CN104072181B - 一种纤维增强型陶瓷型芯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维增强型陶瓷型芯，其特征在于它是由下述重量百分比的原料组成的：矿化剂11-16wt％、增塑剂13-20wt％、尼龙纤维2-3wt％、碳化硅纤维1-2wt％、余量为稀土包覆复合粉体，本发明原料中加入的纤维对陶瓷型芯湿坯体能够提供显著的增强作用，并可以避免型芯在焙烧过程中的开裂；同时有机纤维因高温氧化烧除，还可以使陶瓷型芯具有一定的孔隙，利于脱芯。
Description
技术领域
本发明主要涉及精密铸造领域，尤其涉及一种纤维增强型陶瓷型芯。
背景技术
合金铸件的复杂内腔主要通过使用预制的陶瓷型芯来成型，并待铸件铸成后设法脱除。其工艺流程如下：陶芯制备、含陶芯的蜡模制备、制壳、型壳脱蜡和焙烧、合金浇铸、脱芯。众所周知，随着我国发展大型飞机项目和各种新型发动机研制项目的启动，对钛合金精密铸件的形体、结构及其性能提出了更高的要求。
目前，研究较为广泛的氧化硅、氧化硅基陶瓷型芯，因型芯材料不具备对熔融钛合金良好的化学反应惰性且脱芯工艺复杂很难应用于钛合金精铸领域。由于氮化硼与熔融钛合金在高温下具有较高的化学反应惰性，且具良好的高温抗蠕变性能，氮化硼是一种很适合用做钛合金精铸用陶瓷型芯的骨料。近年来引起了相关科研人员的关注，如公开号200610028168.9的中国发明专利申请公开了一种用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳的制备方法，该发明中采用氮化硼粉料及其醋酸锆或硅溶胶为粘结剂制成涂料浆。由于钛合金的形状越来越复杂，现在的钛合金铸件往往带有复杂内腔，这要求型芯在钛合金浇注过程中具备良好的高温抗蠕变性能进而保证形状的完整性同时也对对型芯的脱除性能提出了更高的要求。但氮化硼化学性能稳定给型芯脱除带来了一定困难尤其是对于形状复杂的型芯很难用机械方法进行清除。为了改善型芯的脱芯性能，氧化硅型芯材料也受到相关科研人员的关注，如CN102531648A的中国发明专利申请公开了一种钛合金铸造用氧化硅基体陶瓷型芯及制备方法，由于在钛合金精密铸造工艺较为复杂，从含陶芯的蜡模制备到合金的浇注时间一般均在两周以上，型芯在使用过程中要与水基涂料相接触。上述专利制备出的型芯遇水后即发生水化反应而造成型芯的溃散，因此，上述型芯难以实际应用于钛合金精密铸造领域。
发明内容
本发明目的就是提供一种纤维增强型陶瓷型芯。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种纤维增强型陶瓷型芯，它是由下述重量百分比的原料组成的：
矿化剂11-16wt％、增塑剂13-20wt％、尼龙纤维2-3wt％、碳化硅纤维1-2wt％、余量为稀土包覆复合粉体；
所述的矿化剂为氧化钙、氧化镁、氧化硅中的一种或者两种及以上，以任意质量比混合组成，且细度为50-200μm；
所述的增塑剂是由下述重量份的原料组成的：
石蜡80-90、蜂胶3-4、萜烯树脂4-5、聚环氧乙烷1-2、硅烷偶联剂KH5500.1-0.2；
将上述萜烯树脂加热软化，加入聚环氧乙烷，搅拌均匀后加入剩余各原料，600-800转/分搅拌分散4-6分钟，冷却出料，即得所述增塑剂；
所述的稀土包覆复合的制备方法包括以下步骤：
（1）将十二烷基苯磺酸钠加入到去离子水中，搅拌溶解，得溶解液；
（2）将聚四氟乙烯纤维、锆英粉、氮化硼混合，球磨，过筛，使得粒子细度为60-200μm，得到基础粉体；
（3）将上述基础粉体加入到溶解液中，搅拌均匀，得到分散液；
（4）将无机锆盐和无机钇盐以任何比例混合作为稀土氧化物前驱体，称取无机锆盐和无机钇盐放入盛有去离子水的容器中搅拌并加热制得前驱体溶液；
（5）将上述分散液加入前驱体溶液中，调节溶液的PH值至8-10，得混合液；
（6）将上述混合液烘干，得到烘干粉体，将烘干粉体进行烧结得到稀土包覆复合粉体粉体，烧结温度为1200-1400℃，时间为0.5-20h。
一种纤维增强型陶瓷型芯，所述的稀土包覆复合粉体的制备中，所述的稀土氧化物前驱体的混合质量与基础粉体的质量比为1:17-20。
一种纤维增强型陶瓷型芯，所述的稀土包覆复合粉体的制备中，所述的无机锆盐为氯化锆或硝酸锆，所述的无机钇盐为氯化钇或硝酸钇。
一种纤维增强型陶瓷型芯，所述的稀土包覆复合粉体的制备中，所述的稀土氧化物前驱体溶液，它的浓度为0.01-0.07mol/L。
一种纤维增强型陶瓷型芯，所述的稀土包覆复合粉体的制备中，所述的聚四氟乙烯纤维、锆英粉、氮化硼、十二烷基苯磺酸钠、水的质量比为4-6:3-5:90-100：2-3：1000。
一种纤维增强型陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：
（1）取上述稀土包覆复合粉体重量的10-15%、增塑剂重量的15-20%、尼龙纤维、碳化硅纤维混合，在130-140℃下搅拌混合1-2小时，得预混料；
（2）将混料机加热到120-140℃，加入剩余增塑剂，在搅拌条件下依次加入矿化剂、预混料和剩余各原料，加完后继续搅拌混合10-12小时，根据要求进行造型，烧结即得所述纤维增强型陶瓷型芯，所述烧结温度为1200-1500℃，时间为0.5-20h。
本发明的优点是：
本发明原料中加入的纤维对陶瓷型芯湿坯体能够提供显著的增强作用，并可以避免型芯在焙烧过程中的开裂；同时有机纤维因高温氧化烧除，还可以使陶瓷型芯具有一定的孔隙，利于脱芯。
具体实施方式
实施例1
一种纤维增强型陶瓷型芯，其特征在于它是由下述重量百分比的原料组成的：
矿化剂16wt％、增塑剂20wt％、尼龙纤维3wt％、碳化硅纤维1wt％、余量为稀土包覆复合粉体；
所述的矿化剂为氧化钙、氧化镁、氧化硅等质量比混合组成，且细度为50-200μm；
所述的增塑剂是由下述重量份的原料组成的：
石蜡90、蜂胶3、萜烯树脂5、聚环氧乙烷1、硅烷偶联剂KH5500.2；
将上述萜烯树脂加热软化，加入聚环氧乙烷，搅拌均匀后加入剩余各原料，800转/分搅拌分散6分钟，冷却出料，即得所述增塑剂；
所述的稀土包覆复合的制备方法包括以下步骤：
（1）将十二烷基苯磺酸钠加入到去离子水中，搅拌溶解，得溶解液；
（2）将聚四氟乙烯纤维、锆英粉、氮化硼混合，球磨，过筛，使得粒子细度为60-200μm，得到基础粉体；
（3）将上述基础粉体加入到溶解液中，搅拌均匀，得到分散液；
（4）将无机锆盐和无机钇盐以任何比例混合作为稀土氧化物前驱体，称取无机锆盐和无机钇盐放入盛有去离子水的容器中搅拌并加热制得前驱体溶液；
（5）将上述分散液加入前驱体溶液中，调节溶液的PH值至8-10，得混合液；
（6）将上述混合液烘干，得到烘干粉体，将烘干粉体进行烧结得到稀土包覆复合粉体粉体，烧结温度为1400℃，时间为10h。
一种纤维增强型陶瓷型芯，所述的稀土包覆复合粉体的制备中，所述的稀土氧化物前驱体的混合质量与基础粉体的质量比为1:17-20。
一种纤维增强型陶瓷型芯，所述的稀土包覆复合粉体的制备中，所述的无机锆盐为氯化锆或硝酸锆，所述的无机钇盐为氯化钇或硝酸钇。
一种纤维增强型陶瓷型芯，所述的稀土包覆复合粉体的制备中，所述的稀土氧化物前驱体溶液，它的浓度为0.01mol/L。
一种纤维增强型陶瓷型芯，所述的稀土包覆复合粉体的制备中，所述的聚四氟乙烯纤维、锆英粉、氮化硼、十二烷基苯磺酸钠、水的质量比为4:5:100：2：1000。
一种纤维增强型陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：
（1）取上述稀土包覆复合粉体重量的15%、增塑剂重量的20%、尼龙纤维、碳化硅纤维混合，在140℃下搅拌混合1小时，得预混料；
（2）将混料机加热到140℃，加入剩余增塑剂，在搅拌条件下依次加入矿化剂、预混料和剩余各原料，加完后继续搅拌混合12小时，根据要求进行造型，烧结即得所述纤维增强型陶瓷型芯，所述烧结温度为1200℃，时间为20h。
性能测试：
室温抗弯强度49MPa，烧成收缩率0.58％。
Claims (1)
1.一种纤维增强型陶瓷型芯，其特征在于它是由下述重量百分比的原料组成的：
矿化剂11-16wt％、增塑剂13-20wt％、尼龙纤维2-3wt％、碳化硅纤维1-2wt％、余量为稀土包覆复合粉体；
所述的矿化剂为氧化钙、氧化镁、氧化硅中的一种或者两种及以上，以任意质量比混合组成，且细度为50-200μm；
所述的增塑剂是由下述重量份的原料组成的：
石蜡80-90、蜂胶3-4、萜烯树脂4-5、聚环氧乙烷1-2、硅烷偶联剂KH5500.1-0.2；
将上述萜烯树脂加热软化，加入聚环氧乙烷，搅拌均匀后加入剩余各原料，600-800转/分搅拌分散4-6分钟，冷却出料，即得所述增塑剂；
所述的稀土包覆复合粉体的制备方法包括以下步骤：
（1）将十二烷基苯磺酸钠加入到去离子水中，搅拌溶解，得溶解液；
（2）将聚四氟乙烯纤维、锆英粉、氮化硼混合，球磨，过筛，使得粒子细度为60-200μm，得到基础粉体；
（3）将上述基础粉体加入到溶解液中，搅拌均匀，得到分散液；
（4）将无机锆盐和无机钇盐以任何比例混合作为稀土氧化物前驱体，称取无机锆盐和无机钇盐放入盛有去离子水的容器中搅拌并加热制得前驱体溶液；
（5）将上述分散液加入前驱体溶液中，调节溶液的pH值至8-10，得混合液；
（6）将上述混合液烘干，得到烘干粉体，将烘干粉体进行烧结得到稀土包覆复合粉体，烧结温度为1200-1400℃，时间为0.5-20h；
所述稀土包覆复合粉体的制备中，所述的稀土氧化物前驱体的混合质量与基础粉体的质量比为1:17-20；
所述稀土包覆复合粉体的制备中，所述的无机锆盐为氯化锆或硝酸锆，所述的无机钇盐为氯化钇或硝酸钇；
所述稀土包覆复合粉体的制备中，所述的稀土氧化物前驱体溶液，它的浓度为0.01-0.07mol/L；
所述稀土包覆复合粉体的制备中，所述的聚四氟乙烯纤维、锆英粉、氮化硼、十二烷基苯磺酸钠、去离子水的质量比为4-6:3-5:90-100：2-3：1000；
所述纤维增强型陶瓷型芯的制备方法包括以下步骤：
（1）取上述稀土包覆复合粉体重量的10-15%、增塑剂重量的15-20%、尼龙纤维、碳化硅纤维混合，在130-140℃下搅拌混合1-2小时，得预混料；
（2）将混料机加热到120-140℃，加入剩余增塑剂，在搅拌条件下依次加入矿化剂、预混料和剩余各原料，加完后继续搅拌混合10-12小时，根据要求进行造型，烧结即得所述纤维增强型陶瓷型芯，所述烧结温度为1200-1500℃，时间为0.5-20h。
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2014
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