一种双层壁冷陶瓷型芯及热压注一体成型方法

本发明涉及一种航空关键零部件精密铸造，特别是涉及一种双层壁冷陶瓷型芯及热压注一体成型方法。

背景技术：

1、随着空天科技领域尤其是航空/航天发动机、燃气轮机等重大装备用先进动力推进系统对大功率、高效率需求的日益迫切，高效冷却单晶高温合金叶片是未来先进航空发动机涡轮叶片的必然发展趋势。双层壁冷单晶高温合金叶片的使用是目前显著提升航空发动机燃烧效率的有效方案。

2、陶瓷型芯是成型双层壁冷单晶高温合金叶片复杂结构冷却流道的关键过渡部件。双层壁冷复杂-精细结构陶瓷型芯的制备工艺成为其亟需攻克的关键技术。

3、为了攻克该关键技术，现有技术主要采用多套金属模具分型制备后，然后再组装成双层壁冷陶瓷型芯。但是，该现有技术存在制备周期长、模具设计和制备成本高、组装带来误差，型芯良品率较低等技术问题。因此，亟需一种减少模具数量、且还能以一体成型的方式来成型双层壁冷陶瓷型芯的工艺。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种双层壁冷陶瓷型芯及热压注一体成型方法，主要目的在于提供一种模具数量少，且一体成型的双层壁冷陶瓷型芯制备工艺。

2、为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

3、一方面，本发明的实施例提供一种双层壁冷陶瓷型芯的热压注一体成型方法，其包括如下步骤：

4、制备树脂模具步骤：对树脂模具制备浆料进行热压注成型，得到树脂模具；其中，以重量份计，所述树脂模具制备浆料的配制原料包括：交联剂50-60重量份、水溶助剂20-30重量份、添加剂5-10重量份、强化剂5-10重量份、粘度调节剂5-30重量份；其中，所述树脂模具用于成型出双层壁冷陶瓷型芯中的外层壁和内层壁之间的狭缝；

5、制备素坯步骤：将所述树脂模具组装在外形模具内，然后向外形模具内注入陶瓷型芯浆料，进行热压注成型，得到包裹树脂模具的素坯；

6、去除树脂模具步骤：将所述包裹树脂模具的素坯中的树脂模具去除，得到双层壁冷陶瓷型芯素坯；

7、脱脂、烧结处理步骤：对所述双层壁冷陶瓷型芯素坯进行脱脂处理、烧结处理，得到双层壁冷陶瓷型芯。

8、优选的，在所述制备树脂模具步骤中：所述交联剂选用石蜡、蜂蜡中的一种或两种；和/或所述水溶助剂选用丙烯酸乳液、聚氨酯、压克力酸酯中的一种或几种(压克力酸酯是丙烯酸酯类聚物和甲基丙烯酸酯类聚物交联形成的易溶于酸性溶液的一种树脂)；和/或所述添加剂为聚二甲基硅氧烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、n-(β-氨乙基-γ-氨丙基)甲基二甲氧基硅烷、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种(优选的，所述添加剂的粘度为10-5000cp，在此，粘度是为了配方与温度的匹配，避免树脂模具成形过程中出现充不满的缺陷)；和/或所述强化剂为氧化铝晶须、氧化锆晶须、莫来石晶须、二氧化硅晶须中的一种或几种；和/或所述粘度调节剂为水性环氧树脂、水溶性丙烯酸树脂中的一种或两种；和/或将强化剂和交联剂混合，在120-220℃的温度下机械搅拌360-3600min后，向其中加入水溶助剂、添加剂、粘度调节剂，在80-120℃的温度下，机械搅拌120-360min后，得到树脂模具制备浆料。

9、优选的，所述强化剂的直径为10-500nm、长度为10-800μm；和/或所述粘度调节剂的粘度为0.1-100cp。

10、优选的，所述树脂模具制备浆料在80-120℃的温度下，粘度为1000-5000cp。

11、优选的，在制备树脂模具步骤中，热压注成型的参数设置如下：热压注温度为50-100℃，模具温度为30-80℃，注射压力为2-4mpa，注射时间为30-60s，保压时间为60-360s。

12、优选的，在制备素坯步骤中：所述陶瓷型芯浆料包括石蜡和陶瓷粉体；优选的，所述陶瓷型芯浆料的制备步骤，包括：在120-180℃的温度下，对石蜡和二氧化硅陶瓷粉体进行搅拌处理，获得陶瓷型芯浆料。优选的，在所述陶瓷型芯浆料中，石蜡的质量分数为20-30％，二氧化硅陶瓷粉体的质量分数为70-80％；优选的，所述二氧化硅陶瓷粉体的成分为sio2，或所述二氧化硅陶瓷粉体的主要成分为sio2，优选还包括添加剂(添加剂主要指al2o3、zrsio4)。

13、优选的，在所述制备素坯步骤中，所述热压注成型的参数设置如下：热压注温度为80-150℃、模具温度为50-100℃、注射压力为3.5-5.5mpa、注射时间为60-90s、保压时间为60-120s。

14、优选的，在所述去除树脂模具步骤中：将所述包裹树脂模具的素坯放入脱芯液中，浸泡设定时间后取出，干燥处理后，得到双层壁冷陶瓷型芯素坯；优选的，所述脱芯液的配制步骤如下：在水中加入酸；其中，所述脱芯液中的酸的体积分数为10-20％；其中，所述酸为碳酸、醋酸、硅酸、亚硝酸、氢硫酸、氢氟酸、次氯酸、氢氰酸中的一种或多种；优选的，所述酸的纯度为80-100％；优选的，所述水为蒸馏水；优选的，所述设定时间为30-90min；优选的，所述干燥处理的温度为室温，所述干燥处理的时间为360-720min。

15、优选的，所述脱脂处理的步骤，包括：将双层壁冷陶瓷型芯素坯升温至400-500℃，保温180-270min后，降温至室温，得到脱脂处理后的双层壁冷陶瓷型芯素坯；优选的，升温速率为1-5℃/min，降温速率为1-5℃/min；优选的，脱脂处理的气氛为空气。

16、优选的，所述烧结处理的步骤，包括：将脱脂处理后的双层壁冷陶瓷型芯素坯升温至1000-1400℃，保温240-360min后，降温至室温，得到双层壁冷陶瓷型芯；优选的，升温速率为5-8℃/min，降温速率为5-8℃/min；优选的，所述烧结处理的气氛为空气。

17、再一方面，本发明实施例提供一种双层壁冷陶瓷型芯，其中，所述双层壁冷陶瓷型芯是由上述任一项所述的双层壁冷陶瓷型芯的热压注一体成型方法制备而成。优选的，所述双层壁冷陶瓷型芯的外层壁和内层壁之间具有0.1-2mm的狭缝。

18、与现有技术相比，本发明的一种双层壁冷陶瓷型芯及热压注一体成型方法至少具有下列有益效果：

19、本发明实施例提供一种双层壁冷陶瓷型芯的热压注一体成型方法，通过先制备一种树脂模具，该树脂模具后期可以去除，然后将树脂模具组装到外形模具中，并将陶瓷型芯浆料注入到外形模具中，得到包覆树脂模具的素坯；将包覆树脂模具的素坯中的树脂模具去除后，进一步通过脱脂、烧结处理，得到双层壁冷陶瓷型芯。在此，本发明利用预制树脂模具，配合外形模具实现双层壁冷陶瓷型芯的一体成型。因此，本发明的构思，解决了现有热压注工艺制备复杂结构陶瓷型芯时分型制备后组装导致的模具数量多、周期长、组装精度差的共性难题。

20、进一步地，本发明实施例提供的一种双层壁冷陶瓷型芯的热压注一体成型方法，通过对树脂模具的成分进行设计，使得树脂模具中的各个成分之间、以及成分和工艺之间具有协同作用，从而大幅提升了双层壁冷陶瓷型芯精细结构的成形完整性和成形精度。例如，以石蜡、蜂蜡为主体，室温时强度高，微细结构处在陶瓷浆料压注成型过程中能经受浆料的冲击而不变形，从而提高了精细结构的成型精度；以水溶助剂为主要添加剂，通过树脂模具脱芯液能在不损伤陶瓷型芯素坯时去除树脂模具，保留高精度素坯微细结构；陶瓷晶须作为强化剂的加入能极大的提高树脂模具在压注温度下的韧性和变形恢复能力，对成型陶瓷型芯精细结构具有显著的协同作用；粘度调节剂的添加保证了树脂模具的成形精度和成形完整性。此外，树脂模具的成形温度、成形压力和陶瓷浆料注射成型的压力和温度都是与上述成分的交联温度、分解温度和强度相互协同，从而保证双层壁冷陶瓷型芯精细结构的成形和高精度要求。

21、综上，本发明实施例提出一种双层壁冷陶瓷型芯及热压注一体成型方法，极大的减少了现阶段普遍适用的双层壁冷陶瓷型芯的热压注分型制备工艺的模具数量，缩短了制备周期和降低了制备成本。一体成型的方式显著消除了型芯组装带来的误差，明显提高了型芯的精度。

22、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。