一种高温精密铸造用颗粒状莫来石及其制造方法与流程

1.本发明涉及冶炼技术领域，具体为一种高温精密铸造用颗粒状莫来石及 其制造方法。


背景技术：

2.莫来石是以3al2o3·
2sio2结晶相为主要成分的耐火材料，分为天然莫来 石和人工合成莫来石两大类。莫来石的矿物结构为斜方晶系，晶体呈长柱状、 针状、链状排列，针状莫来石在制品中穿插构成坚固的骨架。因为天然莫来 石很少，纯度不高、矿物成分复杂，一般采用人工合成。合成莫来石及其制 品具有密度和纯度较高、高温结构强度高、高温蠕变率低、热膨胀率小、抗 化学侵蚀性强、抗热震性好等优良的高温力学、热学性能，因此高纯度莫来 石近几年在耐火材料行业中的研究比较多，其主要产品有电熔莫来石和煅烧 莫来石。
3.煅烧莫来石是按照铝硅系的比例3：：2做成硅坯，烧到1500℃～1700℃， 然后破碎得到所需要的粒度。烧结方法按照原料制备的方式又有干法与湿法 之分，干法工艺是将配料共同粉磨，经压球或压坯后用回转窑或隧道窑烧成； 湿法工艺是将配合料加水磨成料浆，再压滤脱水成为泥饼，真空挤泥成为泥 段或泥坯再经煅烧而成。莫来石一般利用高岭石、硅线石族矿物，氢氧化铝 或氧化铝和二氧化硅直接合成。粘土物质与氧化铝或硅线石族矿物与工业氧 化铝在加热条件下反应形成一次和二次莫来石，一次莫来石在1000℃～1200℃ 范围内形成，进一步提高温度会使结晶增大。二次莫来石的形成通常在1650℃ 时完结。为了制取致密的莫来石制品，常用二步烧结法。但煅烧的莫来石只 是化学成分达到了莫来石的指标，其岩相转变是针状、棱柱状莫来石和玻璃 相等的混合物，无法加工成颗粒状高纯度莫来石，达不到最佳的使用性能。
4.电熔莫来石一般有高纯电熔莫来石和普通电熔莫来石。其原料组成分别 为工业氧化铝 高纯硅石和铝矾土熟料 硅石。
5.电熔合成莫来石时，配料的al2o3/sio2比值决定着电熔莫来石的矿物相及 莫来石的晶体形态(表1)。电熔莫来石是由熔体结晶而制得，其过程非常类似 于al2o3‑
sio2系相图的冷却析晶过程。在电熔莫来石al2o3含量达79％时，仍未 出现刚玉相，主要是al2o3固溶于莫来石中形成β
‑
莫来石的结果。由于原料中 含有mgo、cao、na2o及tio2等杂质，以及熔融设备和电熔温度的差异，电熔 莫来石的矿物组成与表1中的规律有一定的对应关系。
6.表1al2o3/sio2比值与电熔莫来石的矿物组成
[0007][0008]
电熔莫来石可以按莫来石的理论成分用电熔方法制得高纯莫来石，岩相 是针柱状莫来石结构，无法加工成颗粒状莫来石，仍然做不成满足高温陶瓷 型壳要求的耐火材料，只能做一些初、中级耐火材料。
[0009]
针柱状结构的莫来石破碎后的砂粒始终是针柱状，长度方向尺寸大于横 向，航空发动机、燃气轮机叶片熔模精铸的陶瓷型壳有一套完整制作工艺， 它有两种挂砂方式。一种是在制作陶瓷型壳时将挂浆的模型放入沸腾的流态 砂床中挂砂，此时的沸腾砂是有方向性，砂粒呈直立柱状，此时的模组和零 件粘不住接触面很小的砂粒，蜡件的边缘尖锐处更是挂不上砂粒。另一种挂 砂方法是两端撒砂，将砂粒通过合适的筛网淋在模型上，每种筛号与砂粒尺 寸是相对应的，砂粒落在筛子上是随机、自由放置的，落下时有竖直的也有 横向的，竖直落下的是小于筛孔孔径的砂粒能落下，横着落下的则大于筛孔 孔径堵了筛网，砂粒筛不下来，落下的砂粒也因与模组接触面小而在零件上 粘不稳，从而使模型很难粘上砂，模壳的各个方向的性能不一致，所以针柱 的砂不适用型壳成型。只有颗粒状的莫来石砂和莫来石粉才能生产出各向都 很优异的莫来石型壳和型芯，为此，我们提出一种高温精密铸造用颗粒状莫 来石及其制造方法。


技术实现要素：

[0010]
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种高温精密铸造用 颗粒状莫来石及其制造方法，可以生产颗粒状的莫来石砂和莫来石粉，解决 了高温合金精密铸造要求高温模壳各向同性的难题，解决了高温合金铸件表 面粘砂问题，充分发挥了莫来石优良的高温热力学、化学性能，可以有效解 决背景技术中的问题。
[0011]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0012]
一种高温精密铸造用颗粒状莫来石，(该高温精密铸造用颗粒状莫来石) 由料粉制成，所述料粉包括工业氧化铝和高纯氧化硅组成的混合物，其中工 业氧化铝占该混合物的71.8％，所述料粉还包括占粉料总重量1％～5％的稀 土氧化物。
[0013]
一种高温精密铸造用颗粒状莫来石的制造方法，包括以下步骤：
[0014]
1)选材：其中工业氧化铝：al2o3>98％，na2o<0.5％
[0015]
高纯氧化硅：sio2>99％，fe2o3<0.03％
[0016]
稀土氧化物：≥99.95％；
[0017]
2)冶炼：将工业氧化铝、高纯氧化硅和稀土氧化物组成的料粉混合均匀， 然后加入电弧炉中进行冶炼加工，改变了传统莫来石岩相的针、柱状结构， 生成均匀的网络状岩相结构的莫来石；
[0018]
3)粉碎：将网络状岩相结构的莫来石依次进行破碎、分筛和研磨，加工 生成各种粒度、尺寸均匀的颗粒状高纯度莫来石砂和莫来石粉。
[0019]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本高温精密铸造用颗粒状莫来 石及其制造方法，具有以下好处：
[0020]
当今熔模精密铸造陶瓷型壳材料几乎都在使用刚玉材料，在使用中存在 不少难以克服的困难，造成铸造叶片质量不高，合格率通常只有50％～60％。 其主要问题是陶瓷型壳及陶瓷型芯质量不稳定，这种型壳、型芯在叶片铸造 过程中多次受到冷、热冲击，经过热力学、热化学处理后岩相结构发生了变 化、材料体积发生了变化，材料高温性能也发生了不同的变化。
[0021]
以前高纯度莫来石岩相都是呈长柱状、针状晶体，自从生产出网状结构、 颗粒状的莫来石砂和莫来石粉后很好地解决了高温合金熔模精密铸造制壳过 程中的很多问题，充分发挥了莫来石型壳具有的高温结构强度高、高温蠕变 率低、热膨胀系数小、抗化学侵蚀性强、抗热震性好等优良的高温热力学、 化学性能。高温合金熔模铸造合格率已经可以达到90％以上。
具体实施方式
[0022]
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]
本实施例提供一种技术方案：
[0024]
一种高温精密铸造用颗粒状莫来石，(该高温精密铸造用颗粒状莫来石) 由料粉制成，料粉包括工业氧化铝和高纯氧化硅组成的混合物，其中工业氧 化铝占该混合物的71.8％，料粉还包括占粉料总重量1％～5％的稀土氧化物。
[0025]
一种高温精密铸造用颗粒状莫来石的制造方法，包括以下步骤：
[0026]
1)选材：其中工业氧化铝：al2o3>98％，na2o<0.5％
[0027]
高纯氧化硅：sio2>99％，fe2o3<0.03％
[0028]
稀土氧化物：≥99.95％；
[0029]
2)冶炼：将工业氧化铝、高纯氧化硅和稀土氧化物组成的料粉混合均匀， 然后加入电弧炉中进行冶炼加工，改变了传统莫来石岩相的针、柱状结构， 生成均匀的网络状岩相结构的莫来石；
[0030]
3)粉碎：将网络状岩相结构的莫来石依次进行破碎、分筛和研磨，加工 生成各种粒度、尺寸均匀的颗粒状高纯度莫来石砂和莫来石粉。
[0031]
稀土是指元素周期表中原子序数为57到71的15种镧系元素，以及与 镧系元素化学性质相似的钪和钇共17种元素，经过研究可知稀土在氧化铝陶 瓷中的作用机制主要是：
1、稀土阳离子半径大于铝离子，很难形成固溶体， 在温度升高的迁移过程中稀土离子在晶界处聚集，对晶界迁移产生“钉扎
”ꢀ
作用，抑制晶粒的快速长大。2、稀土氧化物中阳离子的引入会使基体氧化物 陶瓷结构发生变化而形成阳离子空位，加速离子移动、活化烧结，使组织致 密化。3、稀土氧化物是良好的表面活性物质，可改善氧化铝陶瓷的润湿性， 降低陶瓷材料的熔点，从而降低烧结温度。
[0032]
氧化铝选用的是高纯度的某种工业氧化铝，氧化硅选用的是高纯度的氧 化硅，稀土也是选用常见的容易采购解决的高纯度稀土氧化物，根据冶炼工 艺的变化和影响调整了氧化铝和氧化硅的配比，保证生产出高纯度的莫来石。 通过调整稀土的加入比例很好地控制了莫来石网状结构岩相的转变，从而生 产出网状结构岩相、破碎加工成颗粒状的莫来石砂和莫来石粉。
[0033]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用 本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相 关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。