CN104086161B - 一种可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及陶瓷型芯领域，具体为一种可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，用于调节硅基陶瓷型芯热膨胀特性。采用调整硅基陶瓷型芯中氧化铝的含量来控制型芯的热膨胀系数，在准备硅基陶瓷型芯浆料的过程中需严格控制氧化铝的含量，而后利用上述浆料通过压注成型和高温烧结制备硅基陶瓷型芯。硅基陶瓷型芯是精密铸造构件中形成复杂空腔结构的关键模板，其与型壳的匹配性在使用过程中至关重要。而决定二者匹配性的关键是二者的热膨胀系数必须接近。该方法是通过改变硅基陶瓷型芯中氧化铝微粉的含量，达到调节型芯自身热膨胀特性的目的，从而根据型壳实际需要，制备不同热膨胀特性的型芯，达到二者在浇注过程中尺寸匹配的最终目的。
Description
技术领域：
本发明涉及陶瓷型芯领域，具体为一种可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，用于调节硅基陶瓷型芯热膨胀特性。
背景技术：
陶瓷型芯在精密铸造行业的应用日益广泛，特别是铸造定向、单晶空心叶片，其复杂内腔结构主要是依靠陶瓷型芯的技术来保证。陶瓷型芯是根据零件所需的孔或腔制造型芯模，用于生产型芯，制蜡模时将型芯一同压入蜡模内，直至铸件浇注成型后再去除，陶瓷型芯用来形成空心叶片的内腔。
国内研制和应用的陶瓷型芯主要有硅基和铝基两种，其中：
铝基型芯的基体材料为Al2O3，其高温性能综合指标高，热膨胀系数小，高温浇注后型芯变形量小，耐火度高，铝基型芯可以在1600℃以上的高温条件下使用。但是，铝基型芯脱芯困难，需要配备高温、高压设备及与之匹配的脱芯工艺，由于这些条件和技术指标短时间内无法解决，所以铝基型芯在国内还没有得到广泛应用。
硅基陶瓷型芯具有热膨胀系数小、优良的热稳定性、机械强度高、化学稳定性好和脱芯方便等优点，广泛应用在空心涡轮叶片制造领域，国际上对该系列硅基陶瓷型芯作了大量的研究工作。目前，国内使用的陶瓷型芯材料仍以硅基为主，现有的陶瓷型芯在浇注发动机叶片时，由于与型壳的热膨胀系数相差较大，时常发生变形甚至断裂，严重影响了叶片的成品率。因此，开发具有优异综合性能，特别是具有与型壳热膨胀系数相近的硅基陶瓷型芯，对发动机空心叶片的生产具有重大意义。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，该方法对调节硅基陶瓷型芯热膨胀特性可行性强，成品率高，适用于硅基陶瓷型芯。
本发明的技术方案是：
一种可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，采用调整硅基陶瓷型芯中氧化铝的含量来控制型芯的热膨胀系数，在准备硅基陶瓷型芯浆料的过程中需严格控制氧化铝的含量，而后利用上述浆料通过压注成型和高温烧结制备硅基陶瓷型芯。
所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，按重量百分比计，硅基陶瓷型芯浆料的成分和含量为：陶瓷粉料80～85wt.％，蜡基增塑剂15～20wt.％；陶瓷粉料为石英玻璃粉和氧化铝粉，石英玻璃粉或氧化铝粉的粒度要求和重量百分比均为：在0μm<粒度≤10μm范围内为15～25％，在10μm<粒度≤40μm范围内为50～70％，在40μm<粒度≤70μm范围内为15～25％。
所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，当硅基陶瓷型芯浆料中氧化铝粉的含量在0<氧化铝粉≤20wt％范围内时，所得硅基陶瓷型芯浆料的热膨胀系数在0<热膨胀系数≤3.96×10-6/℃范围内调节。
述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，优选地，当硅基陶瓷型芯浆料中氧化铝粉的含量在5≤氧化铝粉≤15wt％范围内时，所得硅基陶瓷型芯浆料的热膨胀系数在1×10-6/℃≤热膨胀系数≤3×10-6/℃范围内调节。
所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，按重量百分比计，蜡基增塑剂的成分和含量为：石蜡65～75wt.％，蜂蜡20～30wt.％，聚乙烯1～3wt.％，硬脂酸2～4wt.％。
所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，包括如下步骤：
称量粒度符合要求的陶瓷粉料：石英玻璃粉和氧化铝粉，而后放入鼓风干燥箱中，在120℃保温3～5小时，待粉末受热均匀后，在搅拌的条件下加入到已经熔融的蜡基增塑剂中，陶瓷粉料添加完毕后，继续搅拌至蜡基增塑剂与石英玻璃粉和氧化铝粉完全混合均匀，形成硅基陶瓷型芯浆料；在搅拌的过程中，硅基陶瓷型芯浆料的温度控制在130～140℃，硅基陶瓷型芯浆料搅拌均匀后浇注成锭块以待压注；需要压注时，将硅基陶瓷型芯浆料锭块加热到120℃后保温3～5小时，维持浆料温度在120±1℃，在陶瓷压芯机上压注成型，形成硅基陶瓷型芯素坯；
选取工业氧化铝粉作为填料，进行硅基陶瓷型芯的造型，具体过程是：将压注成型的硅基陶瓷型芯素坯去除表面缺陷后，包埋于已经置于刚玉坩埚中的工业氧化铝填料粉中，然后将盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩埚放入到焙烧炉中；硅基陶瓷型芯的焙烧分为脱蜡和烧结两个阶段：以80～100℃/h的升温速率升温至400～500℃，而后保温2～4h进行脱蜡，在脱蜡过程中，保持空气干燥；当温度高于500℃时进入烧结阶段，此阶段的升温速率提高到100～120℃/h，直至最高焙烧温度1150～1200℃，焙烧3～4h后随炉冷却，形成硅基陶瓷型芯。
所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，对焙烧完毕的硅基陶瓷型芯进行强化，处理方法为将硅基陶瓷型芯置于硅酸乙酯水解液中，待硅基陶瓷型芯表面无气泡放出时取出，自然干燥12h以上。
所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，压注时，模具的温度维持在30～50℃。
所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，工业氧化铝粉经1150～1200℃于空气中煅烧3～4h。
本发明的设计思想是：
硅基陶瓷型芯是精密铸造构件中形成复杂空腔结构的关键模板，其与型壳的匹配性在使用过程中至关重要。而决定二者匹配性的关键是二者的热膨胀系数必须接近。本发明方法是通过改变硅基陶瓷型芯中氧化铝微粉的含量，达到调节型芯自身热膨胀特性的目的，从而根据型壳实际需要，制备不同热膨胀特性的型芯，达到二者在浇注过程中尺寸匹配的最终目的。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明通过调节硅基陶瓷型芯中刚玉粉的含量来控制型芯的热膨胀系数，操作简单，且热膨胀系数易于精确控制。
2.本发明制备的硅基陶瓷型芯适用于镍基多晶高温合金和氧化铝基陶瓷型壳。
附图说明：
图1为硅基陶瓷型芯1300℃时的热膨胀系数与刚玉粉含量的关系图。
图2(a)-图2(b)均为采用本发明制备的硅基陶瓷型芯示意图。
具体实施方式：
本发明采用石英玻璃粉、氧化铝粉(刚玉粉)和蜡基增塑剂，制备硅基陶瓷型芯浆料。采用陶瓷压芯机压制具有一定结构的硅基陶瓷型芯，而后利用上述浆料通过压注成型和高温烧结制备硅基陶瓷型芯。特别是，通过调整硅基陶瓷型芯中氧化铝粉(刚玉粉)的含量来控制型芯的热膨胀系数，在准备硅基陶瓷型芯浆料的过程中需严格控制氧化铝的含量。
在现有技术中，硅酸乙酯水解液是硅酸乙酯经水解后所得，主要作为硅酸溶胶熔模铸造中的粘结剂。而本发明中，采用特定的硅酸乙酯水解液对硅基陶瓷型芯进行强化处理，硅酸乙酯水解液的成分和含量为：硅酸乙酯80％，酒精12％，蒸馏水5％，盐酸3％，强化效果最佳。
实施例1
按重量百分比计，硅基陶瓷型芯浆料的成分和含量为：陶瓷粉料82wt.％，蜡基增塑剂18wt.％。其中，陶瓷粉料为石英玻璃粉和氧化铝粉，石英玻璃粉或氧化铝粉的粒度要求和重量百分比均为：在0μm<粒度≤10μm范围内为20％，在10μm<粒度≤40μm范围内为60％，在40μm<粒度≤70μm范围内为20％。按重量百分比计，蜡基增塑剂的成分和含量为：石蜡70wt.％，蜂蜡25wt.％，聚乙烯2wt.％，硬脂酸3wt.％。
当硅基陶瓷型芯浆料中氧化铝粉的含量在0<氧化铝粉≤20wt％范围内时，所得硅基陶瓷型芯浆料的热膨胀系数在0<热膨胀系数≤3.96×10-6/℃范围内调节。本实施例陶瓷粉料中，氧化铝粉占5wt％，其余为石英玻璃粉，陶瓷粉料的热膨胀系数为1×10-6/℃。陶瓷粉料采用特定配比的石英玻璃粉和氧化铝粉，并且石英玻璃粉和氧化铝粉分别采用特定的粒度和含量，其好处是：提高压注时的成形性，改善型芯的使用性能。
蜡基增塑剂采用石蜡(降低黏度)、蜂蜡(提高塑性)、聚乙烯(提高料浆稳定性和素坯强度)和硬脂酸(提高增塑剂和粉料的润湿性)4种物质按特定配比组成，其好处是：提高坯料可塑性，保证料浆稳定性和型芯素坯的强度。
本实施例中，可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法如下：
称量粒度符合要求的陶瓷粉料(石英玻璃粉和氧化铝粉)，而后放入鼓风干燥箱中，陶瓷粉料使用之前进行加热处理，在120℃保温4小时，待粉末受热均匀后，在搅拌的条件下加入到已经熔融的蜡基增塑剂中，陶瓷粉料添加完毕后，继续搅拌至蜡基增塑剂与石英玻璃粉和氧化铝粉完全混合均匀，形成硅基陶瓷型芯浆料。在搅拌的过程中，硅基陶瓷型芯浆料的温度控制在135℃，硅基陶瓷型芯浆料搅拌均匀后浇注成锭块以待压注。需要压注时，将硅基陶瓷型芯浆料锭块加热到120℃后保温4小时，维持浆料温度在120±1℃，在陶瓷压芯机上压注成型，形成硅基陶瓷型芯素坯。压注时，模具的温度维持在40℃左右。
选取工业氧化铝粉(经1200℃于空气中煅烧3h)作为填料，进行硅基陶瓷型芯的造型，具体过程是：将压注成型的硅基陶瓷型芯素坯去除飞边、毛刺等缺陷后，包埋于已经置于刚玉坩埚中的工业氧化铝填料粉中，然后将盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩埚放入到焙烧炉中。硅基陶瓷型芯的焙烧分为脱蜡和烧结两个阶段：以80℃/h的升温速率升温至450℃，而后保温3h进行脱蜡，在脱蜡过程中，须保持空气干燥。当温度高于500℃时进入烧结阶段，此阶段的升温速率可以提高到100℃/h，直至最高焙烧温度1200℃，焙烧3h后随炉冷却。
从而，通过上述特定的工艺步骤和工艺参数，形成可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯。
进一步地，对焙烧完毕的硅基陶瓷型芯进行强化，处理方法为将硅基陶瓷型芯置于硅酸乙酯水解液中，待硅基陶瓷型芯表面无气泡放出时取出，自然干燥12h以上。本实施例中，采用特定的硅酸乙酯水解液对硅基陶瓷型芯进行强化处理，硅酸乙酯水解液的成分和含量为：硅酸乙酯80％，酒精12％，蒸馏水5％，盐酸3％。
如图1所示，从硅基陶瓷型芯在1300℃时的热膨胀系数与刚玉粉含量的关系图可以看出，热膨胀系数与刚玉粉含量呈正比关系。
如图2(a)-图2(b)所示，从本发明制备的硅基陶瓷型芯可以看出，该方法可制备出满足要求的型芯。
实施例2
按重量百分比计，硅基陶瓷型芯浆料的成分和含量为：陶瓷粉料80wt.％，蜡基增塑剂20wt.％。其中，陶瓷粉料为石英玻璃粉和氧化铝粉，石英玻璃粉或氧化铝粉的粒度要求和重量百分比均为：在0μm<粒度≤10μm范围内为25％，在10μm<粒度≤40μm范围内为50％，在40μm<粒度≤70μm范围内为25％。按重量百分比计，蜡基增塑剂的成分和含量为：石蜡65wt.％，蜂蜡30wt.％，聚乙烯1wt.％，硬脂酸4wt.％。
当硅基陶瓷型芯浆料中氧化铝粉的含量在0<氧化铝粉≤20wt％范围内时，所得硅基陶瓷型芯浆料的热膨胀系数在0<热膨胀系数≤3.96×10-6/℃范围内调节。本实施例陶瓷粉料中，氧化铝粉占15wt％，其余为石英玻璃粉，陶瓷粉料的热膨胀系数为3×10-6/℃。陶瓷粉料采用特定配比的石英玻璃粉和氧化铝粉，并且石英玻璃粉和氧化铝粉分别采用特定的粒度和含量，其好处是：提高压注时的成形性，改善型芯的使用性能。
蜡基增塑剂采用石蜡(降低黏度)、蜂蜡(提高塑性)、聚乙烯(提高料浆稳定性和素坯强度)和硬脂酸(提高增塑剂和粉料的润湿性)4种物质按特定配比组成，其好处是：提高坯料可塑性，保证料浆稳定性和型芯素坯的强度。
本实施例中，可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法如下：
称量粒度符合要求的陶瓷粉料(石英玻璃粉和氧化铝粉)，而后放入鼓风干燥箱中，陶瓷粉料使用之前进行加热处理，在120℃保温3小时，待粉末受热均匀后，在搅拌的条件下加入到已经熔融的蜡基增塑剂中，陶瓷粉料添加完毕后，继续搅拌至蜡基增塑剂与石英玻璃粉和氧化铝粉完全混合均匀，形成硅基陶瓷型芯浆料。在搅拌的过程中，硅基陶瓷型芯浆料的温度控制在130℃，硅基陶瓷型芯浆料搅拌均匀后浇注成锭块以待压注。需要压注时，将硅基陶瓷型芯浆料锭块加热到120℃后保温3小时，维持浆料温度在120±1℃，在陶瓷压芯机上压注成型，形成硅基陶瓷型芯素坯。压注时，模具的温度维持在40℃左右。
选取工业氧化铝粉(经1150℃于空气中煅烧4h)作为填料，进行硅基陶瓷型芯的造型，具体过程是：将压注成型的硅基陶瓷型芯素坯去除飞边、毛刺等缺陷后，包埋于已经置于刚玉坩埚中的工业氧化铝填料粉中，然后将盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩埚放入到焙烧炉中。硅基陶瓷型芯的焙烧分为脱蜡和烧结两个阶段：以100℃/h的升温速率升温至500℃，而后保温2h进行脱蜡，在脱蜡过程中，须保持空气干燥。当温度高于500℃时进入烧结阶段，此阶段的升温速率可以提高到120℃/h，直至最高焙烧温度1150℃，焙烧4h后随炉冷却。
从而，通过上述特定的工艺步骤和工艺参数，形成可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯。
进一步地，对焙烧完毕的硅基陶瓷型芯进行强化，处理方法为将硅基陶瓷型芯置于硅酸乙酯水解液中，待硅基陶瓷型芯表面无气泡放出时取出，自然干燥12h以上。本实施例中，采用特定的硅酸乙酯水解液对硅基陶瓷型芯进行强化处理，硅酸乙酯水解液的成分和含量为：硅酸乙酯80％，酒精12％，蒸馏水5％，盐酸3％。
实施例3
按重量百分比计，硅基陶瓷型芯浆料的成分和含量为：陶瓷粉料85wt.％，蜡基增塑剂15wt.％。其中，陶瓷粉料为石英玻璃粉和氧化铝粉，石英玻璃粉或氧化铝粉的粒度要求和重量百分比均为：在0μm<粒度≤10μm范围内为15％，在10μm<粒度≤40μm范围内为70％，在40μm<粒度≤70μm范围内为15％。按重量百分比计，蜡基增塑剂的成分和含量为：石蜡75wt.％，蜂蜡20wt.％，聚乙烯3wt.％，硬脂酸2wt.％。
当硅基陶瓷型芯浆料中氧化铝粉的含量在0<氧化铝粉≤20wt％范围内时，所得硅基陶瓷型芯浆料的热膨胀系数在0<热膨胀系数≤3.96×10-6/℃范围内调节。本实施例陶瓷粉料中，氧化铝粉占20wt％，其余为石英玻璃粉，陶瓷粉料的热膨胀系数为3.96×10-6/℃。陶瓷粉料采用特定配比的石英玻璃粉和氧化铝粉，并且石英玻璃粉和氧化铝粉分别采用特定的粒度和含量，其好处是：提高压注时的成形性，改善型芯的使用性能。
蜡基增塑剂采用石蜡(降低黏度)、蜂蜡(提高塑性)、聚乙烯(提高料浆稳定性和素坯强度)和硬脂酸(提高增塑剂和粉料的润湿性)4种物质按特定配比组成，其好处是：提高坯料可塑性，保证料浆稳定性和型芯素坯的强度。
本实施例中，可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法如下：
称量粒度符合要求的陶瓷粉料(石英玻璃粉和氧化铝粉)，而后放入鼓风干燥箱中，陶瓷粉料使用之前进行加热处理，在120℃保温5小时，待粉末受热均匀后，在搅拌的条件下加入到已经熔融的蜡基增塑剂中，陶瓷粉料添加完毕后，继续搅拌至蜡基增塑剂与石英玻璃粉和氧化铝粉完全混合均匀，形成硅基陶瓷型芯浆料。在搅拌的过程中，硅基陶瓷型芯浆料的温度控制在140℃，硅基陶瓷型芯浆料搅拌均匀后浇注成锭块以待压注。需要压注时，将硅基陶瓷型芯浆料锭块加热到120℃后保温5小时，维持浆料温度在120±1℃，在陶瓷压芯机上压注成型，形成硅基陶瓷型芯素坯。压注时，模具的温度维持在40℃左右。
选取工业氧化铝粉(经1180℃于空气中煅烧3.5h)作为填料，进行硅基陶瓷型芯的造型，具体过程是：将压注成型的硅基陶瓷型芯素坯去除飞边、毛刺等缺陷后，包埋于已经置于刚玉坩埚中的工业氧化铝填料粉中，然后将盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩埚放入到焙烧炉中。硅基陶瓷型芯的焙烧分为脱蜡和烧结两个阶段：以90℃/h的升温速率升温至450℃，而后保温4h进行脱蜡，在脱蜡过程中，须保持空气干燥。当温度高于500℃时进入烧结阶段，此阶段的升温速率可以提高到110℃/h，直至最高焙烧温度1180℃，焙烧3.5h后随炉冷却。
从而，通过上述特定的工艺步骤和工艺参数，形成可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯。
进一步地，对焙烧完毕的硅基陶瓷型芯进行强化，处理方法为将硅基陶瓷型芯置于硅酸乙酯水解液中，待硅基陶瓷型芯表面无气泡放出时取出，自然干燥12h以上。本实施例中，采用特定的硅酸乙酯水解液对硅基陶瓷型芯进行强化处理，硅酸乙酯水解液的成分和含量为：硅酸乙酯80％，酒精12％，蒸馏水5％，盐酸3％。
实施例4
按重量百分比计，硅基陶瓷型芯浆料的成分和含量为：陶瓷粉料84wt.％，蜡基增塑剂16wt.％。其中，陶瓷粉料为石英玻璃粉和氧化铝粉，石英玻璃粉或氧化铝粉的粒度要求和重量百分比均为：在0μm<粒度≤10μm范围内为18％，在10μm<粒度≤40μm范围内为64％，在40μm<粒度≤70μm范围内为18％。按重量百分比计，蜡基增塑剂的成分和含量为：石蜡72wt.％，蜂蜡22wt.％，聚乙烯2wt.％，硬脂酸4wt.％。
当硅基陶瓷型芯浆料中氧化铝粉的含量在0<氧化铝粉≤20wt％范围内时，所得硅基陶瓷型芯浆料的热膨胀系数在0<热膨胀系数≤3.96×10-6/℃范围内调节。本实施例陶瓷粉料中，氧化铝粉占10wt％，其余为石英玻璃粉，陶瓷粉料的热膨胀系数为2×10-6/℃。陶瓷粉料采用特定配比的石英玻璃粉和氧化铝粉，并且石英玻璃粉和氧化铝粉分别采用特定的粒度和含量，其好处是：提高压注时的成形性，改善型芯的使用性能。
蜡基增塑剂采用石蜡(降低黏度)、蜂蜡(提高塑性)、聚乙烯(提高料浆稳定性和素坯强度)和硬脂酸(提高增塑剂和粉料的润湿性)4种物质按特定配比组成，其好处是：提高坯料可塑性，保证料浆稳定性和型芯素坯的强度。
本实施例中，可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法如下：
称量粒度符合要求的陶瓷粉料(石英玻璃粉和氧化铝粉)，而后放入鼓风干燥箱中，陶瓷粉料使用之前进行加热处理，在120℃保温4小时，待粉末受热均匀后，在搅拌的条件下加入到已经熔融的蜡基增塑剂中，陶瓷粉料添加完毕后，继续搅拌至蜡基增塑剂与石英玻璃粉和氧化铝粉完全混合均匀，形成硅基陶瓷型芯浆料。在搅拌的过程中，硅基陶瓷型芯浆料的温度控制在135℃，硅基陶瓷型芯浆料搅拌均匀后浇注成锭块以待压注。需要压注时，将硅基陶瓷型芯浆料锭块加热到120℃后保温4小时，维持浆料温度在120±1℃，在陶瓷压芯机上压注成型，形成硅基陶瓷型芯素坯。压注时，模具的温度维持在40℃左右。
选取工业氧化铝粉(经1160℃于空气中煅烧3.5h)作为填料，进行硅基陶瓷型芯的造型，具体过程是：将压注成型的硅基陶瓷型芯素坯去除飞边、毛刺等缺陷后，包埋于已经置于刚玉坩埚中的工业氧化铝填料粉中，然后将盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩埚放入到焙烧炉中。硅基陶瓷型芯的焙烧分为脱蜡和烧结两个阶段：以80℃/h的升温速率升温至400℃，而后保温3h进行脱蜡，在脱蜡过程中，须保持空气干燥。当温度高于500℃时进入烧结阶段，此阶段的升温速率可以提高到115℃/h，直至最高焙烧温度1160℃，焙烧3h后随炉冷却。
从而，通过上述特定的工艺步骤和工艺参数，形成可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯。
进一步地，对焙烧完毕的硅基陶瓷型芯进行强化，处理方法为将硅基陶瓷型芯置于硅酸乙酯水解液中，待硅基陶瓷型芯表面无气泡放出时取出，自然干燥12h以上。本实施例中，采用特定的硅酸乙酯水解液对硅基陶瓷型芯进行强化处理，硅酸乙酯水解液的成分和含量为：硅酸乙酯80％，酒精12％，蒸馏水5％，盐酸3％。
实施例结果表明，本发明方法是通过改变硅基陶瓷型芯中氧化铝微粉的含量，达到调节型芯自身热膨胀特性的目的，从而根据型壳实际需要，制备不同热膨胀特性的型芯。
Claims (6)
1.一种可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：采用调整硅基陶瓷型芯中氧化铝的含量来控制型芯的热膨胀系数，在准备硅基陶瓷型芯浆料的过程中需严格控制氧化铝的含量，而后利用上述浆料通过压注成型和高温烧结制备硅基陶瓷型芯；
按重量百分比计，硅基陶瓷型芯浆料的成分和含量为：陶瓷粉料80～85wt.%，蜡基增塑剂15～20wt.%；陶瓷粉料为石英玻璃粉和氧化铝粉，石英玻璃粉和氧化铝粉的粒度要求和重量百分比为：在0μm<粒度≤10μm范围内为15～25%，在10μm<粒度≤40μm范围内为50～70%，在40μm<粒度≤70μm范围内为15～25%；
硅基陶瓷型芯浆料中氧化铝粉的含量在0<氧化铝粉≤20wt%范围内，所得硅基陶瓷型芯浆料的热膨胀系数在0<热膨胀系数≤3.96×10-6/℃范围内调节；
按重量百分比计，蜡基增塑剂的成分和含量为：石蜡65～75wt.%，蜂蜡20～30wt.%，聚乙烯1～3wt.%，硬脂酸2～4wt.%。
2.按照权利要求1所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：优选地，当硅基陶瓷型芯浆料中氧化铝粉的含量在5≤氧化铝粉≤15wt%范围内时，所得硅基陶瓷型芯浆料的热膨胀系数在1×10-6/℃≤热膨胀系数≤3×10-6/℃范围内调节。
3.按照权利要求1所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
称量粒度符合要求的陶瓷粉料：石英玻璃粉和氧化铝粉，而后放入鼓风干燥箱中，在120℃保温3～5小时，待粉末受热均匀后，在搅拌的条件下加入到已经熔融的蜡基增塑剂中，陶瓷粉料添加完毕后，继续搅拌至蜡基增塑剂与石英玻璃粉和氧化铝粉完全混合均匀，形成硅基陶瓷型芯浆料；在搅拌的过程中，硅基陶瓷型芯浆料的温度控制在130～140℃，硅基陶瓷型芯浆料搅拌均匀后浇注成锭块以待压注；需要压注时，将硅基陶瓷型芯浆料锭块加热到120℃后保温3～5小时，维持浆料温度在120±1℃，在陶瓷压芯机上压注成型，形成硅基陶瓷型芯素坯；
选取工业氧化铝粉作为填料，进行硅基陶瓷型芯的造型，具体过程是：将压注成型的硅基陶瓷型芯素坯去除表面缺陷后，包埋于已经置于刚玉坩埚中的工业氧化铝填料粉中，然后将盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩埚放入到焙烧炉中；硅基陶瓷型芯的焙烧分为脱蜡和烧结两个阶段：以80～100℃/h的升温速率升温至400～500℃，而后保温2～4h进行脱蜡，在脱蜡过程中，保持空气干燥；当温度高于500℃时进入烧结阶段，此阶段的升温速率提高到100～120℃/h，直至最高焙烧温度1150～1200℃，焙烧3～4h后随炉冷却，形成硅基陶瓷型芯。
4.按照权利要求3所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，对焙烧完毕的硅基陶瓷型芯进行强化，处理方法为将硅基陶瓷型芯置于硅酸乙酯水解液中，待硅基陶瓷型芯表面无气泡放出时取出，自然干燥12h以上。
5.按照权利要求3所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，压注时，模具的温度维持在30～50℃。
6.按照权利要求3所述的可调节热膨胀系数的硅基陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，工业氧化铝粉经1150～1200℃于空气中煅烧3～4h。
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