本发明涉及精密铸造，更具体地说，是涉及一种铝-硅基陶瓷型芯及其光固化增材制造-热压注复合成型制备方法。
背景技术：
1、目前，航空发动机用燃气涡轮叶片的精密铸造多采用熔模铸造的方法。随着叶片承温能力需求的不断提高，涡轮叶片结构由简单实心结构发展为复杂气冷多腔道的空心结构。陶瓷型芯是成型空心叶片内腔的重要转接件，叶片内腔结构的复杂化导致陶瓷型芯结构呈现多腔、多层结构，制备难度大。特别是，陶瓷型芯上存在大量精细结构（截面尺寸＜3mm），例如排气边、连接柱、连接颈等。由于尺寸微小，精细结构所能承受的抗弯载荷较小，在陶瓷型芯服役的压蜡和浇注工序中，因受到热应力和机械应力而率先发生断裂，降低了涡轮叶片的合格率。
2、同时，定向或单晶涡轮叶片用陶瓷型芯需要具有良好的退让性，即在金属液刚凝固时，陶瓷型芯与铸件的高温强度应大致相当，以避免高温合金的二次结晶。氧化硅基陶瓷型芯因良好的退让性、可脱除性和抗热震性而获得广泛应用。硅基陶瓷型芯以sio2为主体材料、以方石英为主晶相，室温抗弯强度约为10~25mpa，1500℃的高温强度为20~40mpa。然而，硅基陶瓷型芯难以保证精细结构的抗冲击性。因此，亟待开发一种主体部分具有良好退让性、精细结构具有高抗冲击性的陶瓷型芯。
3、目前，现有技术一般通过激光切割、机械加工、焊接等方法制备高强度的耐融金属型芯件，再通过机械互锁或者化学黏结的方式将耐融金属型芯件与陶瓷件相连接，形成陶瓷-耐融金属型芯的复合陶瓷型芯。但是，上述现有技术存在如下缺点：在焙烧和浇注过程中，耐融金属型芯件有氧化和与高温合金反应的风险；复合陶瓷型芯需进行非氧化烧结，增加了制备工艺的难度；耐融金属型芯需要酸溶液脱除，提高了高温合金铸件腐蚀受损的可能性。
4、此外，其他现有技术还有基于热压注技术，在陶瓷型芯模具中预放置石英玻璃棒，代替压制一体成型的硅基陶瓷圆棒，形成添加石英玻璃棒的硅基陶瓷型芯，从而有效解决了陶瓷圆棒强度不足导致型芯断裂的问题。但是，该技术仅涉及简单圆柱形石英玻璃棒，而对于复杂精细异形结构的石英玻璃棒，由于存在制备难度大、尺寸精度低的问题，限制了该技术的推广应用；且该技术未详细讨论石英玻璃棒和硅基陶瓷型芯因热膨胀和收缩率不同而造成的界面分离问题，从而在实际应用中，导致焙烧和浇注时，石英玻璃棒和硅基陶瓷型芯结合处易产生缺陷。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝-硅基陶瓷型芯的光固化增材制造-热压注复合成型制备方法，能够制备得到主体部分具有良好退让性、精细结构具有高抗冲击性的陶瓷型芯，解决现有陶瓷型芯在压蜡和浇注环节存在的断芯问题，从而提高空心涡轮叶片的生产合格率。
2、本发明提供了一种铝-硅基陶瓷型芯的光固化增材制造-热压注复合成型制备方法，包括以下步骤：
3、步骤s01：根据陶瓷型芯的结构模型，将陶瓷型芯分为光固化增材制造成型部分1和热压注成型部分2；
4、步骤s02：设计光固化增材制造成型部分1的数字模型，包括成型端1-1和结合端1-2两部分；
5、步骤s03：使用光固化增材制造方法进行打印、烧结和修整，制备得到光固化增材制造成型部分1；
6、步骤s04：设计陶瓷型芯模具，用于热压注成型部分2的制备，模具上应设计有放置光固化增材制造成型部分1的限位卡槽；
7、步骤s05：将光固化增材制造成型部分1放入陶瓷型芯模具的限位卡槽中，通过热压注法制备热压注成型部分2，形成热压注成型部分2紧密包覆结合端1-2的完整陶瓷型芯生坯；
8、步骤s06：目视检验，确认光固化增材制造成型部分1与生坯态的热压注成型部分2无缺陷，且二者结合处无缺陷；
9、步骤s07：烧结形成烧结态陶瓷型芯，随炉冷却至室温后出炉；
10、步骤s08：目视检验，确认陶瓷型芯整体无缺陷，即制备得到铝-硅基陶瓷型芯。
11、优选的，步骤s01中所述光固化增材制造成型部分1为陶瓷型芯上尺寸微小的精细结构，由高强度铝基陶瓷材料制备；所述热压注成型部分2为陶瓷型芯的主体部分，由硅基陶瓷材料制备。
12、优选的，步骤s02中所述成型端1-1参与形成陶瓷型芯外形结构，所述结合端1-2用于与热压注成型部分2相结合。
13、优选的，所述结合端1-2的表面具有凹凸微观纹理结构，其纹路深度大于因铝基陶瓷材料和硅基陶瓷材料热膨胀率和烧结收缩率不匹配导致的间隙宽度。
14、优选的，步骤s03中所述铝基陶瓷件的陶瓷浆料包括：
15、陶瓷粉料55~85vol%，光敏树脂10~45vol%，分散剂1~5wt%，添加剂0.1~3wt%。
16、优选的，所述陶瓷粉料由氧化铝粉末95~99.9wt%，氧化硅粉末0.1~5wt%、氮化硅晶须0.1~3wt%组成；所述氧化铝粉末由粒径为0.1~0.5μm、1~2μm和3~5μm的粉末按质量比（1.5~2.5）：（6~8）：1组成；所述氧化硅粉末为粒径0.3~0.8μm的球形粉末；所述光敏树脂由外加tpo光引发剂0.4~1wt%、hdda树脂60~90wt%、tmpta树脂3~15wt%、pptta树脂3~15wt%、peg400da树脂3~15wt%组成；所述分散剂为disperbyk-110；所述添加剂包含聚乙烯纤维、多壁碳纳米管和淀粉中的一种或多种。
17、优选的，步骤s03中所述铝基陶瓷件的开气孔率为5~30%，室温三点抗弯强度不小于300mpa，经高温高压koh碱液浸泡可去除。
18、优选的，步骤s04中所述用于热压注成型部分2成型的陶瓷型芯模具，应设计有放置光固化增材制造成型部分1的限位卡槽，且结合端1-2四周应留有硅基陶瓷浆料的填充空间，使硅基陶瓷浆料的厚度大于0.5mm。
19、优选的，步骤s05中所述热压注法为：使用压芯机在一定注射参数下将熔融态硅基陶瓷浆料注入陶瓷型芯模具中，经一定保压时间后，硅基陶瓷浆料冷却凝固，形成热压注成型部分2包覆光固化增材制造成型部分1的完整陶瓷型芯生坯；
20、所述注射压力为4.0~7.8mpa，注射时间为3~8s，保压时间为20~50s，合模压力为4.0~8.0mpa，模具温度为30~45℃，浆料温度为60~110℃。
21、优选的，步骤s07中所述硅基陶瓷件的开气孔率为20~40%，室温三点抗弯强度为10~20mpa，在37%浓度koh沸腾碱液中的溶失性为0.08~0.15g/min。
22、与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，制备得到的铝-硅基陶瓷型芯为光固化增材制造-热压注复合成型铝-硅陶瓷型芯，主体部分具有良好退让性、精细结构具有高抗冲击性的陶瓷型芯，解决陶瓷型芯在压蜡和浇注环节的断芯问题，提高空心涡轮叶片的生产合格率。
1.一种铝-硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s01中所述光固化增材制造成型部分（1）为陶瓷型芯上尺寸微小的精细结构，由高强度铝基陶瓷材料制备；所述热压注成型部分（2）为陶瓷型芯的主体部分，由硅基陶瓷材料制备。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s02中所述成型端（1-1）参与形成陶瓷型芯外形结构，所述结合端（1-2）用于与热压注成型部分（2）相结合。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述结合端（1-2）的表面具有凹凸微观纹理结构，其纹路深度大于因铝基陶瓷材料和硅基陶瓷材料热膨胀率和烧结收缩率不匹配导致的间隙宽度。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s03中所述铝基陶瓷件的陶瓷浆料包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉料由氧化铝粉末95~99.9wt%，氧化硅粉末0.1~5wt%、氮化硅晶须0.1~3wt%组成；所述氧化铝粉末由粒径为0.1~0.5μm、1~2μm和3~5μm的粉末按质量比（1.5~2.5）：（6~8）：1组成；所述氧化硅粉末为粒径0.3~0.8μm的球形粉末；所述光敏树脂由外加tpo光引发剂0.4~1wt%、hdda树脂60~90wt%、tmpta树脂3~15wt%、pptta树脂3~15wt%、peg400da树脂3~15wt%组成；所述分散剂为disperbyk-110；所述添加剂包含聚乙烯纤维、多壁碳纳米管和淀粉中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s03中所述铝基陶瓷件的开气孔率为5~30%，室温三点抗弯强度不小于300mpa，经高温高压koh碱液浸泡可去除。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s04中所述用于热压注成型部分（2）成型的陶瓷型芯模具，应设计有放置光固化增材制造成型部分（1）的限位卡槽，且结合端（1-2）四周应留有硅基陶瓷浆料的填充空间，使硅基陶瓷浆料的厚度大于0.5mm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s05中所述热压注法为：使用压芯机在一定注射参数下将熔融态硅基陶瓷浆料注入陶瓷型芯模具中，经一定保压时间后，硅基陶瓷浆料冷却凝固，形成热压注成型部分（2）包覆光固化增材制造成型部分（1）的完整陶瓷型芯生坯；
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s07中所述硅基陶瓷件的开气孔率为20~40%，室温三点抗弯强度为10~20mpa，在37%浓度koh沸腾碱液中的溶失性为0.08~0.15g/min。
