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，鑄造技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新標(biāo)志著一個(gè)國家的生產(chǎn)實(shí)力的提升，我國雖然是一個(gè)制造大國，但是我國并不是一個(gè)技術(shù)強(qiáng)國，由于在高端技術(shù)和產(chǎn)品上，國外一直對(duì)我國實(shí)施技術(shù)封鎖，導(dǎo)致我國陶瓷型芯的生產(chǎn)技術(shù)與國外相比差距較大，現(xiàn)在我國還沒有出現(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、燒成后沒有過多的高低溫晶型轉(zhuǎn)變。目前，國內(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、莫來石、尖晶石或者稀土氧化物來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。目前國內(nèi)外常用的礦化劑為氧化鋯、氧化鎂、莫來石、工業(yè)氧化鋁和氧化鈣。目前國內(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程中長時(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)于陶瓷型芯來講，并不是說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)量來保證陶芯的綜合性能。中國發(fā)明專利申請(qǐng)公開說明書CN102079653A中公開了一種航空發(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)問題是由于增塑劑的用量過少將會(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^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)過程中會(huì)引起裂紋、斷裂，為了解決產(chǎn)生裂紋的問題，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)問題是如何使硅基陶瓷型芯在燒結(jié)的過程中變形小、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)問題是如何使硅基陶瓷型芯在燒結(jié)的過程中少裂紋、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