CN104987083B - 一种陶瓷型芯制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷型芯制备方法，包括：1）.将陶瓷粉料在105～140℃的条件下烘干；加入到真空混合搅拌机中，搅拌，以75～95℃恒温；2）.以陶瓷粉料质量的0.3～1%称取油酸，并以10～30倍体积的无水乙醇溶解；将油酸乙醇溶液喷洒到陶瓷粉料中，搅拌，开启出气阀，充分混合、排气；3）.以陶瓷粉料质量的14～17%称取增塑剂，将增塑剂融化后加入到陶瓷粉料中，充分搅拌；4）.降低搅拌速度，关闭出气阀，抽真空至‑88kPa以上，关闭真空泵，恢复搅拌速度，持续搅拌直至陶瓷浆料表面细腻平整、无可见气泡和颗粒；5）.将陶瓷浆料转移至压芯机，搅拌8h以上进行陶瓷型芯素坯的压制；将压制好的进行造型，焙烧。

Description

一种陶瓷型芯制备方法

技术领域

本发明涉及精密铸造的陶瓷型芯制备方法。

背景技术

在精密铸造工艺中、尤其是近净形熔模精密铸造工艺中，陶瓷型芯是形成空心铸件的重要转接件，其直接决定了铸件内腔的结构形态和成型精度。精密铸造对陶瓷型芯具有很高的质量要求，精密铸造中50%以上的不合格铸件都是由于陶瓷型芯的不合格而致。而陶瓷型芯的不合格原因主要体现为抗折强度不够 、抗蠕变性差以及收缩率大等方面。

影响陶瓷型芯抗折强度、抗蠕变性和收缩率的因素除了材料本身的物理特性，如化学组成、粒度分布等外，最关键的因素就是陶瓷型芯的制备方法，其中，浆料配料工艺及焙烧工艺尤为关键。

陶瓷型芯的浆料配料工艺一般是将陶瓷粉料逐步加入到增塑剂中，两者充分均匀混合后使陶瓷浆料获得良好的塑性，增塑剂的用量和陶瓷浆料的塑性为正比关系，增塑剂用量越高，陶瓷浆料塑性越好，越容易均匀的混合。然而，增塑剂用量高不仅会使压制的陶瓷型芯素坯收缩率增大，并且使得最终烧结成型的陶瓷型芯显气孔率和烧成收缩率增大，对陶瓷型芯的抗折性能、抗蠕变性能以及尺寸稳定性均产生严重影响。因此，陶瓷型芯配方应在一定范围内尽可能的降低增塑剂含量。但是，陶瓷型芯粉料与增塑剂表面的化学不相容性决定了陶瓷浆料在高粉料比重下其塑性和均匀性均很难达到使用要求，同时由于不具有很好的相容性，长期使用后浆料容易出现增塑剂和陶瓷粉料分离的现象，现有已公开的技术对此未能有合理、有效的解决手段。常规措施是将陶瓷浆料配制好后冷凝成块，需要制备陶瓷型芯时再熔化使用。

焙烧工艺是影响陶瓷型芯质量最为关键的一步，裂纹、膨胀、变形、气泡、掉皮等缺陷，以及抗折强度、烧成收缩率等物理性能均与焙烧工艺密切相关，而焙烧工艺的关键在在于焙烧温度和焙烧时间的合理、精确控制，这一技术措施是行业内的商业机密，无从知晓。另一方面，经过焙烧后的陶瓷型芯力学性能和热力学性能往往不能满足使用要求，普遍做法是利用硅溶胶或者树脂类材料对其进行高温强化和低温强化处理，该方法在增加了工艺过程复杂程度的同时，不仅不够环保，并且可能对型芯本身造成变形的不利影响。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述陶瓷型芯的特殊性以及现有制备技术的现状和不足，自主研发一种操作简单易行、性能稳定、抗折强度高、抗蠕变性能好、收缩率低、无需强化后处理的陶瓷型芯制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种陶瓷型芯制备方法，包括下列步骤：

1）. 将陶瓷粉料在105～140℃的条件下烘干；加入到真空混合搅拌机中，搅拌，在75～95℃条件下恒温；

2）. 称取陶瓷粉料质量的0.3～1%的油酸，并以10～30倍体积的无水乙醇溶解；将油酸乙醇溶液喷洒到陶瓷粉料中，搅拌，同时开启搅拌机的出气阀使无水乙醇在搅拌过程中逐渐挥发；充分搅拌使陶瓷粉料的外表面包裹一层油酸，陶瓷粉料从疏水性表面成为亲水性表面，易于与增塑剂混合；

3）. 以陶瓷粉料质量的14～17%称取增塑剂，将增塑剂在75～95℃的条件下融化后加入到步骤2）的陶瓷粉料中，缓慢搅拌，待陶瓷粉料与增塑剂混合后逐渐加快搅拌速度，持续搅拌2～12h；

4）. 将搅拌机的搅拌速度降低，关闭出气阀，抽真空至相对真空压力为-88.0kPa以上，关闭真空泵，恢复搅拌速度，持续搅拌12～24h，随着陶瓷浆料中气体的排出真空度逐渐下降，搅拌完毕后的陶瓷浆料应为表面细腻平整、无可见气泡和颗粒；

5）. 将步骤4）的陶瓷浆料转移至压芯机，搅拌8h以上进行陶瓷型芯素坯的压制；将压制好的陶瓷型芯素胚进行造型，焙烧。

进一步的，步骤1）中烘干的陶瓷粉料经V型混料机混合,并在105～140℃的条件下至少保温1h。更进一步的，所述陶瓷粉料的烘干时间至少为3h，V型混料机的混合时间至少为2h。

进一步的，步骤3）中的增塑剂为石蜡和乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔化混合物，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的用量是石蜡质量的1～3%。更进一步的，所述石蜡为58#石蜡。

作为优选方案，步骤5）中的焙烧工艺为，室温～200℃，20℃/h；200℃，保温2h；200～350℃，30℃/h；350℃，保温2h；350～500℃，30℃/h；500℃，保温2h；500～900℃，100℃/h；900℃，保温4h；900～1200℃，300℃/h；1200℃，保温12h；随炉冷却至150℃以下取出型芯。

本发明的有益效果是：本发明以先对陶瓷粉料原料进行预疏水化处理、再加入增塑剂的方式进行陶瓷浆料的制备，其不仅可靠地实现了陶瓷浆料的良好塑性，而且增塑剂用量低，所得陶瓷浆料的性能稳定，长期使用不会出现固液分离的现象，整个制备方法操作简单、方便易行；本发明陶瓷浆料经焙烧处理后所成型的陶瓷型芯经试验证明，其收缩率小于0.8%，无需进行高温强化和低温强化处理，在室温和1450℃条件下的抗折强度均达到15～25MPa，在1450℃条件下保持1h的热变形量几乎为零，这些性能指标完全满足精密铸造工艺、尤其是近净形熔模精密铸造工艺的技术要求，实用性强。

具体实施方式

实施例1

一种高抗折强度、优抗蠕变性、低收缩率陶瓷型芯的制备方法，包括下列步骤：

1）. 将陶瓷粉料原料在105℃条件下烘干处理4h，烘干后，称取20kg的陶瓷粉料（陶瓷粉料的配比为现有配比）放置在V型混料机中混合2h，混合好后再放入到105℃的烘箱中保温1h，随后转移到真空混合搅拌机中，在90℃条件下恒温保持；

2）. 以陶瓷粉料质量的0.5%称取油酸，约0.1kg，并以15倍体积的无水乙醇溶解油酸；将油酸乙醇溶液均匀地喷洒到搅拌机（即真空混合搅拌机）内的陶瓷粉料中，搅拌，开启搅拌机的出气阀，使无水乙醇在搅拌过程中逐渐挥发；充分搅拌17h，使陶瓷粉料的外表面包裹一层油酸，陶瓷粉料从疏水性表面成为亲水性表面，即陶瓷粉料的表面经过了疏水化处理，将疏水化后的粉料在搅拌桶中尽量压实以赶出大部分空气；

3）. 以陶瓷粉料质量的15%称取增塑剂原料，约3kg，该增塑剂原料为石蜡和EVA，其中石蜡为58#石蜡，EVA的用量是石蜡质量的2%，将增塑剂原料在90℃的条件下熔化后，加入到步骤2）的陶瓷浆料中，待增塑剂完全将上层粉料润湿后开始搅拌。刚开始搅拌时的搅拌速度应尽量低，待陶瓷粉料与增塑剂初步混合后，逐渐加快搅拌速度至10r/min，持续搅拌4h，此时陶瓷浆料具有一定的流动性；

4）. 将搅拌机的搅拌速度降至1r/min，关闭出气阀，抽真空至-90kPa，关闭真空泵，逐渐加快搅拌速度至20r/min（即恢复至步骤3）的快速搅拌速度之上），持续搅拌16h，在此过程中由于陶瓷浆料中的气体不断放出，真空度不断下降并最终保持稳定，搅拌完毕后的陶瓷浆料应为表面细腻平整、无可见气泡和颗粒的；

5）. 将步骤4）的陶瓷浆料转移至压芯机，继续搅拌8h排出加入过程中引入的气体，压制成陶瓷型芯素胚；将压制好的陶瓷型芯素胚放入匣钵中，利用高岭土进行造型，造型好后利用振动机振实；接着将匣钵放入烧结炉中进行焙烧，具体的焙烧工艺为，第一阶段：室温～200℃，20℃/h；200℃，保温2h；第二阶段：200～350℃，30℃/h；350℃，保温2h；第三阶段：350～500℃，30℃/h；500℃，保温2h；第四阶段：500～900℃，100℃/h；900℃，保温4h；第五阶段：900～1200℃，300℃/h；1200℃，保温12h；第六阶段：随炉冷却至150℃以下后，开炉，继续自然冷却至50℃以下后取出型芯，进行清扫打磨处理即可使用。

上述方法所得陶瓷型芯的烧成收缩率测定为0.7%，室温抗折强度为12MPa，1450℃下抗折强度为20MPa，1450℃下的热变形量为0mm。

实施例2

一种高抗折强度、优抗蠕变性、低收缩率陶瓷型芯的制备方法，包括下列步骤：

1）. 将陶瓷粉料原料在140℃条件下烘干处理3h，烘干后，称取20kg的陶瓷粉料（陶瓷粉料的配比为现有配比）放置在V型混料机中混合2h，混合好后再放入到140℃的烘箱中保温1h，稍冷却后，转移到真空混合搅拌机中，在80℃条件下恒温保持；

2）. 以陶瓷粉料质量的0.9%称取油酸，约0.18kg，并以20倍体积的无水乙醇溶解油酸；将油酸乙醇溶液均匀地喷洒到搅拌机（即真空混合搅拌机）内的陶瓷粉料中，搅拌，开启搅拌机的出气阀，使无水乙醇在搅拌过程中逐渐挥发；充分搅拌20h，使陶瓷粉料的外表面包裹一层油酸，陶瓷粉料从疏水性表面成为亲水性表面，即陶瓷粉料的表面经过了疏水化处理，将疏水化后的粉料在搅拌桶中尽量压实以赶出大部分空气；

3）. 以陶瓷粉料质量的14%称取增塑剂原料，约2.8kg，该增塑剂原料为石蜡和EVA，其中石蜡为58#石蜡，EVA的用量是石蜡质量的1%，将增塑剂原料在80℃的条件下熔化后，加入到步骤2）的陶瓷浆料中，待增塑剂完全将上层粉料润湿后开始搅拌。刚开始搅拌时的搅拌速度应尽量低，待陶瓷粉料与增塑剂混合后，逐渐加快搅拌速度至10r/min，持续搅拌6h，此时陶瓷浆料具有一定的流动性；

4）. 将搅拌机的搅拌速度降至1r/min，关闭出气阀，抽真空至-92kPa，关闭真空泵，逐渐加快搅拌速度至10r/min（即恢复至步骤3）的快速搅拌速度），持续搅拌24h，在此过程中由于陶瓷浆料中的气体不断放出，真空度不断下降并最终保持稳定，搅拌完毕后的陶瓷浆料应为表面细腻平整、无可见气泡和颗粒的；

5）. 将步骤4）的陶瓷浆料转移至压芯机，继续搅拌9h排出加入过程中引入的气体，压制成陶瓷型芯素胚；将压制好的陶瓷型芯素胚放入匣钵中，利用高岭土进行造型，造型好后利用振动机振实；接着将匣钵放入烧结炉中进行焙烧，具体的焙烧工艺为，第一阶段：室温～200℃，20℃/h；200℃，保温2h；第二阶段：200～350℃，30℃/h；350℃，保温2h；第三阶段：350～500℃，30℃/h；500℃，保温2h；第四阶段：500～900℃，100℃/h；900℃，保温4h；第五阶段：900～1200℃，300℃/h；1200℃，保温12h；第六阶段：随炉冷却至150℃以下后，开炉，继续自然冷却至50℃以下后取出型芯，进行清扫打磨处理即可使用。

实施例3

一种高抗折强度、优抗蠕变性、低收缩率陶瓷型芯的制备方法，包括下列步骤：

1）. 将陶瓷粉料原料在110℃条件下烘干处理3.5h，烘干后，称取20kg的陶瓷粉料（陶瓷粉料的配比为现有配比）放置在V型混料机中混合2h，混合好后再放入到110℃的烘箱中保温1h，随后转移到真空混合搅拌机中，在75℃条件下恒温保持；

2）. 以陶瓷粉料质量的0.4%称取油酸，约0.08kg，并以10倍体积的无水乙醇溶解油酸；将油酸乙醇溶液均匀地喷洒到搅拌机（即真空混合搅拌机）内的陶瓷粉料中，搅拌，开启搅拌机的出气阀，使无水乙醇在搅拌过程中逐渐挥发；充分搅拌24h，使陶瓷粉料的外表面包裹一层油酸，陶瓷粉料从疏水性表面成为亲水性表面，即陶瓷粉料的表面经过了疏水化处理，将疏水化后的粉料在搅拌桶中尽量压实以赶出大部分空气；

3）. 以陶瓷粉料质量的17%称取增塑剂原料，约3.4kg，该增塑剂原料为石蜡和EVA，其中石蜡为58#石蜡，EVA的用量是石蜡质量的1.5%，将增塑剂原料在75℃的条件下熔化后，加入到步骤2）的陶瓷浆料中，待增塑剂完全将上层粉料润湿后，开始搅拌，刚开始搅拌时的搅拌速度应尽量低，待陶瓷粉料与增塑剂混合后，逐渐加快搅拌速度至10r/min，持续搅拌12h，此时陶瓷浆料具有一定的流动性；

4）. 将搅拌机的搅拌速度降至1r/min，关闭出气阀，抽真空至-88kPa，关闭真空泵，逐渐加快搅拌速度至15r/min（即恢复至步骤3）的快速搅拌速度），持续搅拌20h，在此过程中由于陶瓷浆料中的气体不断放出，真空度不断下降并最终保持稳定，搅拌完毕后的陶瓷浆料应为表面细腻平整、无可见气泡和颗粒的；

5）. 将步骤4）的陶瓷浆料转移至压芯机，继续搅拌10h排出加入过程中引入的气体，压制成陶瓷型芯素胚；将压制好的陶瓷型芯素胚放入匣钵中，利用高岭土进行造型，造型好后利用振动机振实；接着将匣钵放入烧结炉中进行焙烧，具体的焙烧工艺为，第一阶段：室温～200℃，20℃/h；200℃，保温2h；第二阶段：200～350℃，30℃/h；350℃，保温2h；第三阶段：350～500℃，30℃/h；500℃，保温2h；第四阶段：500～900℃，100℃/h；900℃，保温4h；第五阶段：900～1200℃，300℃/h；1200℃，保温12h；第六阶段：随炉冷却至150℃以下后，开炉，继续自然冷却至50℃以下后取出型芯，进行清扫打磨处理即可使用。

以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种陶瓷型芯制备方法，包括下列步骤：

1）. 将陶瓷粉料在105～140℃的条件下烘干；加入到真空混合搅拌机中，搅拌，在75～95℃条件下恒温；

2）. 称取陶瓷粉料质量的0.3～1%的油酸，并以10～30倍体积的无水乙醇溶解；将油酸乙醇溶液喷洒到陶瓷粉料中，搅拌，同时开启搅拌机的出气阀使无水乙醇在搅拌过程中逐渐挥发；充分搅拌使陶瓷粉料的外表面包裹一层油酸，陶瓷粉料从疏水性表面成为亲水性表面，易于与增塑剂混合；

3）. 以陶瓷粉料质量的14～17%称取增塑剂，将增塑剂在75～95℃的条件下融化后加入到步骤2）的陶瓷粉料中，缓慢搅拌，待陶瓷粉料与增塑剂混合后逐渐加快搅拌速度，持续搅拌2～12h；

4）. 将搅拌机的搅拌速度降低，关闭出气阀，抽真空至相对真空压力为-88.0kPa以上，关闭真空泵，恢复搅拌速度，持续搅拌12～24h，随着陶瓷浆料中气体的排出真空度逐渐下降，搅拌完毕后的陶瓷浆料应为表面细腻平整、无可见气泡和颗粒；

5）. 将步骤4）的陶瓷浆料转移至压芯机，搅拌8h以上进行陶瓷型芯素坯的压制；将压制好的陶瓷型芯素胚进行造型，焙烧；

所述焙烧的工艺为，室温～200℃，20℃/h；200℃，保温2h；200～350℃，30℃/h；350℃，保温2h；350～500℃，30℃/h；500℃，保温2h；500～900℃，100℃/h；900℃，保温4h；900～1200℃，300℃/h；1200℃，保温12h；随炉冷却至150℃以下取出型芯。

2.根据权利要求1所述陶瓷型芯制备方法，其特征在于：步骤1）中烘干的陶瓷粉料经V型混料机混合,并在105～140℃的条件下至少保温1h。

3.根据权利要求2所述陶瓷型芯制备方法，其特征在于：所述陶瓷粉料的烘干时间至少为3h，V型混料机的混合时间至少为2h。

4.根据权利要求1所述陶瓷型芯制备方法，其特征在于：步骤3）中的增塑剂为石蜡和乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔化混合物，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的用量是石蜡质量的1～3%。

5.根据权利要求4所述陶瓷型芯制备方法，其特征在于：所述石蜡为58#石蜡。