末，將粉末加入硅酸乙酯中；攪拌后獲得混合物的粘度按流杯粘度計(jì)Φ4，流凈時(shí)間為65-70秒； 2)型殼的第I層之外的其余各層的硅酸乙酯料漿滿足下述要求 使用粒度要求1000#-230#的電熔剛玉微細(xì)粉，將粉末加入硅酸乙酯中；另外按重量還要求添加3%-10%的鋁粉，鋁粉的含量是相對(duì)于三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉總重量而言的；攪拌后獲得混合物的粘度按流杯粘度計(jì)Φ4，流凈時(shí)間為30-35秒； 3)單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法依次滿足下述要求 ①將第一層漿料均勻涂掛在蠟?zāi)Ｉ?，厚度為O.2-5mm ； ②使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為100-120#，轉(zhuǎn)動(dòng)模組，使砂子均勻覆蓋在料漿表面； ③第一層漿料在空氣中干燥空氣濕度>60%,干燥1-5小時(shí)； ④然后在掛砂后的模組上涂掛加固層料漿，加固層共有5-8層；其中加固層的第I層料漿厚度為O. 5-5_，使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為60-80#，然后在濕度>60%的空氣中干燥O. 5-3小時(shí)，再然后在氨箱中干燥O. 5-3小時(shí)； 然后在掛砂后的加固層第一層的砂層上涂覆第二層加固層料漿，厚度為O. 5-5mm,使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為36-46#，第二層在濕度> 60%的空氣中干燥O. 5-3小時(shí)，然后在氨箱中干燥O. 5-3小時(shí)； 加固層的第3-8層均按加固層第二層方法進(jìn)行制備； ⑤最后在加固層的最外層上涂覆粘度為50-60s的料衆(zhòng),厚度為O.2-8mm,風(fēng)干； ⑥使用硅酸乙酯水解液浸泡10-30min,取出自干10-48小時(shí)后進(jìn)行脫蠟； ⑦焙燒型殼，焙燒要求500-1100°C，3-15小時(shí)，隨爐冷卻。
2.按照權(quán)利要求1所述單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法，其特征在于所述單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法滿足下述要求 1)對(duì)于型殼的第一層使用下列兩種方案獲得的硅酸乙酯料漿 方案1:使用滿足三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉，在所有電熔剛玉微細(xì)粉中三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉按重量百分比分別為=1000# =20-30%, 320# =30-50%, 230# 30-50% ;合計(jì) 100% ； 按下列順序?qū)⒎勰┘尤牍杷嵋阴ブ惺紫燃尤肓６纫鬄?000#的電熔剛玉微細(xì)粉，然后加入粒度要求為320#的電熔剛玉微細(xì)粉，最后加入粒度要求為230#的電熔剛玉微細(xì)粉；粘度按流杯粘度計(jì)Φ4，流凈時(shí)間為57-62秒； 方案2 :復(fù)合使用兩種粒度要求不同的鋯粉加入硅酸乙酯中獲得硅酸乙酯料漿；其中粒度要求為200#的ZrSO4粉末占ZrSO4粉末總重量的40_60%，粒度要求為325#的ZrSO4粉末用量為余量；粘度按流杯粘度計(jì)Φ4，流凈時(shí)間為65-70秒； 2)型殼的第二層或/和除第一、二層之外的其余各層的硅酸乙酯料漿滿足下述要求使用滿足三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉，在所有電熔剛玉微細(xì)粉中三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉按重量百分比分別為1000# :20-30%, 320# =30-50%, 230# 20-40% ;合計(jì)100% ;另外按重量還要求添加7. 0%的鋁粉，鋁粉的含量是相對(duì)于三種粒度要求的電熔剛玉微細(xì)粉總重量而言的； 按下列順序?qū)⒎勰┘尤牍杷嵋阴ブ惺紫燃尤肓６纫鬄?000#的電熔剛玉微細(xì)粉，然后加入粒度要求為320#的電熔剛玉微細(xì)粉，最后加入粒度要求為230#的電熔剛玉微細(xì)粉；粘度按流杯粘度計(jì)Φ4，流凈時(shí)間為30-35秒；
3、按照權(quán)利要求1或2所述單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法，其特征在于所述單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法依次滿足下述要求 ①將第一層漿料均勻涂掛在蠟?zāi)Ｉ?，厚度為O.5-2mm ； ②使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為100-120#，轉(zhuǎn)動(dòng)模組，使砂子均勻覆蓋在料漿表面； ③第一層漿料在空氣中干燥空氣濕度>60%,干燥2-3小時(shí)； ④然后在掛砂后的模組上涂掛加固層料漿，加固層共有5-8層；其中加固層的第I層料漿厚度為1_2_，使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為60-80#，然后在濕度> 60%的空氣中干燥I小時(shí)，再然后在氨箱中干燥I小時(shí)； 然后在掛砂后的加固層第一層的砂層上涂覆第二層加固層料漿，厚度為l_2mm，使用淋砂設(shè)備掛砂，砂子粒度為36-46#，第二層在濕度> 60%的空氣中干燥I小時(shí)，然后在氨箱中干燥I小時(shí)； 加固層的第3-8層均按加固層第二層方法進(jìn)行制備； ⑤最后在加固層的最外層上涂覆粘度為50-60s的料衆(zhòng),厚度為O.5-1. 5mm,風(fēng)干； ⑥使用硅酸乙酯水解液浸泡10-30min,取出自干24h后進(jìn)行脫蠟； ⑦使用箱式電阻爐焙燒型殼，焙燒要求首先為500°C X3h，然后是(1000-1100oC) XlOh ;隨爐冷卻。
全文摘要
一種單晶葉片用氧化鋁陶瓷型殼的制備方法，使用硅酸乙酯料漿制作具有層狀結(jié)構(gòu)層數(shù)至少為5層的型殼；1)型殼的第1層使用下列兩種方案之一獲得的硅酸乙酯料漿方案1將粒度1000-230#的電熔剛玉微細(xì)粉加入硅酸乙酯中；粘度按流杯粘度計(jì)Φ4,流凈時(shí)間為57~62秒；方案2將粒度要求200-325#的ZrSO4粉末加入硅酸乙酯中；粘度按流杯粘度計(jì)Φ4,流凈時(shí)間為65~70秒；2)型殼的第1層之外的其余各層的硅酸乙酯料漿滿足上述方案一的配方和配置順序要求，攪拌后獲得混合物的粘度按流杯粘度計(jì)Φ4,流凈時(shí)間為30~35秒；依次在蠟?zāi)Ｉ贤克{料后，焙燒型殼500-1100℃，3-15小時(shí)，隨爐冷卻。本發(fā)明所述方法可以獲得厚度適中、抗熱振性好、透氣性好的性能優(yōu)良的陶瓷型殼。
文檔編號(hào)C04B35/622GK103044013SQ20111030965
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者張澤海, 杜洪強(qiáng), 孫革, 黃靜, 史鳳嶺 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司