空心涡轮叶片陶瓷铸型凝胶成型工艺及表面质量研究

摘要

基于快速成型的整体式陶瓷铸型制备技术为解决空心涡轮叶片的制造难题提供了新途径。为获取结构完整、高性能的空心涡轮叶片整体式陶瓷铸型,本文重点对铸型陶瓷浆料、真空动态注模成型工艺及铸型表面质量进行了研究。
　　研究了空心涡轮叶片陶瓷铸型浆料的制备方法。从陶瓷铸型成型性和烧成性方面考虑,确定了基体材料为电熔刚玉、矿化剂为氧化镁及纳米氧化钇。实验研究了粗细刚玉粉料配比对陶瓷浆料流动性、铸型收缩率及高温力学性能的影响规律,确定了最佳的粗细粉配比。通过有机单体含量对凝胶注模工艺的影响实验,实现了陶瓷浆料中有机单体含量的合理调控。设计正交表L9(34)对浆料流变性能进行了正交实验,结果显示分散剂加入量3wt%,球磨时间1h左右,PH值为9,可制备出低粘度、流动性好的陶瓷浆料。
　　研究了空心涡轮叶片陶瓷铸型真空动态注模成型工艺参数。结合真空度对浆料中水的蒸发量,制定了合理的真空值(-0.09MPa),保证了真空注模的有效性。研究了固化剂和温度对凝胶反应的影响规律,确定引发剂APS加入量0.6wt%,催化剂TEMED加入量0.05wt%,温度25℃,可实现真空注模可控性固化。采用自制的U型标准式样对陶瓷浆料充型能力进行了研究,结果表明本工艺制备的陶瓷浆料完全满足注模要求,并确定了较优的浇注工艺参数:浇注温度25℃,采用振动物理场(振幅为1mm~3mm,振动频率为30~60HZ)。实验研究了工艺参数对陶瓷铸型性能的影响,结果表明,采用真空动态成型工艺对素坯强度及烧结体强度均有较大的提高。
　　研究了提高铸型表面质量的方法。分析了影响陶瓷铸型起皮的原因,探索性进行了采用涂层来改善铸型表面质量的研究并进行了分析,但结果不理想。研究了预烧结300℃~450℃温区内的升温速率对铸型表面质量的影响,结果显示,以15℃的升温速率升温时,可有效的避免陶瓷铸型表面起皮现象的发生。

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1 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作及章节安排

2 整体式陶瓷铸型浆料的制备

2.1 基体材料及矿化剂的选择

2.2 粗细刚玉粉配比及有机单体含量的确定

2.3陶瓷浆料流变性能实验研究

2.4 小结

3 真空动态注模成型工艺

3.1 真空注浆的真空度

3.2 真空除气对凝胶注模反应的影响

3.3 真空注模固化过程控制

3.5 成型工艺参数对陶瓷铸型性能的影响

3.5 小结

4 整体式陶瓷铸型表面质量控制

4.1 陶瓷铸型表面起皮现象

4.2 SL树脂原型模具表面涂层对陶瓷铸型表面质量的影响

4.3 树脂烧失时的升温速率对表面质量的影响

4.4 小结

5 空心涡轮叶片制造实例

5.1 空心涡轮叶片树脂原型的制作

5.2 叶片陶瓷铸型素坯的制备

5.3 真空冷冻干燥

5.4 焙烧工艺

5.5 浸渍工艺

5.6 叶片陶瓷铸型完整性检测

5.7 金属浇注

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录