專利名稱：氧化鋁陶瓷型芯的制作方法以及脫芯方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋁陶瓷型芯的制作方法，還涉及這種氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法。
技術(shù)背景氧化鋁陶瓷型芯用于形成澆鑄溫度高、凝固時間長的金屬鑄件的復雜內(nèi)腔，特別適用于 定向凝固和單晶生長條件下高溫合金渦輪葉片的生產(chǎn)。高溫合金空心葉片生產(chǎn)對用于形成內(nèi)腔的陶瓷型芯有著既苛刻又相互矛盾的要求 一是 要求有良好的高溫抗蠕變性能；二是要求能溶于酸或堿而便于脫芯。公知的氧化鋁陶瓷型芯由(3-八1203和玻璃相添加劑促進燒結(jié)，雖然具有優(yōu)異的高溫抗蠕變性能，但燒結(jié)溫度高于150(TC,而且脫芯困難，且存在較大的燒結(jié)收縮，導致氧化鋁陶瓷型 芯燒結(jié)成品率低，而且形狀越復雜，燒結(jié)成品率越低。上述氧化鋁陶瓷型芯采用高溫玻璃相燒結(jié)，很難解決高溫抗蠕變性能與燒結(jié)溫度的矛盾。 玻璃相添加劑越多，燒結(jié)溫度越低，但高溫抗蠕變性能越差。上述氧化鋁陶瓷型芯燒結(jié)后總是出現(xiàn)一定的燒結(jié)收縮，這種收縮由于埋燒受阻導致陶芯 開裂。針對上述氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法是，通過玻璃相直接在熔融堿中的溶解脫芯，高溫 玻璃相燒結(jié)使傳統(tǒng)的氧化鋁陶芯燒結(jié)后的開口孔隙率很小，熔融堿不能進入陶芯的內(nèi)部，脫 芯過程是陶芯表面的溶蝕，因而脫芯時間長，脫芯時間為25 30h。 發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)氧化鋁陶瓷型芯燒結(jié)溫度高、脫芯時間長的不足，本發(fā)明提供一種氧 化鋁陶瓷型芯的制作方法，采用固相反應燒結(jié)，燒結(jié)溫度低，而且高溫抗蠕變性能好。本發(fā)明還提供上述氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法，采用沸水處理，以及反復堿煮一溶解一 堿煮的方法，加速熔融堿向陶芯內(nèi)部滲透、反應與溶解過程，可以明顯提高脫芯速度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所釆用的技術(shù)方案 一種氧化鋁陶瓷型芯的制作方法，其點是包 括下述步驟(a) 將重量百分比為70 85%的剛玉粉與重量百分比為15 30%活性氧化鋁以及重量百 分比為1 5%石墨粉，進行球磨混合10 30小時，球料比為1:2;(b) 將增塑劑加熱至60 7(TC，逐步加入到歩驟(a)的球混料中，繼續(xù)攪拌混合2 3 小時，制成氧化鋁陶瓷型芯增塑料；(c) 用熱壓注的方法將步驟(b)的增塑料壓制成陶瓷型芯，熱壓注溫度為50 6(TC;(d) 用氧化鋁粉將陶瓷型芯填埋于匣缽中，然后進行預燒；預燒工藝為4 6小時內(nèi)由 室溫升至500'C，在50(TC保溫3 5小時，后在2 3小時內(nèi)繼續(xù)加熱至115(rC,在115(rC保溫1 2小時，然后隨爐冷卻；(e) 將預燒后的陶瓷型芯從氧化鋁粉中取出進行終燒，終燒溫度為1350 150(TC，保溫 時間為2 3小時。一種上述氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法，其特點是包括下述步驟-(a) 將氫氧化鉀加熱至400 450'C形成熔融堿液；(b) 將帶有氧化鋁陶瓷型芯的鑄件加熱至100 15(TC，然后置于熔融堿液中浸泡6 10 小時，使熔融堿與陶芯中的活性氧化鋁充分反應；(c) 抽取真空至-0.09MPa后充填惰性氣氛至0.3MPa,重復4 6個循環(huán)，將帶有氧化鋁 陶瓷型芯的鑄件從氫氧化鉀堿液中取出，迅速置于沸水中4 6小時，使反應產(chǎn)物在水中充 分溶解；(d) 重復步驟(b)、 (c)，直到氧化鋁陶瓷型芯完全潰散脫除。 本發(fā)明的有益效果是由于采用固相反應燒結(jié)，預燒與終燒兩步燒結(jié)的方法，燒結(jié)溫度由現(xiàn)有技術(shù)的高于1500'C下降為1350 1500'C，而且高溫抗蠕變性能好；陶瓷型芯成型過程 中采用揮發(fā)性孔隙形成劑，控制氧化鋁陶芯燒結(jié)完成后的孔隙率；也正是由于陶瓷型芯成型 過程中采用揮發(fā)性孔隙形成劑，使得陶瓷型芯具有較高的孔隙率，脫芯時熔融堿能進入陶瓷 型芯的內(nèi)部，使陶瓷型芯整體潰散。本發(fā)明采用沸水處理，以及反復堿煮一溶解一堿煮的方 法，加速了熔融堿向陶芯內(nèi)部滲透、反應與溶解過程，脫芯速度由現(xiàn)有技術(shù)的25 30小時降 為10 16小時，提高了脫芯速度。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明。


圖1是本發(fā)明氧化鋁陶瓷型芯的制作方法流程圖。 圖2是本發(fā)明氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法流程圖。 圖3是本發(fā)明氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法中脫芯機理示意圖。圖中，l一剛玉粉顆粒、2—活性氧化鋁顆粒、3—熔融堿液、4一熔融堿與活性氧化鋁的 反應產(chǎn)物、5 —沸水。
具體實施方式
本發(fā)明氧化鋁陶瓷型芯的制作方法參照圖1。實施例l:將180目的剛玉粉75g、 250目的剛玉粉265g和325目的剛玉粉290g與150g的活性 氧化鋁以及30g石墨粉，進行球磨混合10小時，球料比為1:2。將由8g聚乙烯、22g蜂蠟以及160g石蠟組成的增塑劑加熱至60。C，逐步加入到上述的球混料中，繼續(xù)攪拌混合2小時，制成氧化鋁陶瓷型芯增塑料。用熱壓注的方法將上述增塑料按照要成型的葉片壓制成陶瓷型芯，熱壓注溫度為50'C。 用氧化鋁粉將上述陶瓷型芯填埋于匣缽中，然后進行預燒；預燒工藝為4小時內(nèi)由室溫升至500'C，在50(TC保溫3小時，后在2小時內(nèi)繼續(xù)加熱至115(TC，在1150'C保溫1小時，然后隨爐冷卻。將預燒后的陶瓷型芯從氧化鋁粉中取出進行終燒，終燒溫度為1350°C,保溫時間為3 小時。實施例2:將180目的剛玉粉63g、 250目的剛玉粉220g和325目的剛玉粉275g與200g的活性 氧化鋁以及50g石墨粉，進行球磨混合20小時，球料比為1:2。將由10g聚乙烯、20g蜂蠟以及170g石蠟組成的增塑劑加熱至65'C，逐步加入到上述的球 混料中，繼續(xù)攪拌混合2.5小時，制成氧化鋁陶瓷型芯增塑料。用熱壓注的方法將上述增塑料按照要成型的葉片壓制成陶瓷型芯，熱壓注溫度為55'C。用氧化鋁粉將上述陶瓷型芯填埋于匣缽中，然后進行預燒；預燒工藝為5小時內(nèi)由室溫 升至55(TC，在550'C保溫4小時，后在2.5小時內(nèi)繼續(xù)加熱至1200'C，在1200'C保溫1.5小時， 然后隨爐冷卻。
將預燒后的陶瓷型芯從氧化鋁粉中取出進行終燒，終燒溫度為141CTC，保溫時間為 2.5小時。實施例3:將180目的剛玉粉51g、 250目的剛玉粉255g和325目的剛玉粉204g與300g的活性 氧化鋁以及10g石墨粉，進行球磨混合30小時，球料比為1:2。將由6g聚乙烯、27g蜂蠟以及147g石蠟組成的增塑劑加熱至7(TC，逐步加入到上述的球混 料中，繼續(xù)攪拌混合3小時，制成氧化鋁陶瓷型芯增塑料。用熱壓注的方法將上述增塑料按照要成型的葉片壓制成陶瓷型芯，熱壓注溫度為6(TC。用氧化鋁粉將上述陶瓷型芯填埋于匣缽中，然后進行預燒；預燒工藝為6小時內(nèi)由室溫 升至600。C，在600。C保溫5小時，后在3小時內(nèi)繼續(xù)加熱至1100。C，在1100'C保溫2時，然后隨 爐冷卻。將預燒后的陶瓷型芯從氧化鋁粉中取出進行終燒，終燒溫度為150(TC，保溫時間為2 小時。本發(fā)明氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法參照圖2、圖3。 實施例4:將氫氧化鉀加熱至40(TC形成熔融堿液3。將帶有氧化鋁陶瓷型芯的鑄件加熱至150'C，然后置于熔融堿液3中浸泡10小時，使熔融堿液3與陶芯中的活性氧化鋁顆粒2充分反應。抽取真空至-0.09MPa后充填惰性氣氛至0.3MPa，重復4 6個循環(huán)，將帶有氧化鋁陶瓷 型芯的鑄件從熔融堿液3中取出，迅速置于沸水5中4小時，使熔融堿與活性氧化鋁的反應產(chǎn) 物4在沸水5中充分溶解。重復上述步驟，直到氧化鋁陶瓷型芯上活性氧化鋁顆粒2 M離剛玉粉顆粒1，達到完全 潰散脫除。實施例5:將氫氧化鉀加熱至43(TC形成熔融堿液3。將帶有氧化鋁陶瓷型芯的鑄件加熱至13(TC，然后置于熔融堿液3中浸泡8小時，使熔融堿 液3與陶芯中的活性氧化鋁顆粒2充分反應。抽取真空至-0.09MPa后充填惰性氣氛至0.3MPa，重復4 6個循環(huán)，將帶有氧化鋁陶瓷 型芯的鑄件從熔融堿液3中取出，迅速置于沸水5中5小時，使熔融堿與活性氧化鋁的反應產(chǎn) 物4在沸水5中充分溶解。重復上述步驟，直到氧化鋁陶瓷型芯上活性氧化鋁顆粒2脫離剛玉粉顆粒1,達到完全 潰散脫除。實施例6:將氫氧化鉀加熱至450'C形成熔融堿液3。將帶有氧化鋁陶瓷型芯的鑄件加熱至10(TC，然后置于熔融堿液3中浸泡6小時，使熔融堿 液3與陶芯中的活性氧化鋁顆粒2充分反應。抽取真空至-0.09MPa后充填惰性氣氛至0.3MPa，重復4 6個循環(huán)，將帶有氧化鋁陶瓷 型芯的鑄件從熔融堿液3中取出，迅速置于沸水5中6小時，使熔融堿與活性氧化鋁的反應產(chǎn) 物4在沸水5中充分溶解。重復上述步驟，直到氧化鋁陶瓷型芯上活性氧化鋁顆粒2脫離剛玉粉顆粒1，達到完全 潰散脫除。
權(quán)利要求
1、一種氧化鋁陶瓷型芯的制作方法，其特征在于包括下述步驟(a)將重量百分比為45～66％的剛玉粉與重量百分比為15～30％活性氧化鋁以及重量百分比為1～5％石墨粉，進行球磨混合10～30小時，球料比為1∶2；(b)將18～20％增塑劑加熱至60～70℃，逐步加入到步驟(a)的球混料中，繼續(xù)攪拌混合2～3小時，制成氧化鋁陶瓷型芯增塑料；(c)用熱壓注的方法將步驟(b)的增塑料壓制成陶瓷型芯，熱壓注溫度為50～60℃；(d)用氧化鋁粉將陶瓷型芯填埋于匣缽中，然后進行預燒；預燒工藝為4～6小時內(nèi)由室溫升至500～600℃，在500～600℃保溫3～5小時，后在2～3小時內(nèi)繼續(xù)加熱至1100～1200℃，在1100～1200℃保溫1～2小時，然后隨爐冷卻；(e)將預燒后的陶瓷型芯從氧化鋁粉中取出進行終燒，終燒溫度為1350～1500℃，保溫時間為2～3小時。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氧化鋁陶瓷型芯的制作方法，其特征在于所述的剛玉粉，其 級配組成包括180目的10 15%、 250目的40 50%和325目的35 50%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氧化鋁陶瓷型芯的制作方法，其特征在于所述的增塑劑，其 成分包括重量百分比為1 3%的聚乙烯、重量百分比為5 10%的蜂蠟以及重量百分比為87 94%的石蠟。
4、 一種權(quán)利要求l所述氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法，其特征在于包括下述步驟(a) 將氫氧化鉀加熱至400 45(TC形成熔融堿液；(b) 將帶有氧化鋁陶瓷型芯的鑄件加熱至100 15(TC，然后置于熔融堿液中浸泡6 10 小時，使熔融堿與陶芯中的活性氧化鋁充分反應；(c) 抽取真空至-0.09MPa后充填惰性氣氛至0.3MPa,重復4 6個循環(huán)，將帶有氧化鋁 陶瓷型芯的鑄件從氫氧化鉀堿液中取出，迅速置于沸水中4 6小時，使反應產(chǎn)物在水中充 分溶解；(d) 重復歩驟(b)、 (c)，直到氧化鋁陶瓷型芯完全潰散脫除。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧化鋁陶瓷型芯的制作方法，采用固相反應燒結(jié)，預燒與終燒兩步燒結(jié)的方法，燒結(jié)溫度由現(xiàn)有技術(shù)的高于1500℃下降為1350～1500℃，而且高溫抗蠕變性能好。本發(fā)明還公開了一種上述氧化鋁陶瓷型芯的脫芯方法，由于在氧化鋁陶瓷型芯制作過程中采用了揮發(fā)性孔隙形成劑，使得成型后的氧化鋁陶瓷型芯具有較高的孔隙率，脫芯時熔融堿能進入氧化鋁陶瓷型芯的內(nèi)部，使氧化鋁陶瓷型芯整體潰散。本方法采用沸水處理，以及反復堿煮—溶解—堿煮的方法，加速了熔融堿向陶芯內(nèi)部滲透、反應與溶解過程，脫芯速度由現(xiàn)有技術(shù)的25～30小時降為10～16小時，提高了脫芯速度。
文檔編號B22C9/10GK101229975SQ20081001722
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者多貴英, 張立同, 徐永東, 成來飛 申請人:西北工業(yè)大學