本技术涉及粉末冶金领域,介绍了一种核壳结构陶瓷型芯及其制备技术。该技术通过制备耐火材料粉作为核,金属相作为壳的复合粉体,并按比例添加,实现了陶瓷型芯的核壳结构取向增强。
背景技术
陶瓷型芯是制造航空发动机空心叶片的核心部件之一,其性能对空心叶片的制造及其性能起着至关重要作用。随着高效气冷叶片的发展,叶片的内部结构越来越复杂,导致对制造空心叶片的陶瓷型芯的结构和性能也要求提高。目前,一些陶瓷型芯的性能已无法满足叶片发展所带来的需求,因此探索和开发新的增强陶瓷型芯的方法迫在眉睫。
制造陶瓷型芯的方法以热压铸成型为主,通过将陶瓷粉料与熔融石蜡混合,在一定温度下一定压力条件下注入金属模具,利用石蜡随着温度降低而固化的特性,在液态混合料充满模具后,固化成型之后即可得复杂形状陶瓷型芯。这种方法制备的陶瓷型芯广泛用于航空发动机叶片的制造。然而如前所述,陶瓷型芯的性能需要不断提升,以满足空心叶片对其日益增长的性能需求。目前,在热压铸成型方法中,主要从成分优化角度调控陶瓷型芯的性能,比如添加硅酸锆、氧化锆、氧化钇、氧化镁等第二相颗粒,研究表明这些第二相颗粒能够有效提高陶瓷型芯的力学性能,也有研究通过添加氧化铝纤维、氧化锆纤维等第二相纤维强化陶瓷型芯的综合性能。但是这些方法在提升陶瓷型芯的性能效果方面仍然有限,且纤维引入会导致纤维容易发生团聚,降低混合料固相含量,进而影响陶瓷型芯的整体性能。同时,也需要保证陶瓷型芯具有较低的收缩率,以保证制备的空心叶片的高重量。
此外,也有研究表明通过添加金属粉末如Al粉,通过后期烧结过程的氧化过程,可有效抑制陶瓷型芯的收缩,同时提高颗粒间的结合强度,在保证陶瓷型芯低收缩率同时,提高陶瓷型芯的气孔率和力学性能。但是目前这种陶瓷粉末和金属粉末仍然以机械搅拌方式在熔融石蜡中实现混合,其混合均匀度不佳,严重影响陶瓷型芯整体性能提升。
现有专利CN113319271A公开了一种具有核壳结构的氧化物包覆粉体及其制备方法和应用,将氦气和氩气注入等离子体发生器中产生氦-氩混合等离子体;将粉体与所述氦-氩混合等离子体混合后射入水中进行自氧化,得到具有核壳结构的氧化物包覆粉体。本发明有利于实现氧化物壳层的致密化、均匀化、结合度高、匹配性强。
现有专利CN103130508B公开了一种制备织构化硼化物基超高温陶瓷的方法,采用IVB族金属单质、无定形硼粉、硅粉及过渡金属为原料,制备含有硼化物晶种和硅化物颗粒的复相粉体;将所得复相粉体与硼化物陶瓷粉体混合配制料浆,采用流延工艺或强磁场定向工艺制备陶瓷坯体,再将陶瓷坯体进行热压烧结,从而制备出具有各向异性晶粒形貌的织构化硼化物基超高温陶瓷。
综上所述,以上两个现有专利均为彻底解决现有技术中陶瓷粉体和金属粉体混合均匀性差,对陶瓷型芯性能提升有限的问题。
实现思路