本發(fā)明涉及一種耐火材料、應(yīng)用及其制備方法，特別是涉及一種型殼、應(yīng)用及其制備方法，應(yīng)用于高活性合金精密鑄造及定向凝固技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦及鈦合金由于具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等一系列優(yōu)異的特性，被廣泛地應(yīng)用于航空航天工業(yè)、能源工業(yè)、海上運(yùn)輸、化學(xué)工業(yè)等方面。鋯合金在300～400℃的高溫高壓水和蒸汽中有良好的耐蝕性能、適中的力學(xué)性能、較低的原子熱中子吸收截面(鋯為0.18靶恩)，對核燃料有良好的相容性，因此可用作水冷核反應(yīng)堆的堆芯結(jié)構(gòu)材料。但是鈦、鋯等合金在高溫下具有很高的化學(xué)活性，要與常用的各種耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這就需要合金鑄造使用的耐火材料和粘結(jié)劑的具有非常高的化學(xué)穩(wěn)定性。目前使用較多的鈦合金精密鑄造用型殼，大致可分為：石墨型殼、鎢面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼等。其中，石墨型殼所澆注出來的鑄件，在表面上有一層滲碳的α脆性層，厚度大約為0.2～0.3mm，它有可能在應(yīng)力作用下引發(fā)裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展。石墨型殼的熱穩(wěn)定性有一定的限度，當(dāng)石墨與鈦液接觸，在達(dá)到反應(yīng)激活能的條件下，有可能發(fā)生急劇的放熱連鎖反應(yīng)，因此石墨型殼不宜澆注大型復(fù)雜鈦合金鑄件。另外，石墨型殼的收縮率高，是普通熔模陶瓷型殼的兩倍，這影響了熔模石墨型殼鈦合金精鑄件的精度。鎢面層陶瓷型殼制備時，鎢粉作為涂料中的填料使用，鎢粉的性能對型殼的品質(zhì)有重大的影響，鎢粉應(yīng)具較高的純度，雜質(zhì)含量不能超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，氧、碳含量的超標(biāo)，將影響鈦鑄件的品質(zhì)。鎢面層熔模型殼必須采用溶劑脫蠟,因而對人體健康有很大的傷害，同時也污染環(huán)境。鎢面層型殼在還原性氣氛下焙燒，脫蠟后沉積在型殼表面上的模料灰分很難燒掉，在澆注時很容易與液鈦反應(yīng)，在鑄件表面形成氣孔。氧化物陶瓷型殼的面層和鄰層涂料中主要使用了氧化鋯、氧化釔、氧化鈣等與鈦液反應(yīng)較小的氧化物，其中以氧化釔作為填料的面層涂料鑄造性能較好，但氧化釔容易發(fā)生水化作用，其漿料對ph值變化十分敏感，易膠凝。另外氧化物陶瓷型殼無法避免在鑄件表面形成α粘污層，α粘污層的厚度從0.02～0.2mm不等。鋯酸鍶是一種化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的耐火材料，鋯酸鍶陶瓷型殼與鈦及鈦合金反應(yīng)程度小。此外由于鋯酸鍶穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，其在水、弱酸、強(qiáng)堿中都不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以含有鋯酸鍶的涂料穩(wěn)定不易膠凝。mgo熔點(diǎn)為2800℃，屬堿性耐火材料，經(jīng)高溫加熱后可轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的立方晶體，莫氏硬度6度，20～1000℃的平均線膨脹系數(shù)為13.5×10-6/℃，100～1000℃的熱導(dǎo)率為6.69w/m·k。氧化鎂制品在氧化氣氛中，可以使用到2200℃；在真空中，到1600～1700℃還有很好的性能。同時，氧化鎂制品對很多金屬熔液有很強(qiáng)的抗侵蝕能力。且有報道稱已將srzro3成功的應(yīng)用于ti6al4v以及化學(xué)活性稍低的tini、tife合金的熔煉，但應(yīng)用于高活性合金熔煉未見相關(guān)報道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種mgo-srzro3復(fù)合型殼、應(yīng)用及其制備方法，本發(fā)明復(fù)合型殼的面層材料為srzro3，背層材料為氧化鎂。本發(fā)明復(fù)合型殼與高活性金反應(yīng)程度小，鑄件表面形成的粘污層厚度??；以氧化鎂為背層鋯酸鍶陶瓷型殼的強(qiáng)度高，鑄件表面的光潔度高；含有鋯酸鍶的涂料穩(wěn)定不易膠凝，懸浮性好，保存時間長。本發(fā)明所提供的型殼與石墨、cao、zro2、al2o3等普通型殼相比，可以降低高活性合金在精密鑄造及定向凝固過程中與型殼材料的界面反應(yīng)程度，鑄件表面的光潔度高，獲得更理想的柱狀晶或單晶定向凝固組織，適合在高活性合金精密鑄造及定向凝固式樣和單晶式樣制備過程中的應(yīng)用，具有重要的產(chǎn)業(yè)價值。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種mgo-srzro3復(fù)合型殼，面層材料主要由面層填料和面層粘結(jié)劑組成，面層填料為srzro3，srzro3為小于200目的粉末顆粒，面層粘結(jié)劑為不與高活性金屬熔體反應(yīng)的粘結(jié)劑，面層材料的配比為：按照組分質(zhì)量百分比，面層填料為65-95％，面層粘結(jié)劑為5-35％；背層材料由背層粘結(jié)劑和背層填料組成，背層填料為mgo，mgo為小于120目的粉末顆粒，背層材料的配比為：按照組分質(zhì)量百分比，背層填料為65-95％，背層粘結(jié)劑為5-35％。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，由面層和背層組成復(fù)合型殼的總厚度不低于5mm。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在srzro3面層和mgo背層之間還設(shè)有srzro3撒砂層，srzro3撒砂層采用的srzro3骨料的粒徑為80-120目；在mgo背層的外表面還結(jié)合一層mgo撒砂層，mgo撒砂層采用的mgo骨料的粒徑為不小于20目。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，面層粘結(jié)劑為醋酸鋯、二醋酸鋯和釔溶膠中的任意一種粘結(jié)劑或任意幾種的混合粘結(jié)劑；背層粘結(jié)劑為硅熔膠和硅酸乙酯中的任意一種粘結(jié)劑或兩種的混合粘結(jié)劑。
一種本發(fā)明mgo-srzro3復(fù)合型殼的應(yīng)用，應(yīng)用于高活性合金的精密鑄造及定向凝固工藝。優(yōu)選作為熔煉鈦合金或鋯合金的坩堝壁。
一種本發(fā)明mgo-srzro3復(fù)合型殼的制備方法，包括如下步驟：
a.鋯酸鍶原料的預(yù)處理：型殼面層耐火材料srzro3經(jīng)電熔造粒處理后，再經(jīng)過分篩，分篩后得到兩種類型的粉料：粒度小于200目的和粒度介于80-120目的，其中粒度小于200目的粉料用于配置面層漿料，粒度在80-120目的用于面層撒砂骨料；
b.型殼面層漿料的配制：以組分重量百分比進(jìn)行計量，型殼的面層材料的涂料原料配方主要為：srzro3為95-65％，面層粘結(jié)劑為5-35％；將涂料原料配制成srzro3漿液，在步驟a中，作為原料的srzro3的粒徑為小于200目，srzro3漿液的具體制備過程為：首先將面層粘結(jié)劑倒入漿料桶中，并對漿料桶中的材料進(jìn)行攪拌預(yù)處理；然后將srzro3粉體粉料逐步加入漿料桶中繼續(xù)進(jìn)行攪拌，控制粘度在15～65s之間，得到型殼面層漿料；作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在型殼面層漿料中還添加不高于型殼面層漿料總量0.5wt％的表面活性劑和不高于型殼面層漿料總量0.5wt％的消泡劑，作為添加劑，在進(jìn)行型殼面層漿料的配制時，首先將釔溶膠倒入漿料桶中，并對漿料桶中的材料進(jìn)行攪拌預(yù)處理，再向漿料桶中加入表面活性劑；然后srzro3粉體粉料逐步加入漿料桶中繼續(xù)進(jìn)行攪拌，在srzro3粉體粉料加入完畢后，再向漿料桶中加入消泡劑；在進(jìn)行攪拌后，再進(jìn)行漿料粘度控制，得到型殼面層漿料；表面活性劑優(yōu)選采用硬脂酸，消泡劑優(yōu)選采用聚二甲基硅氧烷；
c.型殼背層漿料的配制：
以組分重量百分比進(jìn)行計量，型殼的背層涂料原料配方主要為：mgo為95-65％，背層粘結(jié)劑為5-35％；將涂料原料配制成mgo漿液，mgo漿液采用mgo的平均粒徑為小于120目，mgo漿液的具體制備過程為：首先將背層粘結(jié)劑倒入漿料桶中，并對漿料桶中的材料進(jìn)行攪拌預(yù)處理；然后將mgo粉體粉料逐步倒入漿料桶中繼續(xù)進(jìn)行攪拌，控制粘度在10～20s之間，得到型殼背層漿料；作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在型殼背層漿料中還添加不高于型殼背層漿料總量0.5wt％的表面活性劑和不高于型殼背層漿料總量0.5wt％的消泡劑，作為添加劑，在進(jìn)行型殼背層漿料的配制時，首先將硅溶膠倒入漿料桶中，并對漿料桶中的材料進(jìn)行攪拌預(yù)處理，再向漿料桶中加入表面活性劑；然后將mgo粉體粉料逐步加入漿料桶中繼續(xù)進(jìn)行攪拌，在mgo粉體粉料加入完畢后，再向漿料桶中加入消泡劑；在進(jìn)行攪拌后，再進(jìn)行漿料粘度控制，得到型殼背層漿料；表面活性劑優(yōu)選采用硬脂酸，消泡劑優(yōu)選采用聚二甲基硅氧烷；
d.復(fù)合型殼預(yù)制體的制備：
在步驟b中的漿料制備好后，首先采用浸涂方法，將蠟?zāi)＝胝扯葹?5～65s的型殼面層漿料中進(jìn)行浸涂，再取出來對蠟型進(jìn)行控漿，待多余的型殼面層漿料流淌下來之后，使面層漿料均勻地涂掛在蠟?zāi)Ｉ希缓笥昧綖?0～120目的srzro3骨料粉體進(jìn)行表面均勻撒砂，撒在蠟?zāi)１砻嫱繏斓拿鎸油苛夏ど?，然后待面層涂料膜充分干燥和硬化后，再重?fù)1-2次上述面層漿料浸涂和面層涂料膜固化步驟，使結(jié)合于蠟型上的型殼面層干燥固化；然后繼續(xù)采用浸涂方法或者采用涂覆方法制備背層，當(dāng)采用浸涂方法時，將結(jié)合型殼面層的蠟型組合體放入到在步驟c中制備的粘度為10～20s的型殼背層漿料中進(jìn)行浸涂，再取出來對蠟型進(jìn)行控漿，待多余的型殼背層漿料流淌下來之后，使背層涂料均勻地涂掛在與蠟?zāi)＝Y(jié)合的型殼面層上，然后用粒徑為不小于20目的mgo骨料粉體進(jìn)行表面均勻撒砂，撒在蠟?zāi)Ｍ獗砻嫱繏斓谋硨油苛夏ど希缓蟠硨油苛夏こ浞指稍锖陀不?，再重?fù)2-3次上述背層漿料浸涂和背層涂料膜固化步驟，使結(jié)合于蠟型外部的型殼背層干燥固化，即形成依次由面層和背層組成mgo-srzro3復(fù)合型殼預(yù)制體；
e.型殼的脫蠟：
采用高壓蒸汽脫蠟方法或微波脫蠟方法，完成對步驟d中制備的mgo-srzro3復(fù)合型殼和蠟型的組合體脫蠟處理過程，得到mgo-srzro3復(fù)合型殼素坯；
f.復(fù)合型殼的焙燒：
將在步驟d中制備的已脫蠟的mgo-srzro3復(fù)合型殼素坯放入焙燒爐中在保護(hù)氣氛中燒結(jié)，控制燒結(jié)溫度為1150～1250℃，燒結(jié)至少1小時，然后于不高于300℃下保溫2～3小時，再進(jìn)行隨爐冷卻至室溫，最終得到mgo-srzro3復(fù)合型殼成品。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)：
1.本發(fā)明所提供的型殼與石墨、cao、zro2、al2o3等普通型殼相比，可以降低高活性合金在精密鑄造及定向凝固過程中與型殼材料的界面反應(yīng)程度，鑄件表面的光潔度高，獲得更理想的柱狀晶或單晶定向凝固組織，適合在高活性合金精密鑄造及定向凝固式樣和單晶式樣制備過程中的應(yīng)用；本發(fā)明復(fù)合型殼與高活性金反應(yīng)程度小，鑄件表面形成的粘污層厚度小；以氧化鎂為背層鋯酸鍶陶瓷型殼的強(qiáng)度高，鑄件表面的光潔度高；含有鋯酸鍶的涂料穩(wěn)定不易膠凝，懸浮性好，保存時間長；
2.本發(fā)明采用srzro3為面層，mgo為背層材料制備用于高活性合金精密鑄造及定向凝固的mgo-srzro3復(fù)合型殼，在精密鑄造定向凝固工藝中使用，在高活性合金精密鑄造及定向凝固過程中，型殼經(jīng)受的環(huán)境更加惡劣的考驗(yàn)，本發(fā)明復(fù)合型殼在強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性等方面性能優(yōu)勢明顯，對于高溫下具有較高化學(xué)活性的鈦、鋯等合金而言，本發(fā)明精密鑄造及定向凝固用型殼還具備高的化學(xué)穩(wěn)定性，能有效防止在定向凝固過程中型殼材料與合金熔體反應(yīng)，因而具有重要的產(chǎn)業(yè)價值。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一mgo-srzro3復(fù)合型殼與高活性金屬的界面反應(yīng)組織形貌圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下：
實(shí)施例一：
在本實(shí)施例中，一種mgo-srzro3復(fù)合型殼，面層材料主要由面層填料和面層粘結(jié)劑組成，面層填料為srzro3，srzro3為200目的粉末顆粒，面層粘結(jié)劑采用二醋酸鋯，二醋酸鋯不與高活性金屬熔體反應(yīng)，面層材料的配比為：按照組分質(zhì)量百分比，面層填料srzro3為80％，面層粘結(jié)劑二醋酸鋯為20％，即面層填料鋯酸鍶與粘結(jié)劑二醋酸鋯的重量比4:1；背層材料由背層粘結(jié)劑和背層填料組成，背層填料為mgo，mgo為120目的粉末顆粒，面層粘結(jié)劑采用硅溶膠，背層材料的配比為：按照組分質(zhì)量百分比，背層填料mgo為80％，背層粘結(jié)劑硅溶膠為20％，即背層填料mgo與粘結(jié)劑硅溶膠的重量比4:1。本實(shí)施例由面層和背層組成總厚度為5mm的mgo-srzro3復(fù)合型殼。
在本實(shí)施例中，一種本實(shí)施例mgo-srzro3復(fù)合型殼的制備方法，包括如下步驟：
a.鋯酸鍶原料的預(yù)處理：
型殼面層耐火材料srzro3經(jīng)電熔造粒處理后，再經(jīng)過分篩，分篩后得到兩種類型的粉料：粒度小于200目的和粒度介于80-120目的，其中粒度小于200目的粉料用于配置面層漿料，粒度在80-120目的用于面層撒砂骨料；
b.型殼面層漿料的配制：
以組分重量百分比進(jìn)行計量，型殼的面層材料的涂料原料配方主要為：srzro3為80％，面層粘結(jié)劑二醋酸鋯為20％，即鋯酸鍶粉料與粘結(jié)劑二醋酸鋯的重量比4:1；將涂料原料配制成srzro3漿液，在步驟a中，作為原料的srzro3的粒徑為200目，在型殼面層漿料中還添加型殼面層漿料總量0.5wt％的表面活性劑硬脂酸和型殼面層漿料總量0.5wt％的消泡劑聚二甲基硅氧烷，作為添加劑，在進(jìn)行型殼面層漿料的配制時，srzro3漿液的具體制備過程為：首先將面層粘結(jié)劑二醋酸鋯倒入漿料桶中，并對漿料桶中的材料進(jìn)行攪拌預(yù)處理，再向漿料桶中加入表面活性劑硬脂酸；然后將srzro3粉體粉料逐步加入漿料桶中繼續(xù)進(jìn)行攪拌，在srzro3粉體粉料加入完畢后，再向漿料桶中加入消泡劑聚二甲基硅氧烷，在進(jìn)行攪拌后，控制粘度在30s，得到型殼面層漿料，測量型殼面層漿料的粘度所用的粘度杯為美制4號流杯；
c.型殼背層漿料的配制：
以組分重量百分比進(jìn)行計量，型殼的背層涂料原料配方主要為：mgo為80％，背層粘結(jié)劑硅溶膠為20％，即mgo粉料與粘結(jié)劑硅溶膠的重量比4:1；將涂料原料配制成mgo漿液，mgo漿液采用mgo的平均粒徑為120目，在型殼背層漿料中還添加型殼背層漿料總量0.5wt％的表面活性劑硬脂酸和型殼背層漿料總量0.5wt％的消泡劑聚二甲基硅氧烷，作為添加劑，在進(jìn)行型殼背層漿料的配制時，mgo漿液的具體制備過程為：首先將背層粘結(jié)劑硅溶膠倒入漿料桶中，并對漿料桶中的材料進(jìn)行攪拌預(yù)處理，再向漿料桶中加入表面活性劑硬脂酸；然后將mgo粉體粉料逐步倒入漿料桶中繼續(xù)進(jìn)行攪拌，在mgo粉體粉料加入完畢后，再向漿料桶中加入消泡劑聚二甲基硅氧烷；在進(jìn)行攪拌后，控制粘度在10～20s之間，得到型殼背層漿料，測量型殼面層漿料的粘度所用的粘度杯為美制4號流杯；
d.復(fù)合型殼預(yù)制體的制備：
在步驟b中的漿料制備好后，首先采用浸涂方法，將蠟?zāi)＝胝扯葹?0s的型殼面層漿料中進(jìn)行浸涂，浸漬3分鐘后，即稍待片刻，再取出來對蠟型進(jìn)行控漿，待多余的型殼面層漿料流淌下來之后，使面層漿料均勻地涂掛在蠟?zāi)Ｉ希缓笥昧綖?0～120目的srzro3骨料粉體進(jìn)行表面均勻撒砂，撒在蠟?zāi)１砻嫱繏斓拿鎸油苛夏ど希缓蟠鎸油苛夏こ浞指稍锖陀不?，再重?fù)1次上述面層漿料浸涂和面層涂料膜固化步驟，使結(jié)合于蠟型上的型殼面層干燥固化；然后采用涂覆方法制備背層，使背層漿料均勻地涂掛在與蠟?zāi)＝Y(jié)合的型殼面層上，然后用粒徑為20目的mgo骨料粉體進(jìn)行表面均勻撒砂，撒在蠟?zāi)Ｍ獗砻嫱繏斓谋硨油苛夏ど?，然后待背層涂料膜充分干燥和硬化后，再重?fù)3次上述背層漿料浸涂和背層涂料膜固化步驟，使結(jié)合于蠟型外部的型殼背層干燥固化，即形成依次由面層和背層組成的總厚度為5mm的mgo-srzro3復(fù)合型殼預(yù)制體；
e.型殼的脫蠟：
采用高壓蒸汽脫蠟方法，完成對步驟d中制備的mgo-srzro3復(fù)合型殼和蠟型的組合體脫蠟處理過程，得到mgo-srzro3復(fù)合型殼素坯；
f.復(fù)合型殼的焙燒：
將在步驟d中制備的已脫蠟的mgo-srzro3復(fù)合型殼素坯放入焙燒爐中在保護(hù)氣氛中燒結(jié)，控制燒結(jié)溫度為1250℃，燒結(jié)至少1小時，然后于300℃下保溫2小時，再進(jìn)行隨爐冷卻至室溫，最終得到mgo-srzro3復(fù)合型殼成品。
定向凝固實(shí)驗(yàn)：
在真空定向爐內(nèi)進(jìn)行定向凝固實(shí)驗(yàn)，真空定向爐所采用的坩堝為本實(shí)施例制備的mgo-srzro3復(fù)合型殼相同材質(zhì)的復(fù)合型坩堝。將稱量好的tial合金棒或錠放置在坩堝中，將所制型殼在水冷銅盤底座上固定好，關(guān)爐門。將爐堂抽真空至5×10-3pa，再反充高純氬氣至0.05mpa，如此反復(fù)洗爐3-5次，最后定向凝固實(shí)驗(yàn)是在0.05mpa高純氬氣保護(hù)下進(jìn)行的。對本實(shí)施例制備的mgo-srzro3復(fù)合型殼進(jìn)行預(yù)熱，同時對坩堝內(nèi)的tial合金進(jìn)行感應(yīng)熔化，待坩堝內(nèi)的tial合金完全熔化，且型殼的預(yù)熱溫度達(dá)到1600℃時，進(jìn)行澆注；澆注完畢后合金熔體在型殼內(nèi)保溫10min，隨后以v＝3mm/min的凝固速度進(jìn)行定向凝固實(shí)驗(yàn)。
本實(shí)施例制備的mgo-srzro3復(fù)合型殼的實(shí)驗(yàn)有益效果：
采用srzro3為面層，mgo為背層材料制備的定向凝固型殼，定向凝固后與tial合金的界面反應(yīng)微弱，可得到具有定向組織的tial合金，參見圖1。本實(shí)施例最終制成用于高活性合金精密鑄造的鋯酸鍶陶瓷型殼。利用經(jīng)此工序制成的型殼澆注鈦鎳合金，無明顯反應(yīng)層，熔煉后金屬表面光潔，合金性能良好。
本實(shí)施例制備了一種高活性合金精密鑄造及定向凝固用復(fù)合型殼，型殼的造型材料包括srzro3、氧化鎂、二醋酸鋯、硅溶膠、表面活性劑硬脂酸、消泡劑聚二甲基硅氧烷。型殼的面層材料為srzro3，背層材料為氧化鎂。本實(shí)施例以鋯酸鍶為填料，醋酸鋯或釔溶膠等不與鈦合金反應(yīng)的粘結(jié)劑，經(jīng)過預(yù)處理、成型、硬化、燒結(jié)等工序制成型殼。本實(shí)施例復(fù)合型殼與高活性金反應(yīng)程度小，鑄件表面形成的粘污層厚度小；以氧化鎂為背層鋯酸鍶陶瓷型殼的強(qiáng)度高，鑄件表面的光潔度高；含有鋯酸鍶的涂料穩(wěn)定不易膠凝，懸浮性好，保存時間長。本實(shí)施例mgo-srzro3復(fù)合型殼能用于高活性合金精密鑄造及定向凝固。在高活性合金精密鑄造及定向凝固過程中，本實(shí)施例復(fù)合型殼經(jīng)受的環(huán)境更加惡劣的挑戰(zhàn)能力強(qiáng)，型殼在強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性等方面性能優(yōu)異。對于高溫下具有較高化學(xué)活性的鈦、鋯等合金而言，精密鑄造及定向凝固用的本實(shí)施例型殼具備高的化學(xué)穩(wěn)定性，能最大限度防止在定向凝固過程中型殼材料與合金熔體反應(yīng)。本實(shí)施例制備的mgo-srzro3復(fù)合型殼完全能滿足復(fù)合模殼在tial合金定向凝固工藝中的應(yīng)用要求，尤其適用于鈦合金、鋯合金高活性合金精密鑄造及定向凝固工藝。述型殼面層涂料、背層涂料和撒砂用骨料srzro3均經(jīng)過特殊物理或化學(xué)方法預(yù)處理，通過在在srzro3面層和mgo背層之間還設(shè)有srzro3撒砂層，使srzro3面層和mgo背層緊密結(jié)合在一起，防止mgo-srzro3復(fù)合型殼產(chǎn)生裂紋等缺陷。本實(shí)施例制備的mgo-srzro3復(fù)合型殼與石墨、cao、zro2、al2o3等普通型殼相比，可以降低高活性合金在精密鑄造及定向凝固過程中與型殼材料的界面反應(yīng)程度，獲得污染層更少的鑄件以及更理想的柱狀晶或單晶定向凝固組織，適合在高活性合金精密鑄造及定向凝固過程中的應(yīng)用。
本實(shí)施例以鈦合金中的tial合金的定向凝固為實(shí)例在本技術(shù)方案的前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方案和具體步驟過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)例中。本實(shí)例中提到的面層粘結(jié)劑釔溶膠、背層粘結(jié)劑硅溶膠均是精密鑄造中常用的造型材料，成本低，易于使用。
實(shí)施例二：
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于：
在本實(shí)施例中，一種mgo-srzro3復(fù)合型殼，面層材料主要由面層填料和面層粘結(jié)劑組成，面層填料為srzro3，srzro3為200目的粉末顆粒，面層粘結(jié)劑采用二醋酸鋯，二醋酸鋯不與高活性金屬熔體反應(yīng)，面層材料的配比為：按照組分質(zhì)量百分比，面層填料srzro3為65％，面層粘結(jié)劑二醋酸鋯為35％；背層材料由背層粘結(jié)劑和背層填料組成，背層填料為mgo，mgo為120目的粉末顆粒，面層粘結(jié)劑采用硅溶膠，背層材料的配比為：按照組分質(zhì)量百分比，背層填料mgo為65％，背層粘結(jié)劑硅溶膠為35％。本實(shí)施例由面層和背層組成總厚度為5mm的mgo-srzro3復(fù)合型殼。
在本實(shí)施例中，一種本實(shí)施例mgo-srzro3復(fù)合型殼的制備方法，包括如下步驟：
a.鋯酸鍶原料的預(yù)處理：本步驟與實(shí)施例一相同；
b.型殼面層漿料的配制：
以組分重量百分比進(jìn)行計量，型殼的面層材料的涂料原料配方主要為：srzro3為65％，面層粘結(jié)劑二醋酸鋯為35％；將涂料原料配制成srzro3漿液，在步驟a中，作為原料的srzro3的粒徑為200目，在型殼面層漿料中還添加型殼面層漿料總量0.5wt％的表面活性劑硬脂酸和型殼面層漿料總量0.5wt％的消泡劑聚二甲基硅氧烷，作為添加劑，在進(jìn)行型殼面層漿料的配制時，srzro3漿液的具體制備過程為：首先將面層粘結(jié)劑二醋酸鋯倒入漿料桶中，并對漿料桶中的材料進(jìn)行攪拌預(yù)處理，再向漿料桶中加入表面活性劑硬脂酸；然后將srzro3粉體粉料逐步加入漿料桶中繼續(xù)進(jìn)行攪拌，在srzro3粉體粉料加入完畢后，再向漿料桶中加入消泡劑聚二甲基硅氧烷，在進(jìn)行攪拌后，控制粘度在15s，得到型殼面層漿料，測量型殼面層漿料的粘度所用的粘度杯為美制4號流杯；
c.型殼背層漿料的配制：
以組分重量百分比進(jìn)行計量，型殼的背層涂料原料配方主要為：mgo為65％，背層粘結(jié)劑硅溶膠為35％；將涂料原料配制成mgo漿液，mgo漿液采用mgo的平均粒徑為120目，在型殼背層漿料中還添加型殼背層漿料總量0.5wt％的表面活性劑硬脂酸和型殼背層漿料總量0.5wt％的消泡劑聚二甲基硅氧烷，作為添加劑，在進(jìn)行型殼背層漿料的配制時，mgo漿液的具體制備過程為：首先將背層粘結(jié)劑硅溶膠倒入漿料桶中，并對漿料桶中的材料進(jìn)行攪拌預(yù)處理，再向漿料桶中加入表面活性劑硬脂酸；然后將mgo粉體粉料逐步倒入漿料桶中繼續(xù)進(jìn)行攪拌，在mgo粉體粉料加入完畢后，再向漿料桶中加入消泡劑聚二甲基硅氧烷；在進(jìn)行攪拌后，控制粘度在10～20s之間，得到型殼背層漿料，測量型殼面層漿料的粘度所用的粘度杯為美制4號流杯；
d.復(fù)合型殼預(yù)制體的制備：
在步驟b中的漿料制備好后，首先采用浸涂方法，將蠟?zāi)＝胝扯葹?5s的型殼面層漿料中進(jìn)行浸涂，浸漬3分鐘后，即稍待片刻，再取出來對蠟型進(jìn)行控漿，待多余的型殼面層漿料流淌下來之后，使面層漿料均勻地涂掛在蠟?zāi)Ｉ?，然后用粒徑?0～120目的srzro3骨料粉體進(jìn)行表面均勻撒砂，撒在蠟?zāi)１砻嫱繏斓拿鎸油苛夏ど?，然后待面層涂料膜充分干燥和硬化后，再重?fù)2次上述面層漿料浸涂和面層涂料膜固化步驟，使結(jié)合于蠟型上的型殼面層干燥固化；然后采用涂覆方法制備背層，使背層漿料均勻地涂掛在與蠟?zāi)＝Y(jié)合的型殼面層上，然后用粒徑為20目的mgo骨料粉體進(jìn)行表面均勻撒砂，撒在蠟?zāi)Ｍ獗砻嫱繏斓谋硨油苛夏ど希缓蟠硨油苛夏こ浞指稍锖陀不?，再重?fù)2次上述背層漿料浸涂和背層涂料膜固化步驟，使結(jié)合于蠟型外部的型殼背層干燥固化，即形成依次由面層和背層組成的總厚度為5mm的mgo-srzro3復(fù)合型殼預(yù)制體；
e.型殼的脫蠟：
采用微波脫蠟方法，完成對步驟d中制備的mgo-srzro3復(fù)合型殼和蠟型的組合體脫蠟處理過程，得到mgo-srzro3復(fù)合型殼素坯；
f.復(fù)合型殼的焙燒：
將在步驟d中制備的已脫蠟的mgo-srzro3復(fù)合型殼素坯放入焙燒爐中在保護(hù)氣氛中燒結(jié)，控制燒結(jié)溫度為1150℃，燒結(jié)至少2小時，然后于300℃下保溫3小時，再進(jìn)行隨爐冷卻至室溫，最終得到mgo-srzro3復(fù)合型殼成品。
本實(shí)施例制備了一種高活性合金精密鑄造及定向凝固用復(fù)合型殼，型殼的造型材料包括srzro3、氧化鎂、二醋酸鋯、硅溶膠、表面活性劑硬脂酸、消泡劑聚二甲基硅氧烷。型殼的面層材料為srzro3，背層材料為氧化鎂。本實(shí)施例復(fù)合型殼與高活性金反應(yīng)程度小，鑄件表面形成的粘污層厚度?。灰匝趸V為背層鋯酸鍶陶瓷型殼的強(qiáng)度高，鑄件表面的光潔度高；含有鋯酸鍶的涂料穩(wěn)定不易膠凝，懸浮性好，保存時間長。
實(shí)施例三：
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于：
在本實(shí)施例中，一種mgo-srzro3復(fù)合型殼，面層材料主要由面層填料和面層粘結(jié)劑組成，面層填料為srzro3，srzro3為200目的粉末顆粒，面層粘結(jié)劑采用二醋酸鋯，二醋酸鋯不與高活性金屬熔體反應(yīng)，面層材料的配比為：按照組分質(zhì)量百分比，面層填料srzro3為95％，面層粘結(jié)劑二醋酸鋯為5％；背層材料由背層粘結(jié)劑和背層填料組成，背層填料為mgo，mgo為120目的粉末顆粒，面層粘結(jié)劑采用硅溶膠，背層材料的配比為：按照組分質(zhì)量百分比，背層填料mgo為95％，背層粘結(jié)劑硅溶膠為5％。本實(shí)施例由面層和背層組成總厚度為5mm的mgo-srzro3復(fù)合型殼。
在本實(shí)施例中，一種本實(shí)施例mgo-srzro3復(fù)合型殼的制備方法，包括如下步驟：
a.鋯酸鍶原料的預(yù)處理：本步驟與實(shí)施例一相同；
b.型殼面層漿料的配制：
以組分重量百分比進(jìn)行計量，型殼的面層材料的涂料原料配方主要為：srzro3為95％，面層粘結(jié)劑二醋酸鋯為5％；將涂料原料配制成srzro3漿液，在步驟a中，作為原料的srzro3的粒徑為200目，在型殼面層漿料中還添加型殼面層漿料總量0.5wt％的表面活性劑硬脂酸和型殼面層漿料總量0.5wt％的消泡劑聚二甲基硅氧烷，作為添加劑，在進(jìn)行型殼面層漿料的配制時，srzro3漿液的具體制備過程為：首先將面層粘結(jié)劑二醋酸鋯倒入漿料桶中，并對漿料桶中的材料進(jìn)行攪拌預(yù)處理，再向漿料桶中加入表面活性劑硬脂酸；然后將srzro3粉體粉料逐步加入漿料桶中繼續(xù)進(jìn)行攪拌，在srzro3粉體粉料加入完畢后，再向漿料桶中加入消泡劑聚二甲基硅氧烷，在進(jìn)行攪拌后，控制粘度在65s，得到型殼面層漿料，測量型殼面層漿料的粘度所用的粘度杯為美制4號流杯；
c.型殼背層漿料的配制：
以組分重量百分比進(jìn)行計量，型殼的背層涂料原料配方主要為：mgo為95％，背層粘結(jié)劑硅溶膠為5％；將涂料原料配制成mgo漿液，mgo漿液采用mgo的平均粒徑為120目，在型殼背層漿料中還添加型殼背層漿料總量0.5wt％的表面活性劑硬脂酸和型殼背層漿料總量0.5wt％的消泡劑聚二甲基硅氧烷，作為添加劑，在進(jìn)行型殼背層漿料的配制時，mgo漿液的具體制備過程為：首先將背層粘結(jié)劑硅溶膠倒入漿料桶中，并對漿料桶中的材料進(jìn)行攪拌預(yù)處理，再向漿料桶中加入表面活性劑硬脂酸；然后將mgo粉體粉料逐步倒入漿料桶中繼續(xù)進(jìn)行攪拌，在mgo粉體粉料加入完畢后，再向漿料桶中加入消泡劑聚二甲基硅氧烷；在進(jìn)行攪拌后，控制粘度在10～20s之間，得到型殼背層漿料，測量型殼面層漿料的粘度所用的粘度杯為美制4號流杯；
d.復(fù)合型殼預(yù)制體的制備：
在步驟b中的漿料制備好后，首先采用浸涂方法，將蠟?zāi)＝胝扯葹?5s的型殼面層漿料中進(jìn)行浸涂，浸漬3分鐘后，即稍待片刻，再取出來對蠟型進(jìn)行控漿，待多余的型殼面層漿料流淌下來之后，使面層漿料均勻地涂掛在蠟?zāi)Ｉ?，然后用粒徑?0～120目的srzro3骨料粉體進(jìn)行表面均勻撒砂，撒在蠟?zāi)１砻嫱繏斓拿鎸油苛夏ど?，然后待面層涂料膜充分干燥和硬化后，再重?fù)1次上述面層漿料浸涂和面層涂料膜固化步驟，使結(jié)合于蠟型上的型殼面層干燥固化；然后采用涂覆方法制備背層，使背層漿料均勻地涂掛在與蠟?zāi)＝Y(jié)合的型殼面層上，然后用粒徑為20目的mgo骨料粉體進(jìn)行表面均勻撒砂，撒在蠟?zāi)Ｍ獗砻嫱繏斓谋硨油苛夏ど?，然后待背層涂料膜充分干燥和硬化后，再重?fù)3次上述背層漿料浸涂和背層涂料膜固化步驟，使結(jié)合于蠟型外部的型殼背層干燥固化，即形成依次由面層和背層組成的總厚度為5mm的mgo-srzro3復(fù)合型殼預(yù)制體；
e.型殼的脫蠟：本步驟與實(shí)施例一相同；
f.復(fù)合型殼的焙燒：
將在步驟d中制備的已脫蠟的mgo-srzro3復(fù)合型殼素坯放入焙燒爐中在保護(hù)氣氛中燒結(jié)，控制燒結(jié)溫度為1250℃，燒結(jié)至少1小時，然后于300℃下保溫2小時，再進(jìn)行隨爐冷卻至室溫，最終得到mgo-srzro3復(fù)合型殼成品。
本實(shí)施例制備了一種高活性合金精密鑄造及定向凝固用復(fù)合型殼，型殼的造型材料包括srzro3、氧化鎂、二醋酸鋯、硅溶膠、表面活性劑硬脂酸、消泡劑聚二甲基硅氧烷。型殼的面層材料為srzro3，背層材料為氧化鎂。本實(shí)施例復(fù)合型殼與高活性金反應(yīng)程度小，鑄件表面形成的粘污層厚度??；以氧化鎂為背層鋯酸鍶陶瓷型殼的強(qiáng)度高，鑄件表面的光潔度高；含有鋯酸鍶的涂料穩(wěn)定不易膠凝，懸浮性好，保存時間長。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明mgo-srzro3復(fù)合型殼、應(yīng)用及其制備方法的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。