本发明涉及空心铸件的熔模铸造，具体涉及一种低变形高强度陶瓷型芯及其制备方法。
背景技术：
1、随着航空航天发动机推重比的提高，涡轮前进口温度不断提升，空心叶片铸件内腔设计结构越来越复杂，对陶瓷型芯的性能要求也不断提高。陶瓷型芯性能质量直接影响空心叶片的内腔尺寸精度、浇注合格率和铸造成本，因此要求陶瓷型芯有足够的机械强度、良好的尺寸稳定性、优良的抗高温蠕变性能。目前，常用的陶瓷型芯主要是硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型芯。硅基陶瓷型芯具有一定的高温强度、脱除简单，铝基陶瓷型芯具有较高的高温抗弯强度、优良的化学稳定性和优良的抗高温蠕变性能。
2、现有中国专利cn202110506145.9公开了一种大尺寸硅基陶瓷型芯及其制备方法，所述大尺寸硅基陶瓷型芯的原料组分包括：陶瓷粉体、导热剂、造孔剂和增塑剂；所述导热剂的含量为陶瓷粉体质量的0.5wt％～5wt％，所述造孔剂的含量占陶瓷粉体质量的3wt％～15wt％，所述增塑剂含量占陶瓷粉体质量的12wt％～28wt％。虽然解决了表面开裂问题并缩短了脱芯时间，但仍存在以下缺点：首先，该方法未能有效解决大尺寸型芯的变形问题，特别是在高温环境下的尺寸稳定性仍有待提高；无论硅基型芯还是铝基型芯，在采用热压注法成型时，均存在烧结变形问题，特别是一些具有狭长、薄厚过渡大和大弦宽比结构的型芯，变形问题成为影响合格率的关键因素。其次，虽然该方法提高了型芯强度，但12mpa的强度水平对于一些高性能航空航天发动机部件可能仍显不足。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提出了一种低变形高强度陶瓷型芯及其制备方法，以解决现有技术制备得到的型芯存在烧结变形、型芯强度不足，进而导致难以满足高温浇注的空心定向/单晶铸件、多晶空心铸件的需求的问题。
2、本发明的技术方案是这样实现的：
3、第一方面，本发明提供了一种低变形高强度陶瓷型芯，包括陶瓷型芯粉料，按质量百分数计，所述陶瓷型芯粉料包括30-85％的高温煅烧高铝矾土粉、10-50％的电熔莫来石粉和1-20％的氧化铝粉。
4、在以上技术方案的基础上，优选的，高温煅烧高铝矾土粉的煅烧温度≥1500℃，高温煅烧高铝矾土粉中al2o3含量≥85wt.％；电熔莫来石粉的电熔温度≥1900℃，电熔莫来石粉中al2o3含量为93-97wt.％。
5、具体地，本发明中，以高温煅烧高铝矾土粉(煅烧温度≥1500℃，al2o3含量≥85wt.％)作为主要基体材料，与普通煅烧温度在1350℃左右的铝矾土相比，1500℃高温煅烧使铝矾土的体积密度更大、显气孔率低、体膨胀小，且晶相稳定、玻璃相含量少，更有利于陶瓷型芯的尺寸稳定性。al2o3含量≥85％的高铝矾土粉所含的莫来石晶相和刚玉相更多，高温性能更稳定。这种稳定的晶相结构减少了高温下的相变风险，同时降低了玻璃相含量，从而极大地改善了陶瓷型芯的尺寸稳定性和高温性能。
6、电熔莫来石是在大于1900℃的高温下采用电熔方法制得，al2o3含量为(95±2)％，其晶相更稳定，基本不参与液相烧结，有利于形成陶瓷型芯稳定的尺寸骨架。
7、高纯度氧化铝粉(al2o3含量≥99.9％)为微细粉，具有一定的高温活性，作为矿化剂材料，促进铝矾土和电熔莫来石的固相烧结，有助于在较低温度下形成致密的微观结构，降低型芯的烧结温度。
8、在以上技术方案的基础上，优选的，高温煅烧高铝矾土粉的粒径为50-60μm，电熔莫来石粉的粒径为30-40μm，氧化铝粉的粒径为6-15μm。
9、高温煅烧高铝矾土粉30-85wt.％，电熔莫来石粉10-70wt.％，氧化铝粉1-20wt.％配比制备基体，实现了莫来石、刚玉和少量玻璃相的最优平衡，有效抑制了高温下的蠕变和变形；同时，高温煅烧高铝矾土粒度分布d50在(50～60)μm，电熔莫来石电d50在(30～40)μm，氧化铝al2o3粒度分布在d50在(6～15)μm，以上的粒度分布有利于形成陶瓷型芯粉料粒度级配，粗细结合，使型芯湿坯具有较高的紧实度和较低的气孔率。这种多级粒径设计不仅优化了堆积密度，改善了浆料流动性，还有效控制了烧结收缩，减少了变形风险，同时在微观上形成了一个由大颗粒骨架支撑、中等颗粒填充、小颗粒润滑的复合结构，使得粗细颗粒在微观尺度上紧密结合，显著提高了型芯湿坯的紧实度，降低了气孔率，从而减少了烧结过程中的收缩空间，有效控制了变形。
10、在以上技术方案的基础上，优选的，所述陶瓷型芯还包括增韧剂、造孔剂和增塑剂，所述增韧剂加入量为陶瓷型芯粉料质量的0.1-5％；所述造孔剂的加入量为陶瓷型芯粉料0.5-5％，所述增塑剂的加入量为陶瓷型芯粉料17-20wt％。
11、具体地，增韧剂的加入有助于提高陶瓷型芯的韧性，减少开裂风险；造孔剂的使用可以在烧结过程中形成适当的孔隙结构，有利于后续的脱芯过程；增塑剂则改善了浆料的流动性和成型性能。
12、在以上技术方案的基础上，优选的，所述增韧剂为氧化铝纤维，造孔剂为石墨粉，增塑剂由84-86wt.％的石蜡、8-12wt.％的微晶蜡和2-8wt.％的蜂蜡的组成。
13、在以上技术方案的基础上，优选的，所述氧化铝纤维中al2o3含量≥95wt.％，所述氧化铝纤维的直径为3-5μm，单丝长度为5-80mm；所述石墨粉的c含量≥99wt.％，石墨粉的粒径为15-25μm。
14、以氧化铝纤维做增韧剂，纤维在高温下能够与陶瓷基体形成良好的界面结合，通过裂纹桥接、纤维拔出等机制吸收断裂能，显著提高陶瓷型芯的抗热震性能和整体韧性，减少在使用过程中因热应力导致的开裂风险；石墨粉作为造孔剂，在烧结过程中，石墨粉的逐渐氧化还能为周围的陶瓷颗粒提供额外的烧结空间，有助于形成更加致密的骨架结构，在保证多孔性的同时不过分降低材料强度。以石蜡、微晶蜡和蜂蜡复配增塑剂，石蜡作为主要成分，提供了良好的流动性和成型性，使陶瓷浆料能够均匀填充复杂的模具；微晶蜡的加入提高了混合物的黏度和可塑性，改善了成型后的强度和表面光洁度；蜂蜡则进一步优化了混合物的黏结性和可塑性，同时其天然的乳化特性有助于改善陶瓷粉体与蜡的相容性，三者复配既能充分填充模具的细节部分，又能保持足够的强度以防止变形。
15、第二方面，本发明提供了一种低变形高强度陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：
16、s1、将高温煅烧高铝矾土粉、电熔莫来石粉和氧化铝粉混合为基体，加入增韧剂、造孔剂和增塑剂，混合均匀，得到浆料；
17、s2、将浆料压制成湿坯，经修整、校型后进行焙烧，得到陶瓷型芯。
18、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s1具体包括：
19、s11、将高温煅烧高铝矾土粉、电熔莫来石粉和氧化铝粉混合15-60min，得到基体，将增韧剂加入到基体中，混合5-10min，得到纤维陶瓷混合料；
20、s12、将增塑剂在80-120℃下融化，加入纤维陶瓷混合料，混合均匀，然后加入造孔剂，继续搅拌至少48h，得到浆料。
21、具体地，加入增韧剂能够显著提高陶瓷型芯的韧性和抗裂性，而不会过度影响其他性能；5-10min的二次混合时间确保了增韧剂在基体中的均匀分布，形成了一个网络结构，有效阻止裂纹的扩展。
22、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s2具体包括：
23、在30-70bar的压力下将浆料压制成湿坯，经修整、校型后，在1320-1380℃下进行高温焙烧，焙烧时间为6-12h，缓冷，得到陶瓷型芯。
24、第三方面，本发明提供了一种低变形高强度陶瓷型芯的应用，所述低变形高强度陶瓷型芯用于空心定向/单晶铸件和多晶空心铸件的制备。
25、本发明的一种低变形高强度陶瓷型芯及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
26、(1)通过高温煅烧高铝矾土粉、电熔莫来石粉和氧化铝粉的精确配比，结合增韧剂、造孔剂和增塑剂的协同作用，制得的陶瓷型芯具有较低的变形量，较高的高温强度，能满足高温浇注的空心定向/单晶铸件、多晶空心铸件的需求；
27、(2)通过高温煅烧的高铝矾土粉提供稳定晶相结构和高温强度，电熔莫来石粉稳定的晶体增强抗热震性能和整体韧性，高纯度氧化铝粉提高耐火性并促进固相烧结，实现了莫来石、刚玉和少量玻璃相的最优平衡；采用多级粒径分布设计，形成了大颗粒骨架支撑、中等颗粒填充、小颗粒润滑的复合结构，显著提高了型芯的紧实度和尺寸稳定性，有效控制了高温下的变形和收缩，为陶瓷型芯的低变形和高强度特性奠定了坚实的材料基础。
1.一种低变形高强度陶瓷型芯，包括陶瓷型芯粉料，其特征在于：按质量百分数计，所述陶瓷型芯粉料包括30-85％的高温煅烧高铝矾土粉、10-50％的电熔莫来石粉和1-20％的氧化铝粉。
2.如权利要求1所述的一种低变形高强度陶瓷型芯，其特征在于：高温煅烧高铝矾土粉的煅烧温度≥1500℃，高温煅烧高铝矾土粉中al2o3含量≥85wt.％；电熔莫来石粉的电熔温度≥1900℃，电熔莫来石粉中al2o3含量为93-97wt.％。
3.如权利要求1所述的一种低变形高强度陶瓷型芯，其特征在于：高温煅烧高铝矾土粉的粒径为50-60μm，电熔莫来石粉的粒径为30-40μm，氧化铝粉的粒径为6-15μm。
4.如权利要求1所述的一种低变形高强度陶瓷型芯，其特征在于：所述陶瓷型芯还包括增韧剂、造孔剂和增塑剂，所述增韧剂加入量为陶瓷型芯粉料总质量的0.1-5％；所述造孔剂的加入量为陶瓷型芯粉料和增韧剂总质量的0.5-5％，所述增塑剂的加入量为陶瓷型芯粉料总质量的17-20wt％。
5.如权利要求4所述的一种低变形高强度陶瓷型芯，其特征在于：所述增韧剂为氧化铝纤维，造孔剂为石墨粉，增塑剂由84-86wt.％的石蜡、8-12wt.％的微晶蜡和2-8wt.％的蜂蜡的组成。
6.如权利要求4所述的一种低变形高强度陶瓷型芯，其特征在于：所述氧化铝纤维中al2o3含量≥95wt.％，所述氧化铝纤维的直径为3-5μm，单丝长度为5-80mm；所述石墨粉的c含量≥99wt.％，石墨粉的粒径为15-25μm。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种低变形高强度陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的一种低变形高强度陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：步骤s1具体包括：
9.如权利要求7所述的一种低变形高强度陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：步骤s2具体包括：
10.如权利要求1-6任一项所述的一种低变形高强度陶瓷型芯的应用，其特征在于：所述低变形高强度陶瓷型芯用于空心定向/单晶铸件和多晶空心铸件的制备。
