專利名稱：硅基陶瓷型芯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷型芯，具體涉及一種應(yīng)用于精密鑄造領(lǐng)域的硅基陶瓷型芯的制備方法。
背景技術(shù)：
陶瓷型芯廣泛應(yīng)用于精密鑄造領(lǐng)域，鑄造是現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一， 可以這么說(shuō)，鑄造技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)實(shí)力的提升，我國(guó)雖然是一個(gè)制造大國(guó)，但是我國(guó)并不是一個(gè)技術(shù)強(qiáng)國(guó)，由于在高端技術(shù)和產(chǎn)品上，國(guó)外一直對(duì)我國(guó)實(shí)施技術(shù)封鎖，導(dǎo)致我國(guó)陶瓷型芯的生產(chǎn)技術(shù)與國(guó)外相比差距較大，現(xiàn)在我國(guó)還沒(méi)有出現(xiàn)具有較高水平和市場(chǎng)化較好的專業(yè)生產(chǎn)陶瓷型芯的企業(yè)。陶瓷型芯是根據(jù)零件所需要的孔或者腔而制造的一種型芯，硅基陶瓷型芯因具有膨脹系數(shù)小、抗急冷急熱能力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、脫芯方便等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于精密鑄造領(lǐng)域，例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片的鑄造，必須借助于陶瓷型芯才能形成所需要的空心形狀，因此，陶瓷型芯的質(zhì)量會(huì)對(duì)渦輪葉片的質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能產(chǎn)生重大的影響，精鑄時(shí)，由陶瓷型芯和型殼決定鑄件的內(nèi)腔形狀和鑄件的壁厚。作為陶瓷型芯的基體材料必須得具備五個(gè)條件一、高耐火度(熔點(diǎn)或者是軟化點(diǎn)在1600°C之上)；二、與合金有較高的不相容性；三、可以用化學(xué)方法進(jìn)行脫芯；四、與型殼相匹配的線膨脹系數(shù)；五、燒成后沒(méi)有過(guò)多的高低溫晶型轉(zhuǎn)變。目前，國(guó)內(nèi)外所使用的陶瓷型芯的基體材料有石英玻璃、電熔剛玉、鋯英石、氧化鎂、莫來(lái)石、尖晶石或者稀土氧化物來(lái)保證并提高陶芯的承溫能力。陶瓷型芯中除了基體材料之外，還需加入一些輔助材料， 這些輔助材料包括能夠促進(jìn)燒結(jié)的礦化劑和促進(jìn)成型的增塑劑等。礦化劑所起的作用是能在型芯焙燒的過(guò)程中與基體形成固溶體或者共晶體，而不形成低熔點(diǎn)玻璃相。目前國(guó)內(nèi)外常用的礦化劑為氧化鋯、氧化鎂、莫來(lái)石、工業(yè)氧化鋁和氧化鈣。目前國(guó)內(nèi)外陶瓷型芯的制備的常用方法為熱壓注法，熱壓注法的工藝流程如圖I 所示，由于陶瓷型芯在定向凝固過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，所以必須具有足夠的耐火度和強(qiáng)度，這是評(píng)價(jià)陶瓷型芯是否有良好的使用性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，但是還要考慮到后續(xù)脫芯是否方便的問(wèn)題，要想脫芯方便，必須具有一定的孔隙度，同時(shí)，還得考慮各種復(fù)雜的形狀的成型性，因此，對(duì)于陶瓷型芯來(lái)講，并不是說(shuō)某一方面的性能越好，最后陶芯的使用性能就越好，而是一個(gè)綜合性能要求。目前比較常用的陶瓷型芯為氧化硅系列陶芯，氧化硅系列陶芯是以石英玻璃粉作為基體材料，添加鋯英粉、莫來(lái)石或者稀土氧化物等作為礦化劑，依靠控制方石英的數(shù)量來(lái)保證陶芯的綜合性能。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)CN102079653A中公開(kāi)了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片用硅基陶瓷型芯的制備方法，包括下列步驟第一步、粉料的混合；第二步、制備漿料；第三步、壓制成型；第四步、燒結(jié)。其中，第二步、制備漿料的過(guò)程為將增塑劑放進(jìn)油浴溫度為 70-900C的攪拌器中溶化，得到第一中間物；增塑劑為石蠟和蜂蠟的混合體，石蠟和蜂蠟的質(zhì)量比為9/1 ;然后將步驟一制得的干燥混合粉按時(shí)間間隔5 IOmin/次在攪拌狀態(tài)下加入至第一中間物中，得到第二中間物；將表面活性劑在攪拌狀態(tài)下加入至第二中間物中，得到第三中間物；將第三中間物進(jìn)行抽真空排氣泡處理，真空表讀數(shù)為O. 002 O. 02MPa，抽真空IOmin 60min后，得到均勻漿料；攪拌器的攪拌速度為20 60r/min ；用量100g 的干燥混合粉中所需的增塑劑IOg 12g，表面活性劑I 2ml。在上述技術(shù)方案中容易出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題是由于增塑劑的用量過(guò)少將會(huì)導(dǎo)致型芯成型率低。增塑劑一般為有機(jī)熱塑性材料，它們?cè)谝院蟮谋簾^(guò)程中熔化至填料中，并揮發(fā)， 增塑劑不是硅基陶瓷型芯的組成成分，只是在壓注時(shí)起到成型的作用，增塑劑的加入量一般為粉料的15% 20%，增塑劑加入量對(duì)型芯性能有顯著的影響，增塑劑的加入量過(guò)多雖然能夠使型芯成型容易，但是也會(huì)使型芯的燒成收縮率和氣孔率增加，并導(dǎo)致抗彎強(qiáng)度和體積密度的降低，因此，應(yīng)該控制增塑劑的使用量。增塑劑的主要成分為石蠟和蜂蠟，石蠟的熔點(diǎn)在47°C 64°C，蜂蠟的熔點(diǎn)在 62°C 64°C，由于石蠟和蜂蠟的熔點(diǎn)比較低，本技術(shù)領(lǐng)域的人員一般認(rèn)為在120°C以上進(jìn)行制備漿料，會(huì)引起增塑劑的老化和失粘，為了使粉料與增塑劑充分混合，攪拌器轉(zhuǎn)速一般控制在20 60r/min。增塑劑在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)引起裂紋、斷裂，為了解決產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題，一般本領(lǐng)域的技術(shù)人員往往會(huì)在粉料的配置方面做了很多的研究，很少有技術(shù)人員在制備漿料方面做深入地研究，其實(shí)，在燒結(jié)前的每一個(gè)步驟都會(huì)對(duì)最后的燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)生影響，當(dāng)產(chǎn)生裂紋時(shí)， 不僅要在粉料的配置上尋找原因，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)在制備漿料方面尋找原因，第二步制備漿料對(duì)于硅基陶瓷型芯的生產(chǎn)非常重要，如果攪拌的不均勻，將會(huì)產(chǎn)生硅基陶瓷型芯燒結(jié)后變形或者裂紋。因此在如何保證硅基陶瓷型芯在燒結(jié)的過(guò)程中少變形、少裂紋、少斷裂是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何使硅基陶瓷型芯在燒結(jié)的過(guò)程中變形小、裂紋少、少斷裂，以提高產(chǎn)品的合格率，因此本發(fā)明提供一種硅基陶瓷型芯的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案一種硅基陶瓷型芯的制備方法，具體如下步驟一、粉料的配置及混合粉料的配比為75% 82%的熔融石英及玻璃級(jí)配粉、17% 24%的鋯英粉、
I.5% 2%納米二氧化硅石英粉；將熔融石英玻璃級(jí)配粉、鋯英粉、納米二氧化硅石英粉混合，將混合的粉料放在裝有適量蒸懼水的球磨罐內(nèi)研磨，得到混合粉液，球磨時(shí)間為IlOmin 130min ;將混合粉液過(guò)篩后放入烘干箱烘烤，得到干燥的混合粉，干燥溫度為140°C 200°C，干燥時(shí)間為 220min 250min ；步驟二、制備漿料增塑劑的配比為91% 95%的石蠟、4% 6%的蜂蠟、1% 2%的EVA ；增塑劑占混合粉的12% 15% ;將增塑劑融化至160°C 180°C，將融化好的增塑劑快速倒入正在運(yùn)轉(zhuǎn)的并預(yù)熱到120°C的攪拌機(jī)中，然后快速分批將粉料加入攪拌機(jī)中，同時(shí)加入20 70ml油酸，在加料開(kāi)始后將攪拌的轉(zhuǎn)速增到1500r/min ;加料完成后，以1500r/min攪拌I小時(shí)，降速至700r/ min連續(xù)攪拌4小時(shí)，同時(shí)攪拌機(jī)降溫至80 85°C ；步驟三、壓制成型將在步驟二中所得到的漿料通過(guò)陶芯壓注機(jī)壓注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的胚體；陶芯壓注機(jī)的壓力為2Mpa 4Mpa，溫度為80°C 90°C ；步驟四、燒結(jié)在步驟四中包括硅基陶瓷型芯的脫蠟階段和高溫焙燒階段，將在步驟三中制成的硅基陶瓷型芯的胚體放置在燒結(jié)專用的匣缽里，并用低鈉高溫氧化鋁粉覆蓋，然后將裝有硅基陶瓷型芯的胚體的匣缽放入高溫爐中，進(jìn)行低溫脫蠟和高溫焙燒。特別地，在所述步驟三中，當(dāng)陶芯壓注機(jī)的溫度上升到75°C 80°C時(shí)，保持溫度恒定 60min 70min。特別地，所述的石蠟為58°半精煉石蠟或者58°全精煉石蠟。本發(fā)明的有益效果為由于增塑劑占混合粉的12% 15%，將增塑劑融化至 160°C 180°C，將融化好的增塑劑快速倒入正在運(yùn)轉(zhuǎn)的并預(yù)熱到120°C的攪拌機(jī)中，然后快速分批將粉料加入攪拌機(jī)中，同時(shí)加入20 70ml油酸，在加料開(kāi)始后將攪拌的轉(zhuǎn)速增到 1500r/min ;加料完成后，以1500r/min攪拌I小時(shí)，降速至700r/min連續(xù)攪拌4小時(shí)，同時(shí)攪拌機(jī)降溫至80 85°C，形成漿料，所以在增塑劑中的石蠟沒(méi)有被高溫老化前，迅速在攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為1300r/min 1600r/min的條件下,形成衆(zhòng)料,這樣既能保證增塑劑與粉料的充分的混合，又減少了增塑劑的用量，并縮短了制備漿料時(shí)的攪拌時(shí)間，同時(shí)因此能夠減少增塑劑對(duì)燒結(jié)產(chǎn)生的不利影響，大大減少了硅基陶瓷型芯變形、裂紋、斷裂現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證了硅基陶瓷型芯的產(chǎn)品合格率。


下面根據(jù)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的硅基陶瓷型芯制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式為避免硅基陶瓷型芯在燒結(jié)的過(guò)程中產(chǎn)生變形、裂紋、斷裂現(xiàn)象的發(fā)生，本發(fā)明的第一種實(shí)施方式為步驟一、粉料的配置及混合粉料的配比為77%的熔融石英及玻璃級(jí)配粉、21%的鋯英粉、2%的納米二氧化
硅石英粉；將熔融石英玻璃級(jí)配粉、鋯英粉、納米二氧化硅石英粉混合，將混合的粉料倒入裝有適量蒸餾水的球磨罐內(nèi)研磨，得到混合粉液，球磨時(shí)間為IlOmin ;將混合粉液放入烘干箱烘烤，得到干燥的混合粉，干燥溫度為125°C，干燥時(shí)間為230min ；步驟二、制備漿料增塑劑的配比為92%的石蠟、6%的蜂蠟、2%的EVA ;增塑劑占混合粉的12 % ;
將增塑劑融化至160°C 180°C，將融化好的增塑劑液放入溫度為120°C的的攪拌機(jī)中并啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，快速將加熱至160°C 180°C的粉料快速分批加入，邊加邊逐漸升速至 1500r/min的攪拌機(jī)中，直到全部加入，同時(shí)加入20_100ml的油酸并降溫至80°C 85°C ； 保持1500r/min攪拌I小時(shí),然后降速至700r/min連續(xù)攪拌4小時(shí)備用；步驟三、壓制成型將在步驟二中所得到的漿料通過(guò)陶芯壓注機(jī)壓注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的胚體；陶芯壓注機(jī)的壓力為4Mpa，溫度為90°C;當(dāng)陶芯壓注機(jī)的溫度上升到75°C時(shí)，保持溫度恒定，陶芯的出模溫度不大于24°C為宜；步驟四、燒結(jié)在步驟四中包括硅基陶瓷型芯的脫蠟階段和高溫焙燒階段，將在步驟三中制成的硅基陶瓷型芯的胚體放置在燒結(jié)專用的匣缽里，并用低鈉高溫氧化鋁粉覆蓋，然后將裝有硅基陶瓷型芯的胚體的匣缽放入高溫爐中，進(jìn)行低溫脫蠟和高溫焙燒。本發(fā)明的第二種實(shí)施方式為步驟一、粉料的配置及混合粉料的配比為82 %的熔融石英及玻璃級(jí)配粉、16. 5 %的鋯英粉、I. 5 %的納米二
氧化硅石英粉；將熔融石英玻璃級(jí)配粉、鋯英粉、納米二氧化硅石英粉混合，將混合的粉料倒入裝有適量蒸餾水的球磨罐內(nèi)研磨，得到混合粉液，球磨時(shí)間為130min ;將混合粉液過(guò)篩放入烘干箱烘烤，得到干燥的混合粉，干燥溫度為至140°C 200°C，干燥時(shí)間250min ；步驟二、制備漿料增塑劑的配比為95%的石蠟、4%的蜂蠟、1%的EVA ;增塑劑占混合粉的15 % ;將增塑劑融化，將融化好的增塑劑液放置正在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的攪拌機(jī)中，其攪拌在溫度180°C，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為1300r/min的條件下進(jìn)行，再向攪拌機(jī)內(nèi)加入烘干后的粉料和 90ml的油酸,攪拌時(shí)間為4min,形成衆(zhòng)料；步驟三、壓制成型將在步驟二中所得到的漿料通過(guò)陶芯壓注機(jī)壓注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的胚體；陶芯壓注機(jī)的壓力為3Mpa，溫度為80°C ;陶芯出模溫度不大于24°C ；步驟四、燒結(jié)在步驟四中包括硅基陶瓷型芯的脫蠟階段和高溫焙燒階段，將在步驟三中制成的硅基陶瓷型芯的胚體放置在燒結(jié)專用的匣缽里，并用低鈉高溫氧化鋁粉覆蓋，然后將裝有硅基陶瓷型芯的胚體的匣缽放入高溫爐中，進(jìn)行低溫脫蠟和高溫焙燒。以上實(shí)施例只是闡述了本發(fā)明的基本原理和特性，本發(fā)明不受上述實(shí)施例限制， 在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還有各種變化和改變，這些變化和改變都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在于步驟一、粉料的配置及混合粉料的配比為75 % 82 %的熔融石英及玻璃級(jí)配粉、17% 24%的鋯英粉、I. 5% 2%納米二氧化硅石英粉；將熔融石英玻璃級(jí)配粉、鋯英粉、納米二氧化硅石英粉混合，將混合的粉料放在裝有適量蒸懼水的球磨罐內(nèi)研磨，得到混合粉液，球磨時(shí)間為IlOmin 130min ;將混合粉液過(guò)篩后放入烘干箱烘烤，得到干燥的混合粉，干燥溫度為140°C 200°C，干燥時(shí)間為220min 250min ；步驟二、制備衆(zhòng)料增塑劑的配比為91% 95%的石蠟、4% 6%的蜂蠟、I % 2%的EVA ；增塑劑占混合粉的12% 15% ;將增塑劑融化至160°C 180°C，將融化好的增塑劑快速倒入正在運(yùn)轉(zhuǎn)的并預(yù)熱到 1200C的攪拌機(jī)中，然后快速分批將粉料加入攪拌機(jī)中，同時(shí)加入20 70ml油酸，在加料開(kāi)始后將攪拌的轉(zhuǎn)速增到1500r/min ;加料完成后，以1500r/min攪拌I小時(shí)，降速至700r/ min連續(xù)攪拌4小時(shí)，同時(shí)攪拌機(jī)降溫至80 85°C ；步驟三、壓制成型將在步驟二中所得到的漿料通過(guò)陶芯壓注機(jī)壓注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的胚體；陶芯壓注機(jī)的壓力為2Mpa 4Mpa，溫度為80°C 90°C ；步驟四、燒結(jié)在步驟四中包括硅基陶瓷型芯的脫蠟階段和高溫焙燒階段，將在步驟三中制成的硅基陶瓷型芯的胚體放置在燒結(jié)專用的匣缽里，并用低鈉高溫氧化鋁粉覆蓋，然后將裝有硅基陶瓷型芯的胚體的匣缽放入高溫爐中，進(jìn)行低溫脫蠟和高溫焙燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在于在所述步驟三中，當(dāng)陶芯壓注機(jī)的溫度上升到75°C 80°C時(shí)，保持溫度恒定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在于所述的石蠟為 58°半精煉石蠟或者58°全精煉石蠟。
全文摘要
一種硅基陶瓷型芯的制備方法，包括下列步驟第一步、粉料的混合；第二步、制備漿料；第三步、壓制成型；第四步、燒結(jié)。在制備漿料中，增塑劑的配比為91％～95％的石蠟、4％～6％的蜂蠟、1％～2％的EVA；增塑劑占混合粉的12％～15％。解決的技術(shù)問(wèn)題是如何使硅基陶瓷型芯在燒結(jié)的過(guò)程中少裂紋、少斷裂、變形小，以提高產(chǎn)品的合格率。
文檔編號(hào)C04B35/14GK102603275SQ201210028770
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者王平, 田剛, 谷蒼 申請(qǐng)人:北京昌航精鑄技術(shù)有限公司