铸造难熔金属复合材料用稀土陶瓷型芯结构及相关工艺.docx

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铸造难熔金属复合材料用稀土陶瓷型芯结构及相关工艺

铸造难熔金属复合材料用稀土陶瓷型芯结构及相关工艺

Rareearth-basedcoreconstructionsforcastingrefractorymetalcomposites,andrelatedprocesses

铸造难熔金属复合材料用稀土型芯结构及相关工艺

Amethodoffabricatingacoreforaceramicshellmoldisdisclosed.Aporouscorebodyisformedfromatleastabout50%byweightofatleastonerareearthmetaloxide.Thecorebodyisheatedunderheatingconditionssufficienttoprovidethecorewithadensityofabout35%toabout80%ofitstheoreticaldensity.Thecorebodyistheninfiltratedwithaliquidcolloidorsolutionofatleastonemetaloxidecompound,e.g.,rareearthmetaloxides;silica,aluminumoxide,transitionmetaloxides,andcombinationsthereof.Theinfiltratedcorebodyisthenheatedtosintertheparticleswithoutsubstantiallychangingthedimensionsofthecorebody.Mold-coreassemblieswhichincludesuchacorebodyarealsodescribed.Adescriptionofprocessesforcastingaturbinecomponent,usingthecore,isalsosetforthherein.

本发明公开了一种陶瓷壳模具芯的制造方法。

多孔芯体由至少一种稀土金属氧化物的重量的至少50%形成。

堆芯体在加热条件下被加热，足以使堆芯密度达到其理论密度的35%到80%左右。

然后用至少一种金属氧化物化合物（例如，稀土金属氧化物；二氧化硅、氧化铝、过渡金属氧化物及其组合）的液体胶体或溶液浸渍芯体。

然后将浸渍的芯体加热以烧结颗粒，而不会实质性地改变芯体的尺寸。

还描述了包括这种芯体的模芯组件。

本文还阐述了使用芯模铸造涡轮部件的工艺描述。

PrimaryExaminer:

KERNS,KEVINP

Attorney,AgentorFirm:

GENERALELECTRICCOMPANY（GLOBALRESEARCH1RESEARCHCIRCLEK1-3A59,Niskayuna,NY,12309,US）

Claims:

Theinventionclaimedis:

1.Amethodoffabricatingacoreforamold,comprisingthefollowingsteps:

（a）formingaporouscorebodyaccordingtoselecteddimensionsfromacompositioncomprisingabinderandatleastabout50%byweightofatleastonerareearthmetaloxide,basedonthetotalweightofthecorebody;（b）heatingthecorebodyunderheatingconditionssufficienttoremoveasubstantialportionofthebinderandprovidethecorewithadensityofabout35%toabout80%ofitstheoreticaldensity;（c）infiltratingthecorebodywithaliquidcolloidorsolutionwhichcomprisesparticlesofatleastonemetaloxidecompoundorprecursorthereof,selectedfromthegroupconsistingofrareearthmetaloxides;silica,alumina,transitionmetaloxides,andcombinationsthereof;andthen（d）heat-treatingtheparticle-infiltratedcorebodyunderheatingconditionssufficienttosintertheparticleswithoutsubstantiallychangingthedimensionsofthecorebody.

一种为模具制造芯的方法，包括以下步骤：

（A）根据从包含粘合剂和至少一种稀土金属氧化物重量的50%（以重量计）的混合物中选择的尺寸形成多孔芯体；（b）在加热条件下加热芯体，该加热条件足以除去大部分粘合剂，并使芯体的密度约为其理论密度的35%至80%；（c）用液体胶体或溶液渗透芯体，该液体胶体或溶液包含至少一种金属氧化物化合物或其前体的颗粒，选自稀土金属氧化物、二氧化硅、氧化铝、过渡金属氧化物及其组合；然后（d）在加热条件下对渗入颗粒的芯体进行热处理，该加热条件足以在不显著改变芯体尺寸的情况下烧结颗粒。

2.Themethodofclaim1,whereintherareearthmetaloxideofstep（a）isselectedfromthegroupconsistingofyttriumoxide,ceriumoxide,erbiumoxide,dysprosiumoxide,ytterbiumoxide,andcombinationsthereof.

根据权利要求1所述的方法，其中步骤（a）的稀土金属氧化物选自氧化钇、氧化铈、氧化铒、氧化镝、氧化镱及其组合。

3.Themethodofclaim1,whereinthecompositionofstep（a）comprisesatleastabout65%ofatleastonerareearthmetaloxide.

如请求项1之方法，其中步骤（a）之组成包含至少一种稀土金属氧化物之至少约65%。

4.Themethodofclaim1,whereintherareearthmetaloxidecomprisesyttria.

如请求项1之方法，其中所述稀土金属氧化物包含钇。

5.Themethodofclaim1,whereintheporouscorebodyofcomponent（a）isformedbyamoldingprocess.

根据权利要求1所述的方法，其中所述组件（a）的多孔芯体由成型工艺形成。

6.Themethodofclaim1,whereintheporouscorebodyofcomponent（a）isformedbyaprocessselectedfromthegroupconsistingofinjectionmolding,transfermolding,compressionmolding,diepressing,investmentcasting,coagulationcasting,gelcasting,slipcasting,extrusion,andcombinationsthereof.

根据权利要求1所述的方法，其中所述组件（a）的多孔芯体由从以下组中选择的过程形成：

注射成型、转移成型、压缩成型、模压成型、熔模铸造、凝固铸造、凝胶铸造、滑动铸造、挤压及其组合。

7.Themethodofclaim1,whereinthecorebodyisheatedinstep（b）underheatingconditionssufficienttoprovidethecorewithadensityofabout50%toabout75%ofitstheoreticaldensity.

根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（b）中，在足以使芯具有约50%至约75%的理论密度的加热条件下加热芯体。

8.Themethodofclaim1,whereintheheat-treatmenttemperatureofstep（b）isintherangeofabout900°C.toabout1800°C.

如请求项1之方法，其中步骤（b）之热处理温度在约900℃至约1800℃范围内。

9.Themethodofclaim1,whereintheheattreatmentofstep（b）iscarriedoutinafurnace.

如请求项1之方法，其中步骤（b）之热处理系在熔炉中进行。

10.Themethodofclaim1,whereinthebindercomprisesatleastonematerialselectedfromthegroupconsistingoforganometallicliquids;wax-basedcompositions;thermosettingresins,andcombinationsthereof.

如请求项1之方法，其中该黏合剂包含选自有机金属液体、蜡基成分、热固性树脂及其组合之群之至少一种材料。

11.Themethodofclaim1,whereintherareearthmetaloxidesofstep（c）areselectedfromthegroupconsistingofyttriumoxide,ceriumoxide,erbiumoxide,dysprosiumoxide,ytterbiumoxide,andcombinationsthereof.

根据权利要求1所述的方法，其中步骤（c）的稀土金属氧化物选自氧化钇、氧化铈、氧化铒、氧化镝、氧化镱及其组合。

12.Themethodofclaim1,whereinthetransitionmetaloxidesofstep（c）areselectedfromthegroupconsistingofhafniumoxide,titaniumoxide,zirconiumoxide,andcombinationsthereof.

如请求项1之方法，其中步骤（c）之过渡金属氧化物选自氧化铪、氧化钛、氧化锆及其组合。

13.Themethodofclaim1,whereinstep（c）comprisesinfiltrationwithaliquidcolloid.

如请求项1之方法，其中步骤（c）包含用液体胶体渗透。

14.Themethodofclaim13,whereinstep（c）iscarriedoutbyimmersingtheporouscorebodyintheliquidcolloid.

根据权利要求13所述的方法，其中步骤（c）通过将多孔芯体浸入液体胶体中来执行。

15.Themethodofclaim13,whereinthecorebodytreatedaccordingtostep（b）comprisesporeshavinganaverage,selectedpore-openingsize,andtheparticlesintheliquidcolloidhaveanaveragesizesmallerthantheaveragepore-openingsize,topermittheparticlestoinfiltratetheporesofthecorebody.

根据权利要求13所述的方法，其中根据步骤（b）处理的芯体包括具有所选平均孔径的孔，并且液体胶体中的颗粒具有小于平均孔径的平均尺寸，以允许颗粒渗入芯体的孔。

16.Themethodofclaim15,whereintheaveragesizeoftheparticlesinthecolloidislessthanabout1micron.

如请求项15之方法，其中胶体中粒子之平均大小小于约1微米。

17.Themethodofclaim16,whereintheaveragesizeoftheparticlesinthecolloidislessthanabout0.1micron.

如请求项16之方法，其中胶体中粒子之平均大小小于约0.1微米。

18.Themethodofclaim1,whereinstep（c）comprisesinfiltrationwithanaqueousornon-aqueoussolutionoftheinfiltratingparticles.

根据权利要求1所述的方法，其中步骤（c）包括用渗透颗粒的水溶液或非水溶液渗透。

19.Themethodofclaim18,whereinthesolutioncomprisesaprecursorofthematerialformingtheparticles.

如请求项18之方法，其中该溶液包含形成该粒子之材料之前驱物。

20.Themethodofclaim18,whereinthesolutioncomprisesatleastonenitrate,nitrite,acetate,carbonate,stearate,ororganometalliccompoundoftheinfiltratingparticles.

如请求项18之方法，其中该溶液包含至少一种渗透粒子之硝酸盐、亚硝酸盐、乙酸盐、碳酸盐、硬脂酸盐或有机金属化合物。

21.Themethodofclaim1,whereininfiltrationstep（c）iscarriedoutunderconditionswhichprovideatleastabout0.5%byweightofthemetaloxidewithinthecorebody,basedonthetotalweightofthecorebody.

根据权利要求1所述的方法，其中渗透步骤（c）是在基于所述芯体的总重量在所述芯体内提供至少约0.5%（按重量计）金属氧化物的条件下进行的。

22.Themethodofclaim21,whereininfiltrationstep（c）iscarriedoutunderconditionswhichprovideatleastabout2%byweightofthemetaloxidewithinthecorebody.

根据权利要求21所述的方法，其中渗透步骤（c）是在芯体内提供至少约2%（重量比）金属氧化物的条件下进行的。

23.Themethodofclaim1,whereintheheattreatmentofstep（d）issufficienttoremovetheliquidcomponentofthecolloidwhiletheparticlesremaininthepores,soastomaintainsubstantiallyopen,surface-connectedporosityinthecorebody.

如请求项1之方法，其中步骤（d）之热处理足以移除胶体之液体组分，而粒子仍留在孔中，以维持芯体内实质上开放且表面连接之孔隙率。

24.Themethodofclaim1,whereintheheattreatmentofstep（d）iscarriedoutatatemperatureintherangeofabout1200°C.toabout1800°C.

如请求项1之方法，其中步骤（d）之热处理系在约1200℃至约1800℃之温度范围内进行。

25.Themethodofclaim1,whereintheheattreatmentofstep（d）isatleastpartiallycarriedoutafterthecorebodyisdisposedinadieorashellmold.

根据权利要求1所述的方法，其中步骤（d）的热处理至少部分在芯体被放置在模具或壳模中之后进行。

26.Themethodofclaim1,whereintheheattreatmentofstep（d）issufficienttoresultintheformationofrareearth-silicates.

如请求项1之方法，其中步骤（d）之热处理足以导致形成稀土硅酸盐。

27.Themethodofclaim1,whereinthemoldisaceramicshellmold.

如请求项1之方法，其中该模具系陶瓷壳模具。

28.Themethodofclaim1,whereinthecorebodycomprisesatleastabout50%byweightyttria;andthecorebodyisinfiltratedinstep（c）withanoxidewhichcomprisessilica.

29.Themethodofclaim28,whereinheat-treatmentstep（d）iscarriedoutunderconditionswhichconvertsubstantiallyallsilicatoatleastoneyttriumsilicatecompound.

30.Themethodofclaim29,whereintheyttriumsilicatecompoundcomprisesyttriummonosilicate.

31.Acoreforamold,fabricatedbythemethodofclaim1.

32.Amethodoffabricatingacoreforaceramicshellmold,comprisingthefollowingsteps:

（a）formingaporouscorebodyaccordingtoselecteddimensionsfromacompositioncomprisingabinderandatleastabout75%byweightofyttria,basedonthetotalweightofthecorebody;（b）heatingthecorebodyunderheatingconditionssufficienttoremoveasubstantialportionofthebinderandprovidethecorewithadensityofabout50%toabout75%ofitstheoreticaldensity;（c）infiltratingthecorebodywithaliquidcolloidorsolutionwhichcomprisesparticlesofatleastonemetaloxidecompoundorprecursorthereof,whereinthemetaloxidecompoundorprecursorcomprisesatleastabout50%byweightsilica;andthen（d）heat-treatingtheparticle-infiltratedcorebodyunderheatingconditionssufficienttosintertheparticleswithoutsubstantiallychangingthedimensionsofthecorebody;andtoconvertsubstantiallyallsilicatoatleastoneyttriumsilicatecompound.

33.Themethodofclaim32,whereintheheat-treatmenttemperatureofstep（b）isintherangeofabout900°C.toabout1800°C.;theheat-treatmenttemperatureofstep（d）isintherangeofabout1200°C.toabout1800°C.;andtheyttriumsilicatecompoundcomprisesyttriummonosilicate.

34.Amethodforcastingaturbinecomponentformedofarefractor