阅读说明：本技术 一种氧化铪基陶瓷型芯及其制备方法 (Hafnium oxide based ceramic core and preparation method thereof ) 是由 梁康硕 刘枫 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：一种氧化铪基陶瓷型芯及其制备方法,所属一种氧化铪基陶瓷型芯及其制备方法,氧化铪基陶瓷型芯,由氧化铪基陶瓷型芯粉料和增塑剂组成,氧化铪基陶瓷型芯粉料由稀土金属氧化物、氧化锆、氧化钇、氧化硅、氧化铪组成。氧化铪基陶瓷型芯的制备方法：1)制备氧化铪基陶瓷型芯粉料；2)制备氧化铪基陶瓷型芯料坯；3融化；4)压注；5)焙烧。本发明的氧化铪基陶瓷型芯及其制备方法,解决了含有高活性元素的合金精密铸造过程中,现有硅基及铝基陶瓷型芯高温性能低,以及在浇铸过程中引入杂质等问题,从而获得一种耐高温、纯度高的氧化铪基陶瓷型芯。(The hafnium oxide-based ceramic core consists of hafnium oxide-based ceramic core powder and a plasticizer, wherein the hafnium oxide-based ceramic core powder consists of rare earth metal oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, silicon oxide and hafnium oxide. The preparation method of the hafnium oxide-based ceramic core comprises the following steps: 1) preparing hafnium oxide-based ceramic core powder; 2) preparing a hafnium oxide-based ceramic core blank; 3, melting; 4) pressure injection; 5) and (4) roasting. The hafnium oxide based ceramic core and the preparation method thereof solve the problems that the existing silicon-based and aluminum-based ceramic cores have low high-temperature performance, impurities are introduced in the casting process and the like in the precision casting process of the alloy containing high-activity elements, so that the hafnium oxide based ceramic core with high temperature resistance and high purity is obtained.)

一种氧化铪基陶瓷型芯及其制备方法

技术领域

本发明属于熔模精密铸造技术领域，具体涉及一种氧化铪基陶瓷型芯及其制备方法。

背景技术

航空发动机的发展源于持续不断的新材料、新技术的突破。提高特殊金属涡轮叶片的承温能力迫在眉睫。现有技术中，对于熔点高、化学活性强的活性金属合金浇注工艺，目前的氧化硅和氧化铝无法应用，而氧化铪基陶瓷型芯在此类金属合金浇注时，具有更好的耐高温性能。

本发明提供一种氧化铪基陶瓷型芯及其制备方法，可以解决熔点高、化学活性强的活性金属合金浇注的问题，氧化铪可溶于氢氟酸，在硝酸中也具备良好的溶出性，同时，以解决超合金定向及单晶浇注或共晶合金在定向浇注中陶瓷型芯的相关性能。

发明内容

针对现有精密铸造中熔模铸造生产技术存在的空心叶片耐高温合金越来越复杂，普通材料陶瓷型芯无法满足在合金浇铸过程中的各种物理化学性能等问题，本案提供了一种氧化铪基陶瓷型芯及其制备方法，其目的是解决含有高活性元素的合金精密铸造过程中，现有硅基及铝基陶瓷型芯高温性能低，以及在浇铸过程中引入杂质等问题，从而获得一种耐高温、纯度高的氧化铪基陶瓷型芯，其具体的技术方案如下：

本发明的一种氧化铪基陶瓷型芯，由氧化铪基陶瓷型芯粉料和增塑剂组成，质量比为氧化铪基陶瓷型芯粉料:增塑剂＝100:(12～18)，所述氧化铪基陶瓷型芯粉料由稀土金属氧化物、氧化锆、氧化钇、氧化硅、氧化铪组成，质量百分比为：稀土金属氧化物5-20％，氧化锆10-20％，氧化钇10-25％，氧化硅2-10％，氧化铪余量；

所述的稀土金属氧化物为氧化钕、氧化镝、氧化铒、氧化镱、氧化铈中的两种或多种混合料；

所述的增塑剂为石蜡、液体石蜡、硬脂酸丁脂、PVB中的三种以上混合料；

所述的氧化钕、氧化镝、氧化铒、氧化镱、氧化铈的粒度为120目以上；

所述的氧化锆、氧化硅、氧化钇的粒度270～600目；

所述的氧化铪的粒度为150～800目；

本发明的氧化铪基陶瓷型芯的制备方法，包含如下步骤：

步骤1，制备氧化铪基陶瓷型芯粉料：

按配比称量取稀土金属氧化物、氧化锆、氧化钇、氧化硅、氧化铪原料粉体，先将稀土金属氧化物粉体进行预先混合3～5h，再将氧化锆与氧化钇粉体进行预先混合3～5h，然后将混合好的稀土金属氧化物粉体加入到氧化铪粉体中进行混合4～8h，紧接着加入氧化硅粉体进行混合2～5h，最后加入预先混合好的氧化锆和氧化钇混合料，使用混料机进行分散混合，混合时间为3～8h，形成氧化铪基陶瓷型芯粉料，备用；

步骤2，制备氧化铪基陶瓷型芯料坯：

按质量比为氧化铪基陶瓷型芯粉料:增塑剂＝100:(12～18)的比例，称取氧化铪基陶瓷型芯粉料和增塑剂，先将增塑剂放入带有搅拌功能的油浴筒中加热至80～90℃进行融化，再进行搅拌3-6h，搅拌转速为80～100rpm，然后将氧化铪基陶瓷型芯粉料分三次加入到融化的增塑剂中，在85-125℃下搅拌8-20h，搅拌转速为80～100rpm，最后取出料浆装盘，冷却至室温，形成氧化铪基陶瓷型芯料坯，备用；

步骤3，融化：

将氧化铪基陶瓷型芯料坯置于油浴料筒中，加热至75-110℃，使其融化，并进行搅拌，搅拌转速为50～250rpm；

步骤4，压注：

根据需要的产品尺寸结构，使用陶瓷型芯压注机进行压注成型，形成氧化铪基陶瓷型芯胚体；

步骤5，焙烧：

将氧化铪基陶瓷型芯胚体埋入耐高温混合填料中，在1500-1750℃的终烧温度下进行焙烧，保温3.5～7h，冷却至室温后得到氧化铪基陶瓷型芯；

上述的氧化铪基陶瓷型芯的制备方法，其中：

所述步骤5中，耐高温混合填料为氧化锆粉和短切氧化锆陶瓷纤维的混合物。

本发明的一种氧化铪基陶瓷型芯及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：

一、对于熔点高、化学活性强的活性金属合金浇注，目前的氧化硅和氧化铝无法应用，而氧化铪基陶瓷型芯在此类金属合金浇注时，具有更好的耐高温性能。

二、氧化铪基陶瓷型芯的研制，可以解决熔点高、化学活性强的活性金属合金浇注的问题，同时氧化铪可溶于氢氟酸，在硝酸中也具备良好的溶出性。同时，HfO₂熔点高达2850℃，远在1600℃之上，线膨胀率小，也可以选用为陶瓷型芯材料的示踪剂，便于精密金属件的探伤。

三、氧化铪基陶瓷型芯可以解决超合金定向及单晶浇注或共晶合金的定向浇注中陶瓷型芯的相关性能。

四、工艺流程简单，采用热压注成型方式，在压注时产生的废品可以重新再利用，避免高昂价格的原料浪费。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

一种氧化铪基陶瓷型芯，由氧化铪基陶瓷型芯粉料和增塑剂组成，质量比为氧化铪基陶瓷型芯粉料:增塑剂＝100:12，所述氧化铪基陶瓷型芯粉料由稀土金属氧化物、氧化锆、氧化钇、氧化硅、氧化铪组成，质量百分比为：稀土金属氧化物5％，氧化锆20％，氧化钇25％，氧化硅7％，氧化铪43％；

所述的稀土金属氧化物为氧化镱和氧化铈的混合料,质量比为氧化镱:氧化铈＝1:1.5；

所述的增塑剂为石蜡和液体石蜡的混合物，质量比为石蜡:液体石蜡＝2:1；

所述的氧化镱和氧化铈的粒度为150目；

所述的氧化锆、氧化硅、氧化钇的粒度350目；

所述的氧化铪的粒度为250目；

氧化铪基陶瓷型芯的制备方法，包含如下步骤：

步骤1，制备氧化铪基陶瓷型芯粉料：

按配比称量取稀土金属氧化物50g、氧化锆200g、氧化钇250g、氧化硅70g、氧化铪430g，先将稀土金属氧化物粉体进行预先混合3h，再将氧化锆与氧化钇粉体进行预先混合3.5h，然后将混合好的稀土金属氧化物粉体加入到氧化铪粉体中进行混合5.5h，紧接着加入氧化硅粉体进行混合4h，最后加入预先混合好的氧化锆和氧化钇混合料，使用混料机进行分散混合，混合时间为4h，形成氧化铪基陶瓷型芯粉料，备用；

步骤2，制备氧化铪基陶瓷型芯料坯：

按配比称取氧化铪基陶瓷型芯粉料1000g和增塑剂120g，先将增塑剂放入带有搅拌功能的油浴筒中加热至80℃进行融化，再进行搅拌4h，搅拌转速为80rpm，然后将氧化铪基陶瓷型芯粉料分三次加入到融化的增塑剂中，在100℃下搅拌10h，搅拌转速为90rpm，最后取出料浆装盘，冷却至室温，形成氧化铪基陶瓷型芯料坯，备用；

步骤3，融化：

将氧化铪基陶瓷型芯料坯置于油浴料筒中，加热至90℃，使其融化，并进行搅拌，搅拌转速为150rpm；

步骤4，压注：

根据需要的产品尺寸结构，使用陶瓷型芯压注机进行压注成型，形成氧化铪基陶瓷型芯胚体；

步骤5，焙烧：

将氧化铪基陶瓷型芯胚体埋入耐高温混合填料中，在1700℃的终烧温度下进行焙烧，保温3.5h，冷却至室温后得到氧化铪基陶瓷型芯；

根据HB5353.3标准方法要求进行测试，试样于1540℃/20min条件下高温抗折强度可达20MPa以上。

实施例2

一种氧化铪基陶瓷型芯，由氧化铪基陶瓷型芯粉料和增塑剂组成，质量比为氧化铪基陶瓷型芯粉料:增塑剂＝100:15，所述氧化铪基陶瓷型芯粉料由稀土金属氧化物、氧化锆、氧化钇、氧化硅、氧化铪组成，质量百分比为：稀土金属氧化物10％，氧化锆15％，氧化钇23％，氧化硅8％，氧化铪44％；

所述的稀土金属氧化物为氧化钕、氧化镝、氧化铈的混合料，质量比为氧化钕:氧化镝:氧化铈＝0.5:1.5:2；

所述的增塑剂为石蜡、液体石蜡、硬脂酸丁脂的混合物，质量比为石蜡:液体石蜡:硬脂酸丁脂＝7:3:5；

所述的氧化钕、氧化镝、氧化铈的粒度为200目；

所述的氧化锆、氧化硅、氧化钇的粒度300目；

所述的氧化铪的粒度为350目；

氧化铪基陶瓷型芯的制备方法，包含如下步骤：

步骤1，制备氧化铪基陶瓷型芯粉料：

按配比称量取稀土金属氧化物100g、氧化锆150g、氧化钇230g、氧化硅80g、氧化铪440g，先将稀土金属氧化物粉体进行预先混合4h，再将氧化锆与氧化钇粉体进行预先混合4h，然后将混合好的稀土金属氧化物粉体加入到氧化铪粉体中进行混合6h，紧接着加入氧化硅粉体进行混合3h，最后加入预先混合好的氧化锆和氧化钇混合料，使用混料机进行分散混合，混合时间为5h，形成氧化铪基陶瓷型芯粉料，备用；

步骤2，制备氧化铪基陶瓷型芯料坯：

按配比称取氧化铪基陶瓷型芯粉料1000g和增塑剂150g，先将增塑剂放入带有搅拌功能的油浴筒中加热至85℃进行融化，再进行搅拌5h，搅拌转速为90rpm，然后将氧化铪基陶瓷型芯粉料分三次加入到融化的增塑剂中，在85℃下搅拌9h，搅拌转速为100rpm，最后取出料浆装盘，冷却至室温，形成氧化铪基陶瓷型芯料坯，备用；

步骤3，融化：

将氧化铪基陶瓷型芯料坯置于油浴料筒中，加热至100℃，使其融化，并进行搅拌，搅拌转速为150rpm；

步骤4，压注：

根据需要的产品尺寸结构，使用陶瓷型芯压注机进行压注成型，形成氧化铪基陶瓷型芯胚体；

步骤5，焙烧：

将氧化铪基陶瓷型芯胚体埋入耐高温混合填料中，在1650℃的终烧温度下进行焙烧，保温5h，冷却至室温后得到氧化铪基陶瓷型芯；

根据HB5353.3标准方法要求测试，试样于1540℃/20min条件下高温抗折强度可达20MPa以上。

实施例3

一种氧化铪基陶瓷型芯，由氧化铪基陶瓷型芯粉料和增塑剂组成，质量比为氧化铪基陶瓷型芯粉料:增塑剂＝100:18，所述氧化铪基陶瓷型芯粉料由稀土金属氧化物、氧化锆、氧化钇、氧化硅、氧化铪组成，质量百分比为：稀土金属氧化物20％，氧化锆10％，氧化钇18％，氧化硅10％，氧化铪42％；

所述的稀土金属氧化物为氧化铒、氧化镱、氧化铈的混合料，质量比为氧化铒:氧化镱:氧化铈＝2:2:3.5；

所述的增塑剂为石蜡、液体石蜡、硬脂酸丁脂、PVB的混合物，质量比为石蜡:液体石蜡:硬脂酸丁脂:PVB＝9:5:2:2；

所述的氧化铒、氧化镱、氧化铈的粒度为200目；

所述的氧化锆、氧化硅、氧化钇的粒度350目；

所述的氧化铪的粒度为250目；

氧化铪基陶瓷型芯的制备方法，包含如下步骤：

步骤1，制备氧化铪基陶瓷型芯粉料：

按配比称量取稀土金属氧化物50g、氧化锆200g、氧化钇250g、氧化硅70g、氧化铪430g，先将稀土金属氧化物粉体进行预先混合5h，再将氧化锆与氧化钇粉体进行预先混合4.5h，然后将混合好的稀土金属氧化物粉体加入到氧化铪粉体中进行混合7h，紧接着加入氧化硅粉体进行混合3.5h，最后加入预先混合好的氧化锆和氧化钇混合料，使用混料机进行分散混合，混合时间为6h，形成氧化铪基陶瓷型芯粉料，备用；

步骤2，制备氧化铪基陶瓷型芯料坯：

按配比称取氧化铪基陶瓷型芯粉料1000g和增塑剂180g，先将增塑剂放入带有搅拌功能的油浴筒中加热至80℃进行融化，再进行搅拌4h，搅拌转速为80rpm，然后将氧化铪基陶瓷型芯粉料分三次加入到融化的增塑剂中，在100℃下搅拌10h，搅拌转速为90rpm，最后取出料浆装盘，冷却至室温，形成氧化铪基陶瓷型芯料坯，备用；

步骤3，融化：

将氧化铪基陶瓷型芯料坯置于油浴料筒中，加热至100℃，使其融化，并进行搅拌，搅拌转速为120rpm；

步骤4，压注：

根据需要的产品尺寸结构，使用陶瓷型芯压注机进行压注成型，形成氧化铪基陶瓷型芯胚体；

步骤5，焙烧：

将氧化铪基陶瓷型芯胚体埋入耐高温混合填料中，在1550℃的终烧温度下进行焙烧，保温6h，冷却至室温后得到氧化铪基陶瓷型芯；

根据HB5353.3标准方法要求测试，试样于1540℃/20min条件下高温抗折强度可达20MPa以上。