本发明是一种精密铸造用氧化钇基陶瓷型芯及其制备方法，属于物理冶金中的精密铸造领域。
背景技术：
精密铸造是现代工业复杂零部件的重要制造方式之一。其中，具有复杂内腔结构的空心铸件需要使用陶瓷型芯来保证零部件的内腔形状及尺寸。目前，较为成熟的陶瓷型芯主要以氧化铝和氧化硅为主要原材料，所制备的氧化铝和氧化硅基陶瓷型芯已经广泛应用于包括钢、高温合金等材料的精密铸造当中。但是，氧化铝基和氧化硅基陶瓷型芯在1600℃以上强度较低、易发生变形，且由于氧化铝和氧化硅在高温下化学活性高易于具有合金高温熔体发生界面反应，造成铸件质量下降或报废。但是，对于含有多种高活性元素的合金(诸如钛合金、钛铝合金、锆合金、铌合金、铌硅合金、铌钛合金、铌锆合金、钛锆合金)，其精密铸造过程中浇铸温度将超过1600℃，这些合金空心铸造零部件的制造需要能够承受1600℃以上高温且具有较低化学活性的陶瓷型芯。由此可见，氧化铝基陶瓷型芯和氧化硅基陶瓷型芯已经无法满足1600℃以上的使用需求。
技术实现要素：
本发明针对上述情况，提供了一种精密铸造用氧化钇基陶瓷型芯及其制备方法，其目的是使制备的型芯可满足2100℃以下环境下钢、高温合金、钛及其合金、钛铝合金、铌及其合金、铌硅合金、锆及其合金等的空心铸件的精密铸造需求。
本发明的所提供的技术方案如下：
本发明技术方案提出了一种精密铸造用氧化钇基陶瓷型芯，其特征在于：该氧化钇基陶瓷型芯的原材料粉体的组成及重量百分比为：
氧化镧、氧化铈、氧化铕中的一种或几种的混合物5-13％；
硝酸钙、碳酸钙、氢氧化钙中的一种1-3％。
氧化钇余量。
在一种实施中，该氧化钇基陶瓷型芯的原材料粉体的组成及重量百分比为：
氧化镧、氧化铈、氧化铕中的一种或几种的混合物7％；
硝酸钙、碳酸钙、氢氧化钙中的一种3％。
氧化钇90％。
在一种实施中，该氧化钇基陶瓷型芯的原材料粉体的组成及重量百分比为：
氧化镧、氧化铈、氧化铕中的一种或几种的混合物5％；
硝酸钙、碳酸钙、氢氧化钙中的一种2％。
氧化钇88％。
上述氧化钇基陶瓷型芯的原材料粉体的组成及配比是本发明技术方案的核心，其在技术上的创新主要体现在：
1)现有用于陶瓷型芯的主要原材料是氧化铝和氧化硅，已经可以满足以镍基高温合金为代表合金的精密铸造，使用温度可达到1600℃。但是，随着制造技术的发展，对于钛合金、钛铝合金、锆合金、铌合金、铌硅合金、铌钛合金、铌锆合金、钛锆合金空心铸件的需求日趋急迫，但这些合金的浇注温度均在1600℃以上，且这些金属熔体的高温化学反应活性很高。而氧化铝基陶瓷型芯和氧化硅陶瓷型芯在1600℃强度和抗界面反应性已经无法满足要求。而氧化钇的熔点远高于氧化铝和氧化硅，可达2400℃左右，可保证陶瓷型芯1600-2100℃高温强度；并且其化学生成能低于上述合金中活性元素氧化物的生成能，铸造过程中不会于上述合金高温熔体发生反应，因此该型芯的使用温度远高于现有的氧化铝和氧化硅体系，可达2100℃。
2)该氧化钇陶瓷型芯中加入氧化镧、氧化铈、氧化铕中的一种或几种的混合物作为矿化剂以保证该陶瓷型芯能够在1650℃实现烧结，满足实际生产需要；此外，该陶瓷型芯中加入合理配比的硝酸钙、碳酸钙、氢氧化钙中的一种，这三种粉体在烧结过程中将分解成氧化钙，这些氧化钙会固溶在氧化钇中，不会影响陶瓷型芯与高温金属熔体的界面反应，同时在氧化钇型芯脱除时会和溶液中的酸性物质和水分结合，有效提高了陶瓷型芯的脱除效率。
本发明技术方案还提出一种制备上述精密铸造用氧化钇基陶瓷型芯的方法，其特征在于：该方法步骤如下：
步骤一、按配比称量该氧化钇基陶瓷型芯的原材料粉体；
步骤二、称量原材料粉体重量10-15％的增塑剂，将原材料粉体加入到融化后的增塑剂中，搅拌10-20h，冷却后获得氧化基陶瓷型芯料饼；
步骤三、将氧化钇基陶瓷型芯料饼加热至90-120℃熔化，利用模具通过热压注法压制成为型芯生坯；
步骤四、将型芯生坯埋入氧化锆粉中进行1400-1650℃焙烧，保温时间为5-8h，得到氧化钇基陶瓷型芯。
在一种实施中，增塑剂为石蜡、蜂蜡、聚乙烯混合物。
在一种实施中，氧化钇粉的粒度为100-325目。
在一种实施中，氧化镧、氧化铈、氧化铕、硝酸钙、碳酸钙、氢氧化钙的粒度不大于325目。
在一种实施中，步骤四中所述的型芯生坯的焙烧温度为1500-1600℃。
具体实施方式
下面以具体实施例的方式进一步阐明本发明，而非仅局限于实施例。
实施例1
按照如下步骤进行制备了用于铌硅合金铸造的氧化钇基陶瓷型芯：
(1)为满足铌硅合金2000℃的精密铸造需要，在氧化钇陶瓷型芯单独选择氧化镧作为矿化剂，在按照重量比称量氧化钇粉90％，氧化镧7％，硝酸钙3％，进行混合，获得氧化钇基陶瓷型芯原材料粉体；
(2)称量上述氧化钇基陶瓷型芯原材料粉体重量12％的增塑剂；增塑剂为石蜡、蜂蜡、聚乙烯的混合物，其重量百分比分别为石蜡95％、蜂蜡2％、聚乙烯3％；
(3)将原材料粉体加入到融化后的增塑剂中，搅拌15h，冷却后获得氧化基陶瓷型芯料饼；
(4)将备用的氧化钇基陶瓷型芯料饼加热至120℃熔化，利用具有涡轮叶片型芯金属模具，通过热压注法压制成为型芯生坯；
(5)将制备的氧化钇基陶瓷型芯生坯埋入氧化锆粉中进行1600℃焙烧，保温时间为5h，制备成为氧化钇基陶瓷型芯。
利用所获得的氧化钇基陶瓷型芯进行了铌硅空心叶片的浇铸，铸造完成后对型芯和铌硅接触界面进行了显微观察，未发现明显的反应现象；对包裹有型芯的铌硅叶片铸件进行了脱芯，脱芯完成后将叶片剖开，观察到其内腔形状完整，表现质量良好。
实施例2
按照如下步骤进行制备了用于钛铝合金铸造的氧化钇基陶瓷型芯：
(1)为满足钛铝合金1650℃的精密铸造需要，提高了矿化剂的比例，在氧化钇陶瓷型芯选择氧化镧和氧化铕作为矿化剂，按照重量比称量氧化钇粉88％，氧化镧和氧化铕各5％，碳酸钙2％，进行混合，获得氧化钇基陶瓷型芯原材料粉体；
(2)称量上述氧化钇基陶瓷型芯原材料粉体重量10％的增塑剂；增塑剂为石蜡、蜂蜡、聚乙烯的混合物，其中重量百分比为石蜡95％、蜂蜡2％、聚乙烯3％；
(3)将原材料粉体加入到融化后的增塑剂中，搅拌18h，冷却后获得氧化基陶瓷型芯料饼；
(4)将备用的氧化钇基陶瓷型芯料饼加热至110℃熔化，利用具有空心叶片内腔型芯模具，通过热压注法压制成为型芯生坯；
(5)将制备的氧化钇基陶瓷型芯生坯埋入氧化锆粉中进行1550℃焙烧，保温时间为8h，制备成为氧化钇基陶瓷型芯。
利用所获得的氧化钇基陶瓷型芯进行了钛铝合金空心叶片的浇铸，铸造完成后对型芯和钛铝合金接触界面进行了显微观察，未发现明显的反应现象；对包裹有型芯的钛铝和技能叶片铸件进行了脱芯，脱芯完成后将叶片剖开，观察到其内腔形状完整，表现质量良好。