【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于陶瓷型芯材料設計及制備，具體涉及一種鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯及其制備方法。
技術介紹
1、目前，單晶高溫合金空心渦輪葉片氣冷結構復雜化和尺寸大型化已成為繼續提升航空發動機關鍵熱端部件整體性能的有效手段和必然趨勢。隨著先進渦輪葉片的結構復雜化和尺寸大型化，形成其內腔結構的陶瓷型芯結構也愈加復雜。
2、在單晶空心渦輪葉片的澆注過程中，由于合金液在定向凝固過程中受到陶瓷型芯復雜結構的阻礙，所以在葉片內腔特征結構處產生殘余應力，而殘余應力在后續熱處理過程中釋放并形成再結晶。單晶高溫合金由于減少了晶界強化元素，所以一旦產生任何與應力主軸方向垂直的晶界和再結晶晶粒，都將成為單晶高溫合金構件性能薄弱的區域，在高溫環境下服役過程中形成裂紋源，這會嚴重降低渦輪葉片的持久性和疲勞壽命，進而影響航空發動機的服役壽命。
3、在單晶葉片的研制過程中發現，因表層產生表面塑變再結晶和表面結構再結晶等非連續性組織而導致葉片失效的概率達到30%以上，這成為制約新一代航空發動機發展的壁壘。因此，為了充分發揮單晶高溫合金材料力學性能的潛力，同時保障單晶葉片復雜結構的完整性和材料組織的連續性，亟需開展葉片內腔再結晶有效控制技術的研究工作。
4、陶瓷型芯的高溫性能包括高溫蠕變速率、彈性模量、高溫抗彎強度、熱膨脹性、高溫收縮等，其與陶瓷型芯和金屬間的性能匹配緊密相關，也直接影響了葉片內腔的再結晶行為。這些性能共同構成了陶瓷型芯的高溫退讓性能，其包括收縮退讓、強度退讓和蠕變退讓。如果陶瓷型芯的高溫退讓性較低，那么在
技術實現思路
1、為解決現有技術中存在的問題，本專利技術提供一種鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，所述硅基陶瓷型芯中各物質占所述硅基陶瓷型芯的質量百分比為，核殼結構石英玻璃粉20-65wt%、熔融石英玻璃粉30-75wt%、礦化劑3-35wt%、特種添加劑1-10wt%，各物質的含量之和為100wt%。
2、優選的是，所述核殼結構石英玻璃粉中各物質占所述核殼結構石英玻璃粉的質量百分比為，熔融石英玻璃粉30-55wt%、溶膠20-45wt%、方石英25-50wt%，各物質的含量之和為100wt%。
3、在上述任一方案中優選的是，所述核殼結構石英玻璃粉包括六檔粒徑，分別為75-150μm、48-75μm、38-48μm、25-38μm、20-25μm、0-20μm；各檔粒徑占所述核殼結構石英玻璃粉的質量百分比為，粒徑75-150μm占10-25wt%、粒徑48-75μm占10-25wt%、粒徑38-48μm占20-35wt%、粒徑25-38μm占10-25wt%、粒徑20-25μm占5-15wt%、粒徑0-20μm占5-10wt%，各檔粒徑物質的含量之和為100wt%。
4、在上述任一方案中優選的是，所述核殼結構石英玻璃粉中的所述熔融石英玻璃粉包括四檔粒徑，分別為48-65μm、35-48μm、20-35μm、5-20μm；各檔粒徑占所述熔融石英玻璃粉的質量百分比為，粒徑48-65μm占30-50wt%、粒徑35-48μm占20-30wt%、粒徑20-35μm占20-30wt%、粒徑5-20μm占5-10wt%，各檔粒徑物質的含量之和為100wt%。
5、在上述任一方案中優選的是，所述溶膠包括硅溶膠、鋁溶膠、釔溶膠、鋯溶膠、鎂溶膠中的任一種或幾種；所述方石英包括一檔粒徑，為1-10μm。
6、在上述任一方案中優選的是，所述硅基陶瓷型芯中的所述熔融石英玻璃粉包括四檔粒徑，分別為35-62μm、18-35μm、5-18μm、0.5-5μm；各檔粒徑占所述石英玻璃粉的質量百分比為，粒徑35-62μm占35-48wt%、粒徑18-35μm占18-25wt%、粒徑5-18μm占22-35wt%、粒徑0.5-5μm占5-10wt%，各檔粒徑物質的含量之和為100wt%。
7、在上述任一方案中優選的是，所述礦化劑中各物質占所述礦化劑的質量百分比為，白剛玉粉22-30wt%、莫來石粉18-26wt%、硅酸鋯粉15-23wt%、氧化鋯粉15-23wt%、方石英粉22-30wt%，各物質的含量之和為100wt%。
8、在上述任一方案中優選的是，所述特種添加劑中各物質占所述特種添加劑的質量百分比為，金屬鋁粉3-8wt%、金屬硅粉3-8wt%、莫來石晶須25-32wt%、石英玻璃晶須25-32wt%、氧化鋁晶須25-32wt%、石墨烯5-10wt%，各物質的含量之和為100wt%。
9、本專利技術還提供一種鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯的制備方法，用于制備上述任一項所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，按照先后順序包括以下步驟：
10、步驟一：按照所設計的材料配比和工藝參數分別制備各檔粒徑的核殼結構石英玻璃粉、礦化劑、特種添加劑；
11、步驟二：按照所設計的材料配比將各檔粒徑的核殼結構石英玻璃粉、各檔粒徑的熔融石英玻璃粉、礦化劑、特種添加劑放入v型混料機中混合均勻，獲得硅基陶瓷粉料；
12、步驟三：按照所設計的材料配比稱取增塑劑，并將增塑劑放入真空攪拌機中加熱融化，待增塑劑完全融化后，將獲得的硅基陶瓷粉料加入真空攪拌機中，邊加料邊攪拌，待硅基陶瓷粉料全部加入后繼續攪拌一定時間，然后抽真空至一定真空度，并在該真空度下繼續攪拌一定時間，獲得硅基陶瓷型芯漿料；
13、步驟四：根據所設計的陶瓷型芯結構制作陶瓷型芯模具，利用壓注機將硅基陶瓷型芯漿料注射到陶瓷型芯模具中進行充型壓制，得到硅基陶瓷型芯坯體；
14、步驟五：檢查硅基陶瓷型芯坯體，確認其外觀無明顯缺陷后，將硅基陶瓷型芯坯體插入裝有莫來石填料的燒缽中，并使莫來石填料完全覆蓋硅基陶瓷型芯坯體；
15、步驟六：將盛有莫來石填料和硅基陶瓷型芯坯體的燒缽放入焙燒爐中本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述硅基陶瓷型芯中各物質占所述硅基陶瓷型芯的質量百分比為，核殼結構石英玻璃粉20-65wt%、熔融石英玻璃粉30-75wt%、礦化劑3-35wt%、特種添加劑1-10wt%，各物質的含量之和為100wt%。
2.根據權利要求1所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述核殼結構石英玻璃粉中各物質占所述核殼結構石英玻璃粉的質量百分比為，熔融石英玻璃粉30-55wt%、溶膠20-45wt%、方石英25-50wt%，各物質的含量之和為100wt%。
3.根據權利要求2所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述核殼結構石英玻璃粉包括六檔粒徑，分別為75-150μm、48-75μm、38-48μm、25-38μm、20-25μm、0-20μm；各檔粒徑占所述核殼結構石英玻璃粉的質量百分比為，粒徑75-150μm占10-25wt%、粒徑48-75μm占10-25wt%、粒徑38-48μm占20-35wt%、粒徑25-38μm占10-25wt%、粒徑20-25μm占5-15wt%、粒徑
4.根據權利要求3所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述核殼結構石英玻璃粉中的所述熔融石英玻璃粉包括四檔粒徑，分別為48-65μm、35-48μm、20-35μm、5-20μm；各檔粒徑占所述熔融石英玻璃粉的質量百分比為，粒徑48-65μm占30-50wt%、粒徑35-48μm占20-30wt%、粒徑20-35μm占20-30wt%、粒徑5-20μm占5-10wt%，各檔粒徑物質的含量之和為100wt%。
5.根據權利要求4所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述溶膠包括硅溶膠、鋁溶膠、釔溶膠、鋯溶膠、鎂溶膠中的任一種或幾種；所述方石英包括一檔粒徑，為1-10μm。
6.根據權利要求5所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述硅基陶瓷型芯中的所述熔融石英玻璃粉包括四檔粒徑，分別為35-62μm、18-35μm、5-18μm、0.5-5μm；各檔粒徑占所述石英玻璃粉的質量百分比為，粒徑35-62μm占35-48wt%、粒徑18-35μm占18-25wt%、粒徑5-18μm占22-35wt%、粒徑0.5-5μm占5-10wt%，各檔粒徑物質的含量之和為100wt%。
7.根據權利要求6所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述礦化劑中各物質占所述礦化劑的質量百分比為，白剛玉粉22-30wt%、莫來石粉18-26wt%、硅酸鋯粉15-23wt%、氧化鋯粉15-23wt%、方石英粉22-30wt%，各物質的含量之和為100wt%。
8.根據權利要求7所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述特種添加劑中各物質占所述特種添加劑的質量百分比為，金屬鋁粉3-8wt%、金屬硅粉3-8wt%、莫來石晶須25-32wt%、石英玻璃晶須25-32wt%、氧化鋁晶須25-32wt%、石墨烯5-10wt%，各物質的含量之和為100wt%。
9.一種鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在于：用于制備權利要求1-8中任一項所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，按照先后順序包括以下步驟，
10.根據權利要求9所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在于：
...【技術特征摘要】
1.一種鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述硅基陶瓷型芯中各物質占所述硅基陶瓷型芯的質量百分比為，核殼結構石英玻璃粉20-65wt%、熔融石英玻璃粉30-75wt%、礦化劑3-35wt%、特種添加劑1-10wt%，各物質的含量之和為100wt%。
2.根據權利要求1所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述核殼結構石英玻璃粉中各物質占所述核殼結構石英玻璃粉的質量百分比為，熔融石英玻璃粉30-55wt%、溶膠20-45wt%、方石英25-50wt%，各物質的含量之和為100wt%。
3.根據權利要求2所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述核殼結構石英玻璃粉包括六檔粒徑，分別為75-150μm、48-75μm、38-48μm、25-38μm、20-25μm、0-20μm；各檔粒徑占所述核殼結構石英玻璃粉的質量百分比為，粒徑75-150μm占10-25wt%、粒徑48-75μm占10-25wt%、粒徑38-48μm占20-35wt%、粒徑25-38μm占10-25wt%、粒徑20-25μm占5-15wt%、粒徑0-20μm占5-10wt%，各檔粒徑物質的含量之和為100wt%。
4.根據權利要求3所述的鎳基單晶葉片用高退讓性硅基陶瓷型芯，其特征在于：所述核殼結構石英玻璃粉中的所述熔融石英玻璃粉包括四檔粒徑，分別為48-65μm、35-48μm、20-35μm、5-20μm；各檔粒徑占所述熔融石英玻璃粉的質量百分比為，粒徑48-65μm占30-50wt%、粒徑35-48μm占20-30wt%、粒徑20-35μm占20-30wt%、粒徑5-20μm占5-10wt%，各檔粒徑物質的含量之和為100wt%。
...【專利技術屬性】
技術研發人員：牛書鑫，駱宇時，羅烽月，李鑫，王玥，司遠，周婷婷，王珂，董龍沛，劉晨光，
申請(專利權)人：中國航發北京航空材料研究院，
類型：發明
國別省市：
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