本發(fā)明涉及陶瓷制作領(lǐng)域，特別涉及一種真空碳熱還原強(qiáng)化熔融石英高溫性能的方法。

背景技術(shù)：

熔融石英陶瓷以熔融石英為原料經(jīng)過系列工藝制備而成，并經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而成的一種耐火材料。熔融石英陶瓷不僅具備了石英玻璃的許多優(yōu)良性質(zhì)，如熱膨脹系數(shù)小、熱震穩(wěn)定性好、電性能好、核性能好、耐化學(xué)侵蝕性好等特點(diǎn)，干燥及燒成收縮小，易于成型復(fù)雜形狀及大件制品等。熔融石英陶瓷在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的制造方面具有極大的優(yōu)勢，尤其是熔融石英陶瓷在型芯脫除方面具有極大的優(yōu)勢。

定向晶空心渦輪葉片具有承溫能力高，力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，常采用鋁基型芯，利用熔模鑄造的方法實(shí)現(xiàn)制造，該方法工藝周期長，成本高，并且脫芯能力差，限制了定向晶的廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種真空碳熱還原強(qiáng)化熔融石英高溫性能的方法，通過快速成形的方法制備熔融石英陶瓷鑄型，在高溫、真空環(huán)境中通過碳熱還原反應(yīng)，在原有鑄型的外表面生成一層性能優(yōu)良的陶瓷覆膜層，經(jīng)過再燒結(jié)工藝，提高陶瓷在高溫條件下的抗彎抗折性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：一種真空碳熱還原強(qiáng)化熔融石英高溫性能的方法，其特征在于：所述真空碳熱還原強(qiáng)化熔融石英高溫性能的方法包括如下步驟：

(1)首先采用CAD和光固化成形技術(shù)制作復(fù)雜空心葉片樹脂模型；

(2)然后采用凝膠方法配制熔融石英陶瓷漿料；

(3)陶瓷漿料的含量為熔融石英粉末：75％-85％，有機(jī)物：2％-4％，造孔劑：1％-3％，礦化劑和增韌劑各為2％-4％，去離子水補(bǔ)足100％；在陶瓷漿料加入分散劑聚丙烯酸鈉，聚丙烯酸鈉占熔融石英粉末質(zhì)量的0.5％；

(4)在攪拌和球磨之后，在真空中震動(dòng)澆注至樹脂模具的型腔中；

(5)冷卻干燥，并熔融石英坯體在高溫下燒結(jié)成形；

(6)將成形的熔融石英陶瓷在硅溶膠中真空浸漬半個(gè)小時(shí)，取出并在烘箱烘干；

(7)在高溫真空條件下，將碳粉和熔融石英一起鋪放于燒結(jié)基板進(jìn)行真空高溫?zé)Y(jié)(包覆燒結(jié))，燒結(jié)完成，在真空下高溫?zé)Y(jié)形成具有優(yōu)良高溫性能的熔融石英陶瓷型芯。

該方法中首先利用光固化3D打印快速成型制造技術(shù)制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的空心葉片樹脂模型，然后采用凝膠鑄模的方法制造熔融石英陶瓷：配制熔融石英基陶瓷漿料，均勻攪拌和球磨后一段時(shí)間，將漿料在真空、振動(dòng)條件下澆注到空心葉片樹脂模具的型腔中，真空冷凍干燥后去除有機(jī)交聯(lián)劑和樹脂件，高溫?zé)Y(jié)后獲得高精度熔融石英陶瓷鑄型。在真空條件下，將熔融石英陶瓷在硅溶膠中真空浸漬(半個(gè)小時(shí))，放入烘箱烘干。在真空條件下，將碳粉和熔融石英一起鋪放于燒結(jié)基板，高溫?zé)Y(jié)二者混合物(包覆燒結(jié))。燒結(jié)完成后，在真空下再次高溫?zé)Y(jié)，形成具有優(yōu)良高溫性能的熔融石英陶瓷型芯。

優(yōu)選的，所述真空碳熱還原強(qiáng)化熔融石英高溫性能的方法針對(duì)于空心渦輪葉片熔融石英陶瓷鑄型，其成型方法為灌漿法、整體式陶瓷鑄型、熱壓鑄型傳遞模法。

優(yōu)選的，所述熔融石英鑄型在真空中發(fā)生熱反應(yīng)前，將在硅溶膠中真空浸漬，浸漬時(shí)間為半個(gè)小時(shí)，熔融石英鑄型浸漬完成后，放入烘箱進(jìn)行烘干，并清理多余雜質(zhì)。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)基板上的碳粉和熔融石英鋪放于一起，并讓碳粉包覆熔融石英，燒結(jié)條件為真空高溫。

優(yōu)選的，所述熱還原熔融石英陶瓷鑄型后，再燒結(jié)溫度為1500-1600℃，燒結(jié)需要真空中完成，漿料配制過程中采用攪拌和球磨方法使粉末保持均勻，球磨時(shí)間為40-50分鐘，振動(dòng)鑄型過程中，采用振動(dòng)、真空條件，實(shí)現(xiàn)鑄型澆注致密化。

優(yōu)選的，所述硅溶膠主要成分為無定形氧化硅。

采用以上技術(shù)方案的有益效果是：該真空碳熱還原強(qiáng)化熔融石英高溫性能的方法通過真空碳熱還原熔融石英強(qiáng)化熔融石英高溫性能，還原生成的陶瓷高溫性優(yōu)于熔融石英陶瓷鑄型本身。在高溫條件下，外層被還原陶瓷表面性能好、致密度高，對(duì)于熔融石英高溫下的性能具有增強(qiáng)作用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

圖1是本發(fā)明熔融石英陶瓷的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-SiC功能涂層，2-熔融石英陶瓷鑄型。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明一種真空碳熱還原強(qiáng)化熔融石英高溫性能的方法的優(yōu)選實(shí)施方式。

圖1出示本發(fā)明一種真空碳熱還原強(qiáng)化熔融石英高溫性能的方法的具體實(shí)施方式：該真空碳熱還原強(qiáng)化熔融石英高溫性能的方法中熔融石英陶瓷鑄型2的制備采用光固化快速成形的方法，首先制備熔融石英陶瓷樹脂模型，然后采用凝膠注模方法將各個(gè)粒徑的熔融石英粉末，通過AM和MBAM的作用混合在一起，制備熔融石英陶瓷漿料，漿料的粘度范圍為160-260mPs。在球磨機(jī)中球磨40分鐘之后，在真空、震動(dòng)條件下將漿料澆注至樹脂模具的型腔中；對(duì)澆注成形的陶瓷坯體冷卻干燥，時(shí)間為24h，在高溫下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)和高溫?zé)Y(jié)。

在真空條件下，將熔融石英陶瓷在硅溶膠中真空浸漬(半個(gè)小時(shí))，放入烘箱烘干。在高溫真空條件下，將碳粉和熔融石英一起鋪放于燒結(jié)基板進(jìn)行真空高溫?zé)Y(jié)(包覆燒結(jié))，燒結(jié)完成，在真空下高溫?zé)Y(jié)形成具有優(yōu)良高溫性能的熔融石英陶瓷型芯。功能層完成后，在1500-1600℃燒結(jié)形成致密高強(qiáng)度碳化硅陶瓷層。該發(fā)明主要用于增強(qiáng)復(fù)雜精密陶瓷鑄件的高溫強(qiáng)度，保證金屬鑄件的成型精度和質(zhì)量。

陶瓷漿料的含量為熔融石英粉末：75％-85％，有機(jī)物：2％-4％，造孔劑：1％-3％，礦化劑和增韌劑各為2％-4％，去離子水補(bǔ)足100％；在陶瓷漿料加入分散劑聚丙烯酸鈉，聚丙烯酸鈉占熔融石英粉末質(zhì)量的0.5％；

通過真空碳熱還原熔融石英強(qiáng)化熔融石英高溫性能，還原生成的陶瓷高溫性優(yōu)于熔融石英陶瓷鑄型2本身。在高溫條件下，外層沉積陶瓷表面性能好、致密度高，對(duì)于熔融石英高溫下的性能具有增強(qiáng)作用。

如圖1所示，熔融石英陶瓷氧化形成后，在1500-1600℃燒結(jié)形成致密高強(qiáng)度SiC功能涂層1。高溫?zé)Y(jié)程序?yàn)椋?個(gè)小時(shí)至600℃，保溫1個(gè)小時(shí)；4個(gè)小時(shí)升溫至1500℃，保溫3小時(shí)；降溫冷卻，SiC功能涂層1主要成分為SiC。SiC的高溫性能優(yōu)良，對(duì)熔融石英陶瓷型芯的高溫環(huán)境下有大幅度提高，從10-15Mp提高到20-25Mp.該發(fā)明主要用于增強(qiáng)復(fù)雜精密陶瓷鑄件的高溫強(qiáng)度，保證金屬鑄件的成型精度和質(zhì)量。

以上的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。