CN105903901B - 一种基于熔融石英的近零收缩率型壳及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于熔融石英的近零收缩率型壳及其制备方法，包括型壳面层和多层型壳背层，型壳面层由型壳面层浆料及面层撒砂材料固化结合成型，该型壳面层浆料中的配制浆料用锆英粉的粒径为300目至1250目，面层撒砂层的骨料为锆英粉，其粒径为100至150目；型壳背层由型壳背层浆料及背层撒砂材料固化结合成型，该型壳背层浆料中的配制浆料用熔融石英粉和熔融石英砂的粒径为100目至1250目，背层撒砂层的骨料为石英砂，其粒径为10至50目；型壳的面层浆料使用锆英粉，背层浆料使用膨胀系数极小的熔融石英，获得的型壳热膨胀系数小，并严格控制所用粉体的粒径，以减小型壳面层与型壳背层之间热膨胀系数的差异。

Description

一种基于熔融石英的近零收缩率型壳及其制备方法
技术领域
本发明涉及熔模铸造技术领域，具体的是一种基于熔融石英的近零收缩率型壳及其制备方法。
背景技术
随着能源利用效率的提升，基于复杂气动原理或者流体动力学设计的部件越来越多，其形状复杂，对于一体性和精度的要求较高。熔模铸造能够整体精密铸造出形状极为复杂的零件，因此成为生产复杂金属构件的主要方法甚至是唯一方法。由于熔模精密铸造过程具有流程长、工序多、影响因素复杂等特点，获得近净形铸件并非易事。在熔模铸造诸多工序中，有三大关键工序对铸件的尺寸和变形影响较大，分别为蜡模制备、型壳制备、铸件凝固。蜡模阶段尺寸变形容易控制，而铸件浇注和冷却过程中金属与型壳的相互作用对铸件的收缩变形影响很大，一方面型壳要受到金属的热冲击和机械冲击，另一方面金属又通过型壳散热冷却和凝固。因此，型壳强度不高和软化变形是造成铸件变形重要原因。金属浇注后，型壳的热膨胀率越大，铸件的凝固收缩变形越大。
高温合金大型薄壁复杂环型铸件是航空发动机、燃机等常用关键部件，由于尺寸大，结构复杂、冶金质量和尺寸精度要求高，而且这些合金铸件的浇铸温度一般在1400～1600℃，因此对熔模铸造过程中型壳质量提出了很高的要求。但是现有制壳工艺存在铸件浇铸收缩率较大，铸件成形效果不理想等缺点。铸件结构越复杂，从蜡模至金属的收缩就越会受结构因素影响，而且通常情况下，不存在数学上的解析解。因此，在模具设计时铸件各个部位的不同收缩率会使模具设计变得异常复杂，从而导致尺寸精度不易控制的缺点；同时由于型壳在使用过程中极易出现焙烧温度或保温时间不到造成的型壳表面毛糙，尤其是高温合金大型薄壁铸件制造领域，影响铸件表面质量，造成铸件清理困难，由于型壳表面杂质无法去除，因此型壳二次焙烧极易造成型壳开裂，无法回收利用，增加了制造成本。
因此，有必要对高温合金大型薄壁复杂环型铸件的型壳制备工艺进行改进，使其满足铸件的需求。浇注过程中铸件的热应力和型壳强度不高、型壳高温软化是造成铸件收缩大，变形的主要原因。所以，热膨胀系数小，抵抗变形能力大的型壳对于航空薄壁铸件至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于熔融石英的近零收缩率型壳及其制备方法，该型壳在高温条件下的热膨胀系数接近于零，具有较强的抵抗变形能力，得到的铸件精度高。
本发明的技术方案是，一种基于熔融石英的近零收缩率型壳，包括紧贴在预制的蜡膜表面的型壳面层和紧贴在型壳面层外侧的多层型壳背层，所述型壳面层由型壳面层浆料及面层撒砂材料固化结合成型，所述型壳面层浆料组分包括硅溶胶、锆英粉、铝酸钴、润湿剂、消泡剂和加强剂，所述面层撒砂层的骨料为锆英粉；所述型壳背层由型壳背层浆料及背层撒砂材料固化结合成型，所述型壳背层浆料组分包括硅溶胶、熔融石英粉、熔融石英砂、润湿剂、消泡剂、蒸馏水和加强剂，所述背层撒砂层的骨料为石英砂；型壳的面层浆料使用锆英粉，背层浆料使用膨胀系数极小的熔融石英，获得的型壳热膨胀系数小。
进一步，该型壳面层浆料中的配制浆料用锆英粉的粒径为300目至1250目，所述面层撒砂层的骨料为锆英粉，其粒径为100至150目；该型壳背层浆料中的配制浆料用熔融石英粉和熔融石英砂的粒径为100目至1250目，所述背层撒砂层的骨料为石英砂，其粒径为10至50目；严格控制面层浆料用粉体、面层挂砂层骨料用粉体、背层浆料用粉体、背层挂砂层骨料用粉体的粒径，以减小型壳面层与型壳背层之间热膨胀系数的差异，获得的型壳更加均匀。
进一步，所述型壳面层浆料的质量百分比配方包括：硅溶胶15%-20%，铝酸钴5%-10%，润湿剂0-0.5%，消泡剂0-0.5%，蒸馏水0.5%-1.0%，加强剂0.5%-1.0%，余量为锆英粉；所述型壳背层浆料的质量百分比配方包括：硅溶胶20%-40%，粒径为100目-300目的熔融石英砂5%-15%，润湿剂0-0.5%，消泡剂0-0.5%，余量为粒径为300目-1250目的熔融石英粉；背层浆料中加入5%-15%的与型壳面层撒砂层的骨料用粉体粒径相接近的熔融石英，可以使型壳面层与背层之间易于粘结，避免粉体粒径差距过大，造成制得的型壳不均匀。
进一步，所述加强剂为丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的混合物，其中所述丁苯乳胶的质量百分比为40%-70%，丙烯酸的质量百分比为25%-59%，丙烯酸酯的质量百分比为1%-10%；加入该加强剂后，可降低型壳脱蜡时的开裂风险，同时提高型壳的室温强度，增加型壳高温焙烧的孔隙率，提高型壳的高温透气率，降低一次焙烧后石英相变型壳开裂的风险，可以增加型壳的一次焙烧后的洗壳工序，降低铸件的夹杂风险，利于型壳的回收利用。
进一步，所述润湿剂为聚氧乙烯醚浓缩物与羧甲基纤维素的混合物，其中所述聚氧乙烯醚的质量百分比为60%-80%，羧甲基纤维素的质量百分比为20%-40%；该润湿剂与蒸馏水混合后加入浆料，可以增加浆料的渗透性和流平性。
进一步，所述消泡剂为正丁醇、正辛醇、聚二甲基硅氧烷或乙二醇丁醚磷酸酯中的至少一种。
上述近零收缩率型壳的制备方法，包括如下步骤：
A、将蜡模模组表面进行除油处理后干燥。
B、配制型壳面层浆料，加入占浆料重量比15%-20%的硅溶胶，加入占重量比5%-10%的铝酸钴，加入占重量比0.5%的润湿剂，加入占重量比0-0.5%的消泡剂，加入占重量比0.5%-1.0 %的蒸馏水，加入0.5%-1.0 %的加强剂，余量为锆英粉进行混合，搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到20-25s，PH值大于8，得到面层浆料。
C、将面层浆料涂覆在蜡模上，撒粒径为100至150目的锆英粉进行挂砂，并确保型壳表面的锆英粉均匀、全面覆盖，在室温 21±5℃、湿度35-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干2-4小时，制成型壳面层。
D、配制背层浆料，加入占浆料重量比20%-40%的硅溶胶，加入占浆料重量比5%-15%、粒径为100目-300目的熔融石英砂，加入占重量比0-0.5%的润湿剂，加入占重量比0-0.5%的消泡剂，余量为粒径为300目-1250目的熔融石英粉进行混合，搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到10-20s，PH值大于7，得到背层浆料。
E、将背层浆料涂覆在已干燥的型壳面层上，撒粒径为10至50目的石英砂进行挂砂，在室温21±5℃、湿度35-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干0.5-1小时，制成型壳第2层。
F、多次重复上述步骤E，完成多层型壳背层的制备；在背层的最后一层，将背层浆料的粘度调整至15-18s，并不再进行挂砂，在室温21±5℃、湿度35%-75%的环境中干燥不低于15小时，完成封浆。
G、采用蒸汽脱蜡，然后采用电炉对型壳进行焙烧，焙烧温度900-1000℃，保温4-6小时，制得型壳成品。
进一步，所述步骤E的重复次数为8-12次，以使获得的型壳厚度更为适中。
本发明的基于熔融石英的近零收缩率型壳，型壳的面层浆料使用锆英粉，背层浆料使用膨胀系数极小的熔融石英，获得的型壳热膨胀系数小，并严格控制面层浆料用粉体、面层挂砂层骨料用粉体、背层浆料用粉体、背层挂砂层骨料用粉体的粒径，以减小型壳面层与型壳背层之间热膨胀系数的差异，获得的型壳更加均匀；背层浆料中加入5%-15%的与型壳面层撒砂层的骨料用粉体粒径相接近的熔融石英，可以使型壳面层与背层之间易于粘结，避免粉体粒径差距过大，造成制得的型壳不均匀；尤其是在高温合金大型薄壁铸件制造领域，可以较好地防止铸件薄壁处的变形和厚薄不均；利用限定的材料使得型壳在室温至铸件浇注温度件的膨胀系数接近0，从而可以使尺寸控制不受铸件复杂结构的制约，在保证铸件尺寸精度的同时，制得的型壳表面致密光滑，得到的铸件表面质量较高，可以有效减少铸件疏松、夹渣、裂纹等缺陷；加入加强剂后，可降低型壳脱蜡时的开裂风险，同时提高型壳的室温强度，增加型壳高温焙烧的孔隙率，提高型壳的高温透气率，降低一次焙烧后石英相变型壳开裂的风险，可以增加型壳的一次焙烧后的洗壳工序，降低铸件的夹杂风险，利于型壳的回收利用；加入润湿剂，可以增加浆料的渗透性和流平性。
具体实施方式
实施例1
制备K438高温合金的导向叶片铸件的型壳，具体包括如下步骤：
A、将蜡模模组表面进行除油处理后干燥；
B、配制型壳面层浆料，按照硅溶胶15%，粒径300目-1250目的锆英粉75%的重量比进行混合，再加入占重量比7%的铝酸钴，加入占重量比0.5%的润湿剂，该润湿剂为聚氧乙烯醚浓缩物与羧甲基纤维素的混合物，该润湿剂中聚氧乙烯醚与羧甲基纤维素的质量比为6:4；加入占重量比0.5%的正丁醇（其他实施例可以是正辛醇、聚二甲基硅氧烷或乙二醇丁醚磷酸酯中的至少一种）作为消泡剂，加入占重量比1.0 %的蒸馏水，加入占重量比1.0 %的加强剂，该加强剂为丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的混合物，丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的质量比为4:5:1；搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到20-25s（使用5#蔡恩杯测量），调整PH值至不低于8，得到面层浆料；
C、将面层浆料涂覆在蜡模上，撒粒径为100至150目的锆英粉进行挂砂，并确保型壳表面的锆英粉均匀、全面覆盖，在室温 21±5℃、湿度35%-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干2-4小时，制成型壳面层；
D、配制背层浆料，按照硅溶胶40%、粒径为300目-1250目的熔融石英粉50%、粒径为100目-300目的熔融石英砂9%的重量比进行混合，加入占重量比0.5%的润湿剂，该润湿剂为聚氧乙烯醚浓缩物与羧甲基纤维素的混合物，聚氧乙烯醚与羧甲基纤维素的质量百分比为7:3；加入占重量比0.5%的正丁醇（其他实施例可以是正辛醇、聚二甲基硅氧烷或乙二醇丁醚磷酸酯中的至少一种），搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到10-20s（使用5#蔡恩杯测量），调整PH值至不低于7，得到背层浆料；
E、将背层浆料涂覆在已干燥的型壳面层上，撒粒径为10至50目的石英砂进行挂砂，在室温21±5℃、湿度35-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干0.5-1小时，制成型壳第2层；
F、多次重复步骤E，完成第3层至第11层型壳背层的制备；然后将背层浆料的粘度调整至15-18s（使用5#蔡恩杯测量），对型壳背层进行最后一层的制备，并不再进行挂砂，在室温21±5℃、湿度35-75%的环境中干燥20小时，完成封浆；
G、采用蒸汽脱蜡，然后采用电炉对型壳进行焙烧，焙烧温度900℃，保温4-6小时，制得型壳成品。
采用上述型壳制得的导向叶片，对其关键部位尺寸进行了测量，测得值参见表1。
表1 导向叶片尺寸检测结果
尺寸部位 设计尺寸（mm） 公差要求（mm） 实测尺寸（mm） 实际公差（mm）
排气边厚度 1.12 ±0.25 1.15 ±0.05
喉道 28.57 ±0.25 28.63 ±0.08
通道尺寸 191 ±0.25 189.94 ±0.1
根据上述测量结果可知，由本发明的型壳制得的导向叶片，其关键部位的尺寸精度可以满足CT-4的标准，保证铸件尺寸精度的同时，制得的型壳表面致密光滑，得到的铸件表面质量较高，可以有效减少铸件疏松、夹渣、裂纹等缺陷。对于需要进行二次焙烧的型壳，对在一次焙烧后增加洗壳工序，将清洗干净的型壳进行二次焙烧，实现型壳的回收利用，降低铸件的夹杂风险和铸造成本。
实施例2
制备K4169高温合金的环套环铸件的型壳，具体包括如下步骤：
A、将蜡模模组表面进行除油处理后干燥；
B、配制型壳面层浆料，按照硅溶胶20%，粒径300目-1250目的锆英粉70%的重量比进行混合，再加入占重量比7%的铝酸钴，加入占重量比0.5%的润湿剂，该润湿剂为聚氧乙烯醚浓缩物与羧甲基纤维素的混合物，聚氧乙烯醚与羧甲基纤维素的质量百分比为6:4；加入占重量比0.5%的正丁醇（其他实施例可以是正辛醇、聚二甲基硅氧烷或乙二醇丁醚磷酸酯中的至少一种）作为消泡剂，加入占重量比1.0 %的蒸馏水，加入占重量比1.0 %的加强剂，该加强剂为丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的混合物，丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的质量百分比为6:3:1；搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到20-25s（使用5#蔡恩杯测量），调整PH值至不低于8，得到面层浆料；
C、将面层浆料涂覆在蜡模上，撒粒径为100至150目的锆英粉进行挂砂，并确保型壳表面的锆英粉均匀、全面覆盖，在室温 21±5℃、湿度35-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干2-4小时，制成型壳面层；
D、配制背层浆料，按照硅溶胶20%，粒径为300目-1250目的熔融石英粉64%，粒径为100目-300目的熔融石英砂15%进行混合，加入占重量比0.5%的润湿剂，该润湿剂为聚氧乙烯醚浓缩物与羧甲基纤维素的混合物，聚氧乙烯醚与羧甲基纤维素的质量百分比为6:4；加入占重量比0.5%的正丁醇（其他实施例可以是正辛醇、聚二甲基硅氧烷或乙二醇丁醚磷酸酯中的至少一种），搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到10-20s（使用5#蔡恩杯测量），调整PH值至不低于7，得到背层浆料；
E、将背层浆料涂覆在已干燥的型壳面层上，撒粒径为10至50目的石英砂进行挂砂，在室温21±5℃、湿度35%-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干0.5-1小时，制成型壳第2层；
F、多次重复步骤E，完成第3层至第9层型壳背层的制备；然后将背层浆料的粘度调整至15-18s（使用5#蔡恩杯测量），对型壳背层进行最后一层的制备，并不再进行挂砂，在室温21±5℃、湿度35-75%的环境中干燥20小时，完成封浆；
G、采用蒸汽脱蜡，然后采用电炉对型壳进行焙烧，焙烧温度1000℃，保温4-6小时，制得型壳成品。
采用上述型壳制得的环套环铸件，对其关键部位尺寸进行了测量，测得值参见表2。
表2环套环铸件尺寸检测结果
尺寸部位 设计尺寸（mm） 公差要求（mm） 实测尺寸（mm） 实际公差（mm）
外环外径 348 ±0.25 347.78 ±0.1
外环内径 300 ±0.25 299.96 ±0.1
外环壁厚 2 ±0.05 1.98 ±0.02
根据上述测量结果可知，由本发明的型壳制得的环套环铸件，其关键部位的尺寸精度可以满足CT-4的标准，保证铸件尺寸精度的同时，制得的型壳表面致密光滑，得到的铸件表面质量较高，可以有效减少铸件疏松、夹渣、裂纹等缺陷。对于需要进行二次焙烧的型壳，对在一次焙烧后增加洗壳工序，将清洗干净的型壳进行二次焙烧，实现型壳的回收利用，降低铸件的夹杂风险和铸造成本。
实施例3
制备K403高温合金的喷嘴环铸件的型壳，具体包括如下步骤：
A、将蜡模模组表面进行除油处理后干燥；
B、配制型壳面层浆料，按照硅溶胶15%，粒径300目-1250目的锆英粉73%的重量比进行混合，再加入占重量比10%的铝酸钴，加入占重量比0.25%的润湿剂，该润湿剂为聚氧乙烯醚浓缩物与羧甲基纤维素的混合物，聚氧乙烯醚与羧甲基纤维素的质量百分比为8:2；加入占重量比0.25%的正丁醇（其他实施例可以是正辛醇、聚二甲基硅氧烷或乙二醇丁醚磷酸酯中的至少一种）作为消泡剂，加入占重量比1%的蒸馏水，加入占重量比0.5 %的加强剂，该加强剂为丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的混合物，丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的质量比为7:2.5:0.5；搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到20-25s（使用5#蔡恩杯测量），调整PH值至不低于8，得到面层浆料；
C、将面层浆料涂覆在蜡模上，撒粒径为100至150目的锆英粉进行挂砂，并确保型壳表面的锆英粉均匀、全面覆盖，在室温 21±5℃、湿度35%-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干2-4小时，制成型壳面层；
D、配制背层浆料，按照硅溶胶30%，粒径为300目-1250目的熔融石英粉64%，粒径为100目-300目的熔融石英砂5%进行混合，加入占重量比0.5%的润湿剂，该润湿剂为聚氧乙烯醚浓缩物与羧甲基纤维素的混合物，聚氧乙烯醚与羧甲基纤维素的质量百分比为8:2；加入占重量比0.5%的正丁醇（其他实施例可以是正辛醇、聚二甲基硅氧烷或乙二醇丁醚磷酸酯中的至少一种），搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到10-20s（使用5#蔡恩杯测量），调整PH值至不低于7，得到背层浆料；
E、将背层浆料涂覆在已干燥的型壳面层上，撒粒径为10至50目的石英砂进行挂砂，在室温21±5℃、湿度35-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干0.5-1小时，制成型壳第2层；
F、多次重复步骤E，完成第3层至第9层型壳背层的制备；然后将背层浆料的粘度调整至15-18s（使用5#蔡恩杯测量），对型壳背层进行最后一层的制备，并不再进行挂砂，在室温21±5℃、湿度35-75%的环境中干燥20小时，完成封浆；
G、采用蒸汽脱蜡，然后采用电炉对型壳进行焙烧，焙烧温度1000℃，保温4-6小时，制得型壳成品。
采用上述型壳制得的喷嘴环铸件，对其关键部位尺寸进行了测量，测得值参见表3。
表3喷嘴环铸件尺寸检测表
尺寸部位 设计尺寸（mm） 公差要求（mm） 实测尺寸（mm） 实际公差（mm）
排气边厚度 1.41 ±0.07 1.39 ±0.05
喉道 20.45 ±0.2 20.4 ±0.08
通道尺寸 98 ±0.3 98.05 ±0. 1
根据上述测量结果可知，由本发明的型壳制得的喷嘴环铸件，其关键部位的尺寸精度可以满足CT-4的标准，保证铸件尺寸精度的同时，制得的型壳表面致密光滑，得到的铸件表面质量较高，可以有效减少铸件疏松、夹渣、裂纹等缺陷。对于需要进行二次焙烧的型壳，对在一次焙烧后增加洗壳工序，将清洗干净的型壳进行二次焙烧，实现型壳的回收利用，降低铸件的夹杂风险和铸造成本。
实施例4
在实施例3的基础上，调整了部分组分的配比制备K403高温合金的喷嘴环铸件的型壳，具体包括如下步骤：
A、将蜡模模组表面进行除油处理后干燥；
B、配制型壳面层浆料，按照硅溶胶20%，粒径300目-1250目的锆英粉67%的重量比进行混合，再加入占重量比10%的铝酸钴，加入占重量比0.5%的润湿剂，该润湿剂为聚氧乙烯醚浓缩物与羧甲基纤维素的混合物，聚氧乙烯醚与羧甲基纤维素的质量百分比为7:3；加入占重量比0.5%的正丁醇（其他实施例可以是正辛醇、聚二甲基硅氧烷或乙二醇丁醚磷酸酯中的至少一种）作为消泡剂，加入占重量比1%的蒸馏水，加入占重量比1 %的加强剂，该加强剂为丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的混合物，丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的质量比为40:59:1；搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到20-25s（使用5#蔡恩杯测量），调整PH值至不低于8，得到面层浆料；
C、将面层浆料涂覆在蜡模上，撒粒径为100至150目的锆英粉进行挂砂，并确保型壳表面的锆英粉均匀、全面覆盖，在室温 21±5℃、湿度35%-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干2-4小时，制成型壳面层；
D、配制背层浆料，按照硅溶胶20%，粒径为300目-1250目的熔融石英粉65%，粒径为100目-300目的熔融石英砂14%进行混合，加入占重量比0.5%的润湿剂，该润湿剂为聚氧乙烯醚浓缩物与羧甲基纤维素的混合物，聚氧乙烯醚与羧甲基纤维素的质量百分比为7:3；加入占重量比0.5%的正丁醇（其他实施例可以是正辛醇、聚二甲基硅氧烷或乙二醇丁醚磷酸酯中的至少一种），搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到10-20s（使用5#蔡恩杯测量），调整PH值至不低于7，得到背层浆料；
E、将背层浆料涂覆在已干燥的型壳面层上，撒粒径为10至50目的石英砂进行挂砂，在室温21±5℃、湿度35-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干0.5-1小时，制成型壳第2层；
F、多次重复步骤E，完成第3层至第9层型壳背层的制备；然后将背层浆料的粘度调整至15-18s（使用5#蔡恩杯测量），对型壳背层进行最后一层的制备，并不再进行挂砂，在室温21±5℃、湿度35-75%的环境中干燥20小时，完成封浆；
G、采用蒸汽脱蜡，然后采用电炉对型壳进行焙烧，焙烧温度1000℃，保温4-6小时，制得型壳成品。
采用上述型壳制得的喷嘴环铸件，对其关键部位尺寸进行了测量，测得值参见表4。
表4喷嘴环铸件尺寸检测表
尺寸部位 设计尺寸（mm） 公差要求（mm） 实测尺寸（mm） 实际公差（mm）
排气边厚度 1.41 ±0.07 1.40 ±0.05
喉道 20.45 ±0.2 20.48 ±0.08
通道尺寸 98 ±0.3 98.02 ±0. 1
根据上述测量结果可知，其关键部位的尺寸精度可以满足CT-4的标准。
实施例5
在实施例1的基础上，调整了部分组分的配比制备K438高温合金的导向叶片铸件的型壳，具体包括如下步骤：
A、将蜡模模组表面进行除油处理后干燥；
B、配制型壳面层浆料，按照硅溶胶18%，粒径300目-1250目的锆英粉75%的重量比进行混合，再加入占重量比5%的铝酸钴，加入占重量比0.5%的润湿剂，该润湿剂为聚氧乙烯醚浓缩物与羧甲基纤维素的混合物，该润湿剂中聚氧乙烯醚与羧甲基纤维素的质量比为6:4；加入占重量比0.5%的正丁醇（其他实施例可以是正辛醇、聚二甲基硅氧烷或乙二醇丁醚磷酸酯中的至少一种）作为消泡剂，加入占重量比0.5 %的蒸馏水，加入占重量比0.5%的加强剂，该加强剂为丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的混合物，丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的质量比为40:55:5；搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到20-25s（使用5#蔡恩杯测量），调整PH值至不低于8，得到面层浆料；
C、将面层浆料涂覆在蜡模上，撒粒径为100至150目的锆英粉进行挂砂，并确保型壳表面的锆英粉均匀、全面覆盖，在室温 21±5℃、湿度35%-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干2-4小时，制成型壳面层；
D、配制背层浆料，按照硅溶胶30%、粒径为300目-1250目的熔融石英粉55%、粒径为100目-300目的熔融石英砂14%的重量比进行混合，加入占重量比0.5%的润湿剂，该润湿剂为聚氧乙烯醚浓缩物与羧甲基纤维素的混合物，聚氧乙烯醚与羧甲基纤维素的质量百分比为6:4；加入占重量比0.5%的正丁醇（其他实施例可以是正辛醇、聚二甲基硅氧烷或乙二醇丁醚磷酸酯中的至少一种），搅拌至硅溶胶和粉料很好地结合在一起，并使浆料的粘度达到10-20s（使用5#蔡恩杯测量），调整PH值至不低于7，得到背层浆料；
E、将背层浆料涂覆在已干燥的型壳面层上，撒粒径为10至50目的石英砂进行挂砂，在室温21±5℃、湿度35%-75%的环境中干燥2-24小时，其中风干0.5-1小时，制成型壳第2层；
F、多次重复步骤E，完成第3层至第11层型壳背层的制备；然后将背层浆料的粘度调整至15-18s（使用5#蔡恩杯测量），对型壳背层进行最后一层的制备，并不再进行挂砂，在室温21±5℃、湿度355-75%的环境中干燥20小时，完成封浆；
G、采用蒸汽脱蜡，然后采用电炉对型壳进行焙烧，焙烧温度900℃，保温4-6小时，制得型壳成品。
采用上述型壳制得的导向叶片，对其关键部位尺寸进行了测量，测得值参见表1。
表5 导向叶片尺寸检测结果
尺寸部位 设计尺寸（mm） 公差要求（mm） 实测尺寸（mm） 实际公差（mm）
排气边厚度 1.12 ±0.25 1.14 ±0.05
喉道 28.57 ±0.25 28.60 ±0.08
通道尺寸 191 ±0.25 189.98 ±0.1
根据上述测量结果可知，其关键部位的尺寸精度可以满足CT-4的标准。
本发明的基于熔融石英的近零收缩率型壳，背层材料主要成分为熔融石英，在型壳焙烧与熔体浇注过程中，陶瓷型壳的热膨胀系数较小，可以较好地防止铸件薄壁处的变形和厚薄不均；利用限定的材料使得型壳在室温至铸件浇注温度件的膨胀系数接近0，从而可以使尺寸控制不受铸件复杂结构的制约，在保证铸件尺寸精度的同时，制得的型壳表面致密光滑，得到的铸件表面质量较高，可以有效减少铸件疏松、夹渣、裂纹等缺陷。加入加强剂后，可降低型壳脱蜡时的开裂风险，同时提高型壳的室温强度，增加型壳高温焙烧的孔隙率，提高型壳的高温透气率，降低一次焙烧后石英相变型壳开裂的风险，可以增加型壳的一次焙烧后的洗壳工序，降低铸件的夹杂风险，利于型壳的回收利用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围中。

Claims (3)

1.一种型壳，其特征在于，包括紧贴在预制的蜡膜表面的型壳面层和紧贴在型壳面层外侧的多层型壳背层，所述型壳面层由型壳面层浆料及面层撒砂材料固化结合成型，所述型壳面层浆料组分包括硅溶胶、锆英粉、铝酸钴、润湿剂、消泡剂和加强剂，所述面层撒砂层的骨料为锆英粉；所述型壳背层由型壳背层浆料及背层撒砂材料固化结合成型，所述型壳背层浆料组分包括硅溶胶、熔融石英粉、熔融石英砂、润湿剂、消泡剂、蒸馏水和加强剂，所述背层撒砂层的骨料为石英砂，该型壳面层浆料中的配制浆料用锆英粉的粒径为300目至1250目，所述面层撒砂层骨料的粒径为100至150目；所述型壳背层浆料中的配制浆料用熔融石英粉和熔融石英砂的粒径为100目至1250目，所述背层撒砂层骨料的粒径为10至50目。
2.根据权利要求1所述的型壳，其特征在于，所述型壳面层浆料的质量百分比配方包括：硅溶胶15%-20%，铝酸钴5%-10%，润湿剂0-0.5%，消泡剂0-0.5%，蒸馏水0.5%-1.0%，加强剂0.5%-1.0%，余量为锆英粉；所述型壳背层浆料的质量百分比配方包括：硅溶胶20%-40%，粒径为100目-300目的熔融石英砂5%-15%，润湿剂0-0.5%，消泡剂0-0.5%，余量为粒径为300目-1250目的熔融石英粉。
3.根据权利要求2所述的型壳，其特征在于，所述加强剂为丁苯乳胶、丙烯酸、丙烯酸酯的混合物，其中所述丁苯乳胶的质量百分比为40%-70%，丙烯酸的质量百分比为25%-59%，丙烯酸酯的质量百分比为1%-10%。
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