CN105777114A - 一种水溶性陶瓷型芯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种水溶性陶瓷型芯的制备方法,所述水溶性陶瓷型芯其配料按质量百分比例为：20%‑60%的氯化钠粉、40%‑80%的锆英粉，氯化钠粉、锆英粉的总重量份数为100%，还额外包括氯化钠粉、锆英粉总重量份数的0.5%‑1%硅酸乙酯，和15%‑20%的增塑剂，所述增塑剂为50%的聚乙二醇、30%的小苏打、10%的滑石粉；水溶性陶瓷型芯制备步骤包括，粉料配置及混合的步骤，制备浆料的步骤，压制成型的步骤，脱蜡、烧结的步骤。本发明制备方法制备的型芯，湿态强度高、压制流动性好、收缩率小，型芯表面的光洁度高，能够制作复杂形态的型芯，烧结而成的型芯高温强度大，孔隙性大，脱芯快。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷型芯的制备方法，具体的说是一种水溶性陶瓷型芯的制备方法。
背景技术
陶瓷型芯是制造熔模铸造空心铸件的转接件，其作用是形成空心铸件的内腔形状，并与型壳共同保证铸件壁厚的尺寸精度，随着熔模铸造朝着“精密、薄壁、无余量”方向的发展，陶瓷型芯的性能及工程可靠性面临着严峻的挑战。目前，陶瓷型芯主要应用于非有色金属合金和有色金属合金制造的空心铸件内腔结构两大系列。
一般的陶瓷型芯采用混合碱法、碱溶液法、压力脱芯法、氢氟酸法来脱除型芯，这些方法中，有的对铸件有腐蚀性，有的在应用过程中产生有毒物质对环境造成污染，有的脱除工艺复杂还需要专用设备，从而这些都造成型芯脱除时一定难度，在实际生产应用中，不仅费时费力，还给企业生产造成诸多不便。
水溶性陶瓷型芯能够很好的解决上述技术问题，而且在铸件浇铸时不产生有害气体，清理方便快捷，无震动与噪音，铸件成型后通过水力清理可将型芯溶解或高度溃散，使型芯易于清除，并使铸件具有洁净光滑的内表面和良好的尺寸精度，同时节省劳力并改善铸造车间的卫生环境。
目前，有色金属合金所应用的水溶性陶瓷型芯制备技术比较薄弱，水溶性陶瓷型芯是铝合金、铜合金、镁合金精铸空心铸件制造技术的关键瓶颈。掌握这类特殊水溶性陶瓷型芯的制备方法制备技术可以解决有色金属铸件复杂内腔结构的制造难题，还能有效地提升我国有色金属熔模精密铸造的技术水平。
申请号201210276204.9，授权公告号CN102786295B，发明名称：一种水溶性陶瓷型芯及其制备方法，公开了一种水溶性陶瓷型芯及其制备方法。
水溶性陶瓷型芯其配料组成按质量百分数计算为：40%的锆英砂，30%的电熔刚玉粉末，15%的氯化钠粉末，10%的饱和氯化钠溶液和5%的分子量不大于1000的聚乙二醇。其制备方法步骤包括：对氯化钠粉末使用球磨机球磨处理，使其粒度达到120目，然后将其与锆英砂、电熔刚玉粉末放入桶式混料机中，干混10~15分钟；然后加入饱和氯化钠溶液、聚乙二醇进行湿混20~30分钟得到混合料；混合料通过捣实或射芯制备出湿态型芯后进行脱蜡、烧结，具体为：在200℃~250℃烘干0.5~1小时，而后再在920℃烧结30分钟。
上述发明存在缺陷，一是使用氯化钠做原料，烧结温度920℃烧30分钟，由于氯化钠的熔点为800摄氏度，当温度高于800摄氏度时，氯化钠会熔化，对型芯壁较薄的陶瓷型芯件，会产生裂纹，从而影响陶瓷型芯的质量。
二是该发明以电熔刚玉粉末、锆英砂、氯化钠颗粒为主体材料，使用氯化钠和分子量不大于1000的聚乙二醇作为粘结剂，聚乙二醇分子量在700以下者，在20℃时为无色无臭不挥发粘稠液体，略有吸水性。分子量在700～900之间者为半固体。分子量不大于1000的聚乙二醇具有流动性，该发明制备的湿态型芯粘结性低，可塑性较差，无法制作高精度、复杂的型芯，无法满足航空发动机、叶片、汽轮机、燃机等复杂陶瓷型芯所形成的内腔。
三是对于制造水溶性陶瓷型芯来说，烧结是一个十分重要的制备阶段，烧结的工艺、过程、温度等对生产性能优异的水溶性硅基陶瓷型芯极为重要，而对比文件中的烧结步骤十分简单，所生产出来的型芯性能较差。
此外，该发明使用捣实或射芯法制备湿态型芯，制作型芯的精度不准，无法制作结构复杂的型芯。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种水溶性陶瓷型芯的制备方法,所述水溶性陶瓷型芯其配料按质量百分比例为：20%-60%的氯化钠粉、40%-80%的锆英粉，氯化钠粉、锆英粉的总重量份数为100%，还额外包括氯化钠粉、锆英粉总重量份数的0.5%-1%硅酸乙酯，和15%-20%的增塑剂，所述增塑剂为50%的聚乙二醇、30%的小苏打、10%的滑石粉；
水溶性陶瓷型芯制备步骤包括，
第一步、粉料配置及混合的步骤
将20%-60%的氯化钠粉和40%-80%的锆英粉一起倒入球磨罐中，用球磨机混合均匀，混合2-4小时后，把混合好的陶瓷粉料倒入盘中；
第二步、制备浆料的步骤
按粉料配置及混合的步骤配制的陶瓷型芯粉料总重量的比例15-20%称出增塑剂的重量，首先将增塑剂加入温控搅拌桶中加以融化，待全熔后，将粉料配置及混合的步骤制备的陶瓷粉料加入搅拌桶中进行搅拌，搅拌时间10小时，搅拌温度控制在100—120℃范围内，制备得到浆料；
第三步、压制成型的步骤
将制备浆料的步骤制备的浆料搅拌10小时后，将按重量比例称好的0.5%-1%硅酸乙酯溶液倒入搅拌桶内，继续搅拌10小时后，停止加热搅拌，浆料在搅拌桶中静置50—100分钟，除去汽泡后，将得到的浆料通过陶芯压注机压注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的胚体；陶芯压注机的压力为1Mpa-4Mpa,温度为80-100℃；
第四步、脱蜡、烧结的步骤
将在压制成型的步骤中制成的硅基陶瓷型芯的胚体放置在烧结专用的匣钵里，然后将装有硅基陶瓷型芯的胚体的匣钵在室温状态下放入高温炉中进行脱蜡、烧结；其包括
A、熔蜡的工艺
将温度从室温升到90-110℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度90-110℃2小时以上；
B、进一步熔蜡的工艺
将温度从90-110℃升到190-210℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度190-210℃2小时以上；
C、强化熔蜡的工艺
将温度从190-210℃升到390-410℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度390-410℃6小时以上；
D、气化的工艺
将温度从390-410℃升到590-610℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度590-610℃1小时以上；
E、将温度从590-610℃升到720-740℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度720-740℃4小时以上。
经过实践和实验发现，以下脱蜡、烧结的步骤中制备的陶瓷型芯效果最佳，
A、熔蜡的工艺
将温度从室温升到100℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度100℃2小时以上；
B、进一步熔蜡的工艺
将温度从100℃升到200℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度200℃2小时以上；
C、强化熔蜡的工艺
将温度从200℃升到400℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度400℃6小时以上；
D、气化的工艺
将温度从400℃升到600℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度600℃1小时以上；
E、将温度从600℃升到730℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度730℃4小时以上。
所述硅酸乙酯的规格为40。
所述增塑剂为90%-95%的石蜡、5%-10%的高压聚乙烯。
有益效果：
本发明水溶性陶瓷型芯的制备方法，加入了硅酸乙酯，能够降低烧结温度，并且提高了型芯高温强度，孔隙性大，脱芯快。使用聚乙二醇、小苏打、滑石粉作为增塑剂型芯混态强度高，流动性好。使用本发明制备方法制备的水溶性陶瓷型芯收缩率为0.1%-0.3%，室温强度6-8Mpa,高温强度10-15Mpa。
本发明方法制备的水溶性陶瓷型芯能够满足铝、镁、钢等合金浇注使用；保证零件复杂内腔结构的形状,在常温下用水溶液脱芯,脱芯效率高。不仅可用于民用产品的生产，也可用于军品铸件的生产研制，本发明方法可用于制备各种内腔形状复杂薄壁零件的陶瓷型芯，制成的型芯变形小，合格率高，投资小、见效快，具有良好的室温、高温性能容易脱芯且环保。
本发明采用的90%-95%的石蜡、5%-10%的高压聚乙烯作为的增塑剂可以制造复杂形状的陶瓷型芯，采用液压设备压芯，湿态强度高、压制流动性好、收缩率小，保证型芯表面的光洁度。能够满足航空发动机、叶片、汽轮机、燃机等复杂的陶瓷型芯所形成的内腔。
具体实施方式
实施例1：一种水溶性陶瓷型芯的制备方法,所述水溶性陶瓷型芯其配料按质量百分比例为：20%-60%的氯化钠粉、40%-80%的锆英粉，氯化钠粉、锆英粉的总重量份数为100%，其特征在于：还额外包括氯化钠粉、锆英粉总重量份数的0.5%-1%硅酸乙酯，和15%-20%的增塑剂，所述增塑剂为50%的聚乙二醇、30%的小苏打、10%的滑石粉；
水溶性陶瓷型芯制备步骤包括，
第一步、粉料配置及混合的步骤
将20%-60%的氯化钠粉和40%-80%的锆英粉一起倒入球磨罐中，用球磨机混合均匀，混合2-4小时后，把混合好的陶瓷粉料倒入盘中；
第二步、制备浆料的步骤
按粉料配置及混合的步骤配制的陶瓷型芯粉料总重量的比例15-20%称出增塑剂的重量，首先将增塑剂加入温控搅拌桶中加以融化，待全熔后，将粉料配置及混合的步骤制备的陶瓷粉料加入搅拌桶中进行搅拌，搅拌时间10小时，搅拌温度控制在100—120℃范围内，制备得到浆料；
第三步、压制成型的步骤
将制备浆料的步骤制备的浆料搅拌10小时后，将按重量比例称好的0.5%-1%硅酸乙酯溶液倒入搅拌桶内，继续搅拌10小时后，停止加热搅拌，浆料在搅拌桶中静置50—100分钟，除去汽泡后，将得到的浆料通过陶芯压注机压注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的胚体；陶芯压注机的压力为1Mpa-4Mpa,温度为80-100℃；
第四步、脱蜡、烧结的步骤
将在压制成型的步骤中制成的硅基陶瓷型芯的胚体放置在烧结专用的匣钵里，然后将装有硅基陶瓷型芯的胚体的匣钵在室温状态下放入高温炉中进行脱蜡、烧结；其包括
A、熔蜡的工艺
将温度从室温升到90-110℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度90-110℃2小时以上；
B、进一步熔蜡的工艺
将温度从90-110℃升到190-210℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度190-210℃2小时以上；
C、强化熔蜡的工艺
将温度从190-210℃升到390-410℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度390-410℃6小时以上；
D、气化的工艺
将温度从390-410℃升到590-610℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度590-610℃1小时以上；
E、将温度从590-610℃升到720-740℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度720-740℃4小时以上。
经过实践和实验发现，以下脱蜡、烧结的步骤中制备的陶瓷型芯效果最佳，
A、熔蜡的工艺
将温度从室温升到100℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度100℃2小时以上；
B、进一步熔蜡的工艺
将温度从100℃升到200℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度200℃2小时以上；
C、强化熔蜡的工艺
将温度从200℃升到400℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度400℃6小时以上；
D、气化的工艺
将温度从400℃升到600℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度600℃1小时以上；
E、将温度从600℃升到730℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度730℃4小时以上。
所述硅酸乙酯的规格为40。
所述增塑剂为90%-95%的石蜡、5%-10%的高压聚乙烯。
实施例2：本实施例与实施例1的不同点在于氯化钠和锆英粉的重量分数配比：氯化钠粉20%、锆英粉80%。按10kg粉料重量百分比为例，氯化钠粉2kg、锆英粉8kg。
实施例3：本实施例与实施例1的不同点在于氯化钠和锆英粉的重量分数配比：氯化钠粉30%、锆英粉70%。按10kg粉料重量百分比为例，氯化钠粉3kg、锆英粉7kg。
实施例4：本实施例与实施例1的不同点在于氯化钠和锆英粉的重量分数配比：氯化钠粉40%、锆英粉60%。按10kg粉料重量百分比为例，氯化钠粉4kg、锆英粉6kg。
实施例5：本实施例与实施例1的不同点在于氯化钠和锆英粉的重量分数配比：氯化钠粉50%、锆英粉50%。按10kg粉料重量百分比为例，氯化钠粉5kg、锆英粉5kg。
实施例6：本实施例与实施例1的不同点在于氯化钠和锆英粉的重量分数配比：氯化钠粉60%、锆英粉40%。按10kg粉料重量百分比为例，氯化钠粉6kg、锆英粉4kg。
Claims (5)
1.一种水溶性陶瓷型芯的制备方法,所述水溶性陶瓷型芯其配料按质量百分比例为：20%-60%的氯化钠粉、40%-80%的锆英粉，氯化钠粉、锆英粉的总重量份数为100%，其特征在于：还额外包括氯化钠粉、锆英粉总重量份数的0.5%-1%硅酸乙酯，和15%-20%的增塑剂，所述增塑剂为50%的聚乙二醇、30%的小苏打、10%的滑石粉；
水溶性陶瓷型芯制备步骤包括，
第一步、粉料配置及混合的步骤
将20%-60%的氯化钠粉和40%-80%的锆英粉一起倒入球磨罐中，用球磨机混合均匀，混合2-4小时后，把混合好的陶瓷粉料倒入盘中；
第二步、制备浆料的步骤
按粉料配置及混合的步骤配制的陶瓷型芯粉料总重量的比例15-20%称出增塑剂的重量，首先将增塑剂加入温控搅拌桶中加以融化，待全熔后，将粉料配置及混合的步骤制备的陶瓷粉料加入搅拌桶中进行搅拌，搅拌时间10小时，搅拌温度控制在100—120℃范围内，制备得到浆料；
第三步、压制成型的步骤
将制备浆料的步骤制备的浆料搅拌10小时后，将按重量比例称好的0.5%-1%硅酸乙酯溶液倒入搅拌桶内，继续搅拌10小时后，停止加热搅拌，浆料在搅拌桶中静置50—100分钟，除去汽泡后，将得到的浆料通过陶芯压注机压注成型，使其形成硅基陶瓷型芯的胚体；陶芯压注机的压力为1Mpa-4Mpa,温度为80-100℃；
第四步、脱蜡、烧结的步骤
将在压制成型的步骤中制成的硅基陶瓷型芯的胚体放置在烧结专用的匣钵里，然后将装有硅基陶瓷型芯的胚体的匣钵在室温状态下放入高温炉中进行脱蜡、烧结。
2.根据权利要求1所述的水溶性陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：所述脱蜡、烧结的步骤包括，
A、熔蜡的工艺
将温度从室温升到90-110℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度90-110℃2小时以上；
B、进一步熔蜡的工艺
将温度从90-110℃升到190-210℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度190-210℃2小时以上；
C、强化熔蜡的工艺
将温度从190-210℃升到390-410℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度390-410℃6小时以上；
D、气化的工艺
将温度从390-410℃升到590-610℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度590-610℃1小时以上；
E、将温度从590-610℃升到720-740℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度720-740℃4小时以上。
3.根据权利要求1所述的水溶性陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：所述脱蜡、烧结的步骤包括，
A、熔蜡的工艺
将温度从室温升到100℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度100℃2小时以上；
B、进一步熔蜡的工艺
将温度从100℃升到200℃，升温速度控制在1小时以上，然后保持温度200℃2小时以上；
C、强化熔蜡的工艺
将温度从200℃升到400℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度400℃6小时以上；
D、气化的工艺
将温度从400℃升到600℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度600℃1小时以上；
E、将温度从600℃升到730℃，升温速度控制在2小时以上，然后保持温度730℃4小时以上。
4.根据权利要求1所述的水溶性陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：硅酸乙酯的规格为40。
5.根据权利要求1所述的水溶性陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：所述增塑剂为90%-95%的石蜡、5%-10%的高压聚乙烯。
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