高孔隙率易脫除硅基陶瓷型芯制備方法
【專利摘要】一種高孔隙率易脫除硅基陶瓷型芯制備方法，通過依次將石英玻璃粉、電熔莫來石粉、煅燒海綿焦粉和硅溶膠混合得到陶瓷型芯粉體漿料，經(jīng)固化成型后埋入氧化鎂粉體中進行烘干，最后經(jīng)燒結(jié)得到高孔隙率易脫除硅基陶瓷型芯，本發(fā)明能夠在兼顧陶瓷型芯力學性能的同時，提高陶瓷型芯的孔隙率至46％以上，易提高其脫除性能。
【專利說明】
高孔隙率易脫除硅基陶瓷型芯制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種不銹鋼、鎳基高溫合金熔模精密鑄造領域的技術，具體是一種孔隙率大于46%的易脫除硅基陶瓷型芯制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，熔模精密鑄造技術越來越多地應用于不銹鋼、鎳基高溫合金等零部件的制造，而隨著航天航空、船舶、汽車、能源、機械等領域?qū)δ透邷亓悴考蟮奶岣?，結(jié)構-功能一體化已經(jīng)成為耐高溫零部件設計和制造的發(fā)展趨勢。由于兼顧減重、降低生產(chǎn)成本和提高性能，很多鑄件的設計都由實心改為空心結(jié)構，因此對于作為形成精鑄件空心內(nèi)腔結(jié)構轉(zhuǎn)接件的陶瓷型芯提供了巨大的市場。陶瓷型芯可形成精鑄件的內(nèi)腔形狀，且與外形模殼共同保證這精鑄件壁厚的尺寸精度，同時在鑄件澆注、凝固和冷卻之后，需要通過機械或化學溶蝕等方式將其從鑄件內(nèi)腔中清除出來，得到空心鑄件，因此，陶瓷型芯的高溫力學性能、型芯的脫除性能就成為衡量型芯綜合性能的主要指標。如陶瓷型芯在金屬熔體澆注時發(fā)生高溫蠕變或斷裂，以及脫芯難度大，均會影響到鑄件的質(zhì)量、成品率和生產(chǎn)效率。一般來說，對于同一材質(zhì)的陶瓷制品，其孔隙率越大，強度往往越低，因此在保證陶瓷型芯常溫與高溫強度滿足要求的同時，盡可能提高型芯的孔隙率，尤其是開放的孔隙率，調(diào)節(jié)孔徑分布，是提高型芯脫除性能的重要方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中陶瓷型芯孔隙率不高或脫芯困難等缺陷，提出一種高孔隙率易脫除硅基陶瓷型芯制備方法，能夠在兼顧陶瓷型芯力學性能的同時，提高陶瓷型芯的孔隙率，易提尚其脫除性能。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明通過依次將石英玻璃粉、電熔莫來石粉、煅燒海綿焦粉和硅溶膠混合得到陶瓷型芯粉體漿料，經(jīng)固化成型后埋入輕質(zhì)氧化鎂粉體中進行烘干，最后經(jīng)燒結(jié)得到高孔隙率易脫除硅基陶瓷型芯。
[0006]所述的石英玻璃粉為市售產(chǎn)品，其粒度為200目-325目，純度大于99.9%。
[0007]所述的電熔莫來石粉為市售產(chǎn)品，其粒度為70目-200目，其中氧化鋁含量為72.6wt.% ο
[0008]所述的煅燒海綿焦粉為市售產(chǎn)品，其粒度為70目-120目，灰分含量低于0.5wt.%。
[0009]所述的硅溶膠為市售產(chǎn)品，其固含量為30%，pH值為8-9。
[0010]所述的氧化鎂粉體為市售輕質(zhì)氧化鎂，粒度為1500目，純度大于99wt%。
[0011 ] 所述的混合，優(yōu)選將70-90重量份的200目-325目石英玻璃粉、5_20重量份的70目-200目電熔莫來石粉、5-10重量份的70-120目的煅燒海綿焦粉先在V型混料機中進行強制攪拌混合2h，然后加入占總質(zhì)量20-50%的硅溶膠，在攪拌條件下加入到攪拌機中，在攪拌速度200轉(zhuǎn)/min的條件下攪拌2h，獲得陶瓷型芯漿料。
[0012]所述的陶瓷型芯粉體漿料中優(yōu)選加入氯化銨水溶液。
[0013]所述的固化成型，具體為:稱取質(zhì)量份數(shù)98-99.5的陶瓷型芯漿料，置于陶瓷型芯壓注機的料罐中，攪拌真空除氣30min，將質(zhì)量濃度10%的氯化銨水溶液按照質(zhì)量份數(shù)0.5-2的比例加入到料罐中，繼續(xù)真空攪拌約lmin，再將陶瓷型芯漿料壓注到金屬模具中，將模具移開靜置，直至陶瓷型芯漿料在模具模腔中成型。
[0014]所述的烘干，具體為:40 °C下保溫2-10h，80 °C保溫2_10h，150 °C保溫2_10h，獲得質(zhì)地堅硬的陶瓷型芯素坯；
[0015]所述的燒結(jié)，優(yōu)選將存放陶瓷型芯素坯的陶瓷匣缽置于燒結(jié)爐中在空氣下進行燒結(jié)；
[0016]所述的燒結(jié)，具體為:1180°C下燒結(jié)3-10h，獲得陶瓷型芯成品。
[0017]本發(fā)明涉及上述方法制備得到的硅基陶瓷型芯，其主要化學成分為S1、Al、0，其孔隙率大于46%，力學性能超過32MPa，均優(yōu)于現(xiàn)有的硅基陶瓷型芯的技術指標。
[0018]本發(fā)明涉及上述硅基陶瓷型芯的應用，將其用于不銹鋼空心鑄件、鎳基高溫合金空心葉片等具有復雜空腔結(jié)構的鑄件的熔模鑄造成型。
技術效果
[0019 ]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術效果包括:
[0020]第一，采用的硅溶膠粘結(jié)劑在陶瓷型芯燒結(jié)后，轉(zhuǎn)變成二氧化硅，與陶瓷型芯基體材料化學成分相同，未引入其它雜質(zhì)元素，同時氯化銨固化劑在高溫下會發(fā)生分解而不會殘留在陶瓷型芯中，對型芯不會造成污染；
[0021]第二，通過控制固化劑的加入量，可以控制漿料固化所需的時間，即固化時間隨著固化劑加入量的增加而縮短，固化時間的可控性保證了操作者能夠預留出充分的時間來完成注漿過程，同時漿料固化可在常溫下進行，簡化了操作工藝；
[0022]第三，素坯經(jīng)固化后即具有一定的硬度，且在干燥和燒結(jié)過程中均處于粉體包埋的狀態(tài)中，因此抗變形能力有所增強；
[0023]第四，煅燒海綿焦在陶瓷型芯燒結(jié)過程中會完全分解，從而使燒結(jié)后的陶瓷型芯呈現(xiàn)開孔結(jié)構，且可通過調(diào)整煅燒海綿焦的添加比例，而實現(xiàn)孔隙率大小的控制，也為型芯的順利脫除提供了有力的保障；
[0024]第五，陶瓷型芯中添加的電熔莫來石呈條狀結(jié)構，對陶瓷型芯素坯和燒結(jié)后的型芯起到了增強的作用，從而保證了型芯在鑄造過程中的高溫強度。
【具體實施方式】
實施例1
[0025]本實施例通過以下步驟實現(xiàn)高孔隙率易脫除陶瓷型芯的制備:
[0026]步驟I)選用質(zhì)量份數(shù)為70的200目-325目石英玻璃粉、質(zhì)量份數(shù)為20的70目-200目電熔莫來石粉、質(zhì)量份數(shù)為10的70-120目的煅燒海綿焦粉在V型混料機中進行強制攪拌混合2h，獲得陶瓷型芯粉體原料;稱取質(zhì)量份數(shù)50的硅溶膠置于攪拌機中，將質(zhì)量份數(shù)50的陶瓷型芯粉體原料的陶瓷型芯粉體原料在攪拌條件下加入到攪拌機中，在攪拌速度200轉(zhuǎn)/min的條件下攪拌2h，獲得陶瓷型芯漿料。
[0027]步驟2)稱取質(zhì)量份數(shù)98的陶瓷型芯漿料，置于陶瓷型芯壓注機的料罐中，攪拌真空除氣30min，將質(zhì)量濃度10%的氯化銨水溶液按照質(zhì)量份數(shù)2的比例加入到料罐中，繼續(xù)真空攪拌約lmin，再將陶瓷型芯漿料壓注到金屬模具中，將模具移開靜置，直至陶瓷型芯漿料在模具模腔中固化成型，再將陶瓷型芯素坯取出，埋入置于陶瓷匣缽的輕質(zhì)氧化鎂粉體中，在烘箱里進行烘干，烘干制度為:40°C下保溫2-10h，80°C保溫2-10h，150°C保溫2-10h，獲得質(zhì)地堅硬的陶瓷型芯素坯;將存放陶瓷型芯素坯的陶瓷匣缽置于燒結(jié)爐中在空氣下進行燒結(jié)，燒結(jié)制度為:1180°C下燒結(jié)3-10h，獲得陶瓷型芯成品。通過阿基米德法對陶瓷型芯樣品進行測定，其孔隙率達到52.8%, 1000 °C下抗折強度為32.5MPa。
實施例2
[0028]本實施例通過以下步驟實現(xiàn)高孔隙率易脫除陶瓷型芯的制備:
[0029]步驟I)選用質(zhì)量份數(shù)為80的200目-325目石英玻璃粉、質(zhì)量份數(shù)為12.5的70目_200目電熔莫來石粉、質(zhì)量份數(shù)為5的70-120目的煅燒海綿焦粉在V型混料機中進行強制攪拌混合2h，獲得陶瓷型芯粉體原料;稱取質(zhì)量份數(shù)30的硅溶膠置于攪拌機中，將質(zhì)量份數(shù)70的陶瓷型芯粉體原料的陶瓷型芯粉體原料在攪拌條件下加入到攪拌機中，在攪拌速度200轉(zhuǎn)/min的條件下攪拌2h，獲得陶瓷型芯漿料。
[0030]步驟2)稱取質(zhì)量份數(shù)99的陶瓷型芯漿料，置于陶瓷型芯壓注機的料罐中，攪拌真空除氣30min，將質(zhì)量濃度10%的氯化銨水溶液按照質(zhì)量份數(shù)I的比例加入到料罐中，繼續(xù)真空攪拌約lmin，再將陶瓷型芯漿料壓注到金屬模具中，將模具移開靜置，直至陶瓷型芯漿料在模具模腔中固化成型，再將陶瓷型芯素坯取出，埋入置于陶瓷匣缽的輕質(zhì)氧化鎂粉體中，在烘箱里進行烘干，烘干制度為:40°C下保溫2-10h，80°C保溫2-10h，150°C保溫2-10h，獲得質(zhì)地堅硬的陶瓷型芯素坯;將存放陶瓷型芯素坯的陶瓷匣缽置于燒結(jié)爐中在空氣下進行燒結(jié)，燒結(jié)制度為:1180°C下燒結(jié)3-10h，獲得陶瓷型芯成品。通過阿基米德法對陶瓷型芯樣品進行測定，其孔隙率達到49.2 %，1000°C下抗折強度為34.8MPa。
實施例3
[0031]本實施例通過以下步驟實現(xiàn)高孔隙率易脫除陶瓷型芯的制備:
[0032]步驟I)選用質(zhì)量份數(shù)為90的200目-325目石英玻璃粉、質(zhì)量份數(shù)為5的70目-200目電熔莫來石粉、質(zhì)量份數(shù)為5的70-120目的煅燒海綿焦粉在V型混料機中進行強制攪拌混合2h，獲得陶瓷型芯粉體原料;稱取質(zhì)量份數(shù)70的硅溶膠置于攪拌機中，將質(zhì)量份數(shù)30的陶瓷型芯粉體原料的陶瓷型芯粉體原料在攪拌條件下加入到攪拌機中，在攪拌速度200轉(zhuǎn)/min的條件下攪拌2h，獲得陶瓷型芯漿料。
[0033]步驟2)稱取質(zhì)量份數(shù)99.5的陶瓷型芯漿料，置于陶瓷型芯壓注機的料罐中，攪拌真空除氣30min，將質(zhì)量濃度10%的氯化銨水溶液按照質(zhì)量份數(shù)0.5的比例加入到料罐中，繼續(xù)真空攪拌約lmin，再將陶瓷型芯漿料壓注到金屬模具中，將模具移開靜置，直至陶瓷型芯漿料在模具模腔中固化成型，再將陶瓷型芯素坯取出，埋入置于陶瓷匣缽的輕質(zhì)氧化鎂粉體中，在烘箱里進行烘干，烘干制度為:40°C下保溫2-10h，80°C保溫2-10h，150°C保溫2-10h，獲得質(zhì)地堅硬的陶瓷型芯素坯;將存放陶瓷型芯素坯的陶瓷匣缽置于燒結(jié)爐中在空氣下進行燒結(jié)，燒結(jié)制度為:1180°C下燒結(jié)3-10h，獲得陶瓷型芯成品。通過阿基米德法對陶瓷型芯樣品進行測定，其孔隙率達到46.3 %，1000°C下抗折強度為35.2MPa。
[0034]將上述實施例的陶瓷型芯用于熔模精密鑄造，鑄件澆注完畢后冷卻至室溫后，放入質(zhì)量百分數(shù)為20%的氫氧化鈉水溶液中，堿煮3-5h，即可實現(xiàn)型芯的完全脫除；與之相對比的，采用以半精煉石蠟作為主要增塑粘結(jié)劑熱壓鑄制備的硅基陶瓷型芯，其孔隙率僅為25-30%，1000°C下抗折強度27-30MPa，經(jīng)同樣的堿煮處理，在15_20h才能實現(xiàn)型芯的完全脫除。
[0035]上述具體實施可由本領域技術人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護范圍以權利要求書為準且不由上述具體實施所限，在其范圍內(nèi)的各個實現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。
【主權項】
1.一種高孔隙率易脫除硅基陶瓷型芯制備方法，其特征在于，通過依次將石英玻璃粉、電熔莫來石粉、煅燒海綿焦粉和硅溶膠混合得到陶瓷型芯粉體漿料，經(jīng)固化成型后埋入氧化鎂粉體中進行進行烘干，最后經(jīng)燒結(jié)得到高孔隙率易脫除硅基陶瓷型芯。2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述的混合，將70-90重量份的200目-325目石英玻璃粉、5-20重量份的70目-200目電熔莫來石粉、5_10重量份的70-120目的煅燒海綿焦粉先在V型混料機中進行強制攪拌混合2h，然后加入占總質(zhì)量20-50%的硅溶膠，在攪拌條件下加入到攪拌機中，在攪拌速度200轉(zhuǎn)/min的條件下攪拌2h，獲得陶瓷型芯漿料。3.根據(jù)權利要求1或2所述的制備方法，其特征是，所述的陶瓷型芯粉體漿料中加入氯化錢水溶液。4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述的固化成型，具體為:稱取質(zhì)量份數(shù)98-99.5的陶瓷型芯漿料，置于陶瓷型芯壓注機的料罐中，攪拌真空除氣30min，將質(zhì)量濃度10%的氯化銨水溶液按照質(zhì)量份數(shù)0.5-2的比例加入到料罐中，繼續(xù)真空攪拌約lmin，再將陶瓷型芯漿料壓注到金屬模具中，將模具移開靜置，直至陶瓷型芯漿料在模具模腔中成型。5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述的烘干，具體為:40°C下保溫2-10h，80 °C保溫2-1 Oh，150 °C保溫2-1 Oh，獲得質(zhì)地堅硬的陶瓷型芯素坯。6.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述的燒結(jié)，將存放陶瓷型芯素坯的陶瓷匣缽置于燒結(jié)爐中在空氣下進行燒結(jié)。7.根據(jù)權利要求1或6所述的制備方法，其特征是，所述的燒結(jié)，具體為:1180°C下燒結(jié)3_10h，獲得陶瓷型芯成品。8.—種根據(jù)權利要求1?7中任一所述方法制備得到的高孔隙率易脫除硅基陶瓷型芯，其特征在于，孔隙率大于46 %。9.種根據(jù)權利要求1?7中任一所述的高孔隙率易脫除硅基陶瓷型芯的應用，其特征在于，用于不銹鋼空心鑄件、鎳基高溫合金空心葉片的鑄件的熔模鑄造成型。
【文檔編號】C04B35/14GK106083005SQ201610393433
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月6日 公開號201610393433.7, CN 106083005 A, CN 106083005A, CN 201610393433, CN-A-106083005, CN106083005 A, CN106083005A, CN201610393433, CN201610393433.7
【發(fā)明人】李飛, 王飛, 陳曉燕
【申請人】上海交通大學