用于修復(fù)陶瓷型芯的方法
【專利說(shuō)明】 用于修復(fù)陶瓷型芯的方法技術(shù)背景
[0001]本發(fā)明總地涉及澆鑄方法和材料。更具體地講，本發(fā)明涉及型芯(cores)和用于修復(fù)形成的具有缺陷(例如裂痕)的型芯。
[0002]可通過(guò)多種澆鑄技術(shù)將金屬合金材料鑄型為組件，顯著的實(shí)例為熔模鑄造(失蠟)法。熔模鑄造一般要求將期望的組件的蠟或塑料模型或圖案浸入包含粘合劑和耐火顆粒材料的漿料中，以在圖案上形成漿料層。用于粘合劑的常規(guī)材料為含二氧化硅的材料，例如膠態(tài)二氧化硅。一般將耐火顆粒材料的粉刷涂料施用于漿料層的表面，在這之后干燥漿料/粉刷涂料?？啥啻沃貜?fù)前述步驟，以形成圍繞蠟圖案的具有合適厚度的殼模。隨后可例如通過(guò)加熱將蠟圖案從殼模中消除，在這之后燒制模，以燒結(jié)耐火顆粒材料并獲得合適的強(qiáng)度。
[0003]為了生產(chǎn)空心組件，例如具有錯(cuò)綜復(fù)雜的空氣冷卻通道的渦輪葉片和葉輪，必須將一個(gè)或多個(gè)型芯置于殼模內(nèi)，以限定冷卻通道和任何其它所需的內(nèi)部特點(diǎn)。一般使用在沖模或鑄模中進(jìn)行注塑或轉(zhuǎn)移模塑的增塑陶瓷混合物來(lái)制造型芯，并隨后通過(guò)燒制或烘烤使其硬化。典型的陶瓷組合物含有二氧化硅和/或氧化鋁。例如，McNutty等人在美國(guó)專利7，287，573和7，732，526，中公開了由包含陶瓷粉末的漿料形成的陶瓷型芯，所述陶瓷粉包含例如:氧化鋁、熔融氧化鋁、熔融二氧化硅、氧化鎂、氧化鋯、尖晶石、莫來(lái)石、玻璃釉料、碳化鎢、碳化硅、氮化硼、氮化硅和它們的混合物等材料，所述材料懸浮在包含具有烯基和氫官能團(tuán)的硅酮單體和/或低聚物的硅酮流體中。將金屬催化劑加入懸浮液，以使硅酮單體和/或低聚物交聯(lián)，以在基于硅酮的聚合物基質(zhì)中產(chǎn)生剛硬的陶瓷顆粒型芯。McNutty公開了燒制型芯，以基本上分解基質(zhì)，從而產(chǎn)生二氧化硅炭。
[0004]隨后將一個(gè)或多個(gè)燒制型芯置于圖案沖模腔中，在腔中引入了蠟、塑性或其它合適的低熔材料，以形成蠟圖案。隨后可使用具有內(nèi)部型芯的圖案形成上述殼模。一旦殼模完成且選擇性地除去圖案以保留殼模和型芯，可將殼模充滿熔融金屬，隨后使所述熔融金屬固化，以形成期望的組件。隨后除去模和型芯，以保留具有一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部通道的澆鑄組件，所述內(nèi)部通道為原先型芯所在之處。
[0005]當(dāng)如上述形成型芯時(shí)，在型芯材料內(nèi)可出現(xiàn)例如裂痕和空隙的缺陷。具有缺陷的型芯通常不能用于組件澆鑄工藝，因?yàn)樾托驹跐茶T期間可能會(huì)斷裂，導(dǎo)致鑄件缺陷。由于修復(fù)型芯結(jié)構(gòu)完整性的難度(空心型芯更是如此)，一般有缺陷的型芯將被丟棄而不是修復(fù)。現(xiàn)有技術(shù)中意圖修復(fù)型芯的實(shí)例報(bào)告于Ferguson等人的美國(guó)專利4，804, 562中，其中通過(guò)以下修復(fù)型芯:(a)軟化型芯中的熱塑性粘合劑；(b)在粘合劑軟化的同時(shí)，向缺陷施用疏松的陶瓷顆粒，所述顆粒具有與型芯整體組成類似的組成；(c)使粘合劑再硬化；和(d)加熱型芯，以使粘合劑揮發(fā)并使陶瓷顆粒彼此燒結(jié)。
[0006]由上可理解，希望得到可用于修復(fù)有缺陷的型芯的方法，以產(chǎn)生具有適于澆鑄工藝的結(jié)構(gòu)完整的型芯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供適于修復(fù)具有例如一個(gè)或多個(gè)裂痕和/或空隙的缺陷的陶瓷型芯的方法，以使得型芯呈現(xiàn)出適用于澆鑄工藝的充分的結(jié)構(gòu)完整性。
[0008]本發(fā)明的第一方面提供用于修復(fù)適用于澆鑄工藝的陶瓷型芯中的缺陷的方法。陶瓷型芯由包含至少一種懸浮在液體載體中的耐火粉末材料的漿料形成。所述方法包括形成修復(fù)混合物，所述混合物包含液體稀釋劑和所述漿料的至少一種懸浮在液體載體中的耐火粉末材料。將修復(fù)混合物施用于包括至少一個(gè)缺陷的陶瓷型芯區(qū)域，并隨后燒制陶瓷型芯，以燒去修復(fù)混合物中的液體載體并形成封閉缺陷的陶瓷組合物。
[0009]本發(fā)明的第二方面提供用于修復(fù)適用于澆鑄工藝的含二氧化硅的陶瓷型芯中的缺陷的方法。所述含二氧化娃的陶瓷型芯由包含至少一種耐火粉末和娃氧燒粘合劑的楽料形成。所述方法包括形成修復(fù)混合物，所述修復(fù)混合物包含硅氧烷稀釋劑以及所述漿料的至少一種耐火粉末材料和硅氧烷粘合劑。將所述修復(fù)混合物施用于包括至少一個(gè)缺陷的含二氧化硅的陶瓷型芯區(qū)域，并隨后燒制含二氧化硅的陶瓷型芯，以燒去所述修復(fù)混合物中的硅氧烷粘合劑和硅氧烷稀釋劑，并形成填充缺陷的含二氧化硅的陶瓷組合物。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)效果為可修復(fù)有缺陷的陶瓷型芯，否則所述有缺陷的陶瓷型芯將不適用于澆鑄工藝。特別地，相信通過(guò)使用在組成上與用于形成陶瓷型芯的漿料類似的修復(fù)混合物修復(fù)有缺陷的陶瓷型芯，經(jīng)修復(fù)的型芯具有充分的結(jié)構(gòu)完整性，以經(jīng)受澆鑄過(guò)程。此夕卜，相信使用粘合劑/稀釋劑稀釋所述修復(fù)混合物可促進(jìn)使所述修復(fù)混合物粘附于陶瓷型芯。
[0011]通過(guò)以下詳述將能更好地理解本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1表示適合于依照本發(fā)明一方面的方法修復(fù)的空心陶瓷型芯。
[0013]圖2表示圖1的空心陶瓷型芯的壁的橫截面。
【具體實(shí)施方式】
[0014]總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可用于修復(fù)在形成時(shí)具有缺陷(例如裂痕)的型芯的方法中。雖然以下所討論的是涉及含有含二氧化硅的材料的型芯的方法，但可預(yù)見可在包括其它材料的型芯上實(shí)施所述方法，因此這些也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0015]圖1表示依照本發(fā)明的一方面的與模具組件(未顯示)一同使用的陶瓷型芯10，用于熔模鑄造空心組件(未顯示)，例如用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組件，包括但不限于??渦輪葉片、噴嘴或其它螺旋槳組件。型芯10由包含至少一種懸浮在液體載體中的耐火材料的漿料形成。合適的耐火材料包括但不受限于:二氧化硅、氧化鋯、氧化鋁、莫來(lái)石和/或類似材料。例如，所述漿料可包含二氧化硅耐火粉末、鋯石耐火粉末、硅氧烷粘合劑和可使硅氧烷粘合劑交聯(lián)的催化劑。優(yōu)選的實(shí)例為導(dǎo)致硅氧烷粘合劑的硅酮單體和/或低聚物交聯(lián)的鉑族金屬(PGM)催化劑，如McNutty等人在美國(guó)專利7，287，573和7，732，526中的報(bào)導(dǎo)，，所述專利中關(guān)于漿料組合物和使用方法的內(nèi)容結(jié)合至本文中。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，陶瓷型芯10包含至少5重量％二氧化硅，并更優(yōu)選約25-約95重量％的二氧化硅，以及平衡量的鋯石和任選的其它耐火材料。然而，可預(yù)見，陶瓷型芯10可主要包含除二氧化硅之外的其它耐火材料，例如最多95重量％的鋯石，用于特殊的應(yīng)用。適合用作型芯10的組合物的其它實(shí)例描述于McNutty等人的美國(guó)專利7，287，573和7，732，526中?？尚纬尚托?0的方法為本領(lǐng)域所公知，因此在本文中將不作進(jìn)一步的討論。
[0016]如圖1所示，型芯10包含壁12限定的內(nèi)腔14和形成所述內(nèi)腔14時(shí)所留下的開口 16。為了使型芯10可用于熔模鑄造工藝，優(yōu)選封閉并密封開口 16。此外，在將型芯10用于澆鑄工藝之前，需要修復(fù)型芯10中的任何缺陷，例如一個(gè)或多個(gè)裂痕，以促進(jìn)型芯10的結(jié)構(gòu)完整性并使型芯10可經(jīng)受澆鑄過(guò)程。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的方面，可通過(guò)對(duì)型芯10施用修復(fù)混合物20來(lái)修復(fù)型芯10中的開口 16和裂痕，圖2中表示填充圖1的型芯10的壁22的裂痕18。修復(fù)混合物20優(yōu)選包含與用于形成型芯10的初始漿料類似的材料。具體地講，修復(fù)混合物20含有至少一種懸浮在液體載體中的耐火材料，在優(yōu)選實(shí)施方案中，修復(fù)混合物20包含上述公開于美國(guó)專利7，287，573和7，732，526中的二氧化硅和鋯石耐火粉末材料和硅氧烷粘合劑，以及任選的公開于美國(guó)專利7，287，573和7，732，526中的催化劑。一般來(lái)講，漿料通常不是很好地粘附于含二氧化硅的型芯上。然而，本發(fā)明的研究表明，通過(guò)使用合適的液體稀釋劑稀釋一定量的用于制備型芯10的漿料，可使將被施用于型芯10的修復(fù)混合物20對(duì)型芯10具有合適的附著性，以促進(jìn)修復(fù)混合物20附著于型芯10。稀釋劑可以是額