CN107473751B - 一种两段式烧结陶瓷型芯的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种两段式烧结陶瓷型芯的制作方法，包括下述步骤，步骤一：低温埋粉排蜡：将陶瓷型芯蜡坯放入陶瓷匣钵或不锈钢托盘中，并加入专用的氧化铝吸附填料，在烘箱或排蜡炉中进行部分排蜡，剩余蜡含量为4‑7％，得到具有一定生胚强度陶瓷型芯半成品；步骤二：高温裸烧：将具有一定强度的陶瓷型芯半成品从匣钵或不锈钢托盘中取出，平放在耐火垫板之上或放置在定制的特殊烧结支架之上，不加任何支撑埋粉，进入陶瓷型芯焙烧炉中进行烧结，冷却后得到陶瓷型芯制品。本发明采用的两段式烧结工艺，防止异型复杂陶瓷型芯制品的高温变形，解决了复杂异型陶芯型芯烧结容易开裂和产品尺寸的一致性问题，大幅提高了复杂异型陶瓷型芯制品的合格率。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷型芯制造的技术领域，具体涉及一种两段式烧结陶瓷型芯的制作方法。
背景技术
陶瓷型芯作为形成精铸件空心内腔结构的转接件，其作用是：形成精铸件的内腔形状，并与外形模及模壳共同保证精铸件壁厚的尺寸精度。陶瓷型芯通常用于形成形状复杂或不易成形的铸件的内部型腔，作为简化工艺难度降低成本提高制品合格率的一种特殊的工艺手段。
陶瓷型芯一般采用注射成型方法制备素坯，然后在一定温度下进行埋粉烧结。即将陶瓷型芯蜡坯埋入盛有填料的匣钵中，然后在专用窑炉中按预定工艺埋烧而成。烧成是陶瓷型芯生产工艺中最关键的技术环节之一。陶瓷型芯坯体的埋粉烧结可分为排蜡和烧结两个阶段。
埋粉烧结的目的是：提高型芯坯体周围温度场分布的均匀性和稳定性，避免表面辐射并减少温度波动；降低型芯坯体表面的压力梯度，避免型芯在脱蜡及烧结时的变形；降低型芯烧结过程中产生缺陷的可能性，提高烧结合格率。
现有技术中，排蜡即在埋粉填料和温度的作用下，通过埋粉吸附出陶瓷型芯坯体中的增塑剂(主要为石蜡和蜂蜡的混合物)。基本原理是：增塑剂在升温过程中熔化，被外面包围的多孔吸附埋粉吸收，在毛细管力作用下逐步向外扩散，在到达气化温度点之后扩散至填料中，并部分挥发。同时陶瓷型芯蜡胚内层里面的增塑剂也同步从里向外进行扩散，在不完全排蜡的情况下，由于埋粉的吸附作用，最后陶芯型芯蜡胚表层的蜡含量要高于内部的。烧结同样在填料的撑托作用下，将陶瓷型芯埋入填料中烧制成最终产品。此过程对填料的要求是：不会与型芯坯体发生任何化学反应，不会对坯体材料的相变产生不利影响，本身也不会发生相变；又能对坯体起承托作用，避免型芯在烧结过程中因重力作用而变形；填料本身的耐火温度高于型芯的烧结温度，填料不会因随型芯的烧结而结块，使型芯难以取出；有适当的颗粒度，以保证型芯有符合设计要求的表面光洁度。
中国发明专利ZL201110399468.9公开了一种两段埋粉烧结陶瓷型芯的制造方法，针对埋粉烧结过程中排蜡和烧结阶段的特殊要求，重点在于每段分别采用不同埋粉填料。排蜡步骤中，主要使用过400目的氧化铝、氧化镁或二氧化硅填料；烧结中使用过140目和240目标准筛的中间部分、且纯度99.7％、Na2O含量0.04％的氧化铝填料。实例中，当排蜡完毕冷却到室温后，将陶瓷型芯取出，埋入终烧专用填料中，然后在陶瓷型芯焙烧炉中快速烧结，制得陶瓷型芯。
中国发明专利ZL201010573633.3公开了航空发动机叶片用硅基陶瓷型芯的制备方法，采用将成型的型芯坯体置于匣钵中，并用二氧化硅粉掩埋；然后将装有坯体的匣钵进行低温脱蜡和高温焙烧处理，得到陶瓷型芯产品。
从上述描述可知，现有陶瓷型芯的排蜡和烧结过程均需要在埋粉填料的作用下进行。特别是烧结阶段，合理的填料能够有效提高陶瓷型芯的烧成合格率。但是，同时由于填料的阻碍，导致陶芯在烧结过程中不能自由收缩，一些特殊形状或复杂形状的产品在烧成过程中由于埋粉的阻碍会造成产品开裂，进而降低烧成合格率，导致生产成本增加和交货延期。
现亟需一种既能解决陶瓷型芯烧成过程中支撑的问题、又能避免某些特殊结构的陶瓷型芯制品烧成过程中开裂的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种两段式烧结陶瓷型芯的制作方法，利用低温排蜡和高温裸烧两步烧结的工艺，既保证了排蜡的顺利进行，又解决了烧成过程中开裂的问题，使陶瓷型芯在高温烧结时可以自由收缩，陶瓷型芯制品不容易开裂，提高了产品的合格率。同时针对一些大而薄的异型陶瓷型芯，可显著提高产品的平整度。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种两段式烧结陶瓷型芯的制作方法，包括下述步骤，
步骤一：低温埋粉排蜡：将成型好的陶瓷型芯蜡坯放入陶瓷匣钵或不锈钢托盘中，并加入吸附填料，在烘箱或排蜡炉中进行部分排蜡，得到陶瓷型芯半成品；
步骤二：高温裸烧：将步骤一中得到的陶瓷型芯半成品从匣钵或不锈钢托盘中取出，转至耐火垫板或定制烧结支架上，然后进入陶瓷型芯焙烧炉中进行烧结，得到陶瓷型芯产品。
本发明采用两步法制造陶瓷型芯，特别是步骤二中的高温裸烧方法，不使用吸附填料，同时采用耐火垫板或定制的烧结支架，使陶瓷型芯在焙烧中能自由收缩，并使大面积的陶瓷型芯在同一水平面上进行焙烧，有效地解决了陶瓷型芯焙烧中开裂、不平整等问题，提高了产品的合格率。
优选地，步骤一中所述陶瓷型芯半成品为经过低温部分排蜡所获得的具有一定强度的坯体，陶瓷型芯半成品中的蜡含量4-7％。
低温埋粉排蜡工艺的其特点是：低温不完全排蜡，部分残余的蜡提供足够的强度，以保证陶瓷型芯坯体具有一定的强度，能够从匣钵或不锈钢托盘中取出。
优选地，步骤一中的烘烤或排蜡温度为120-150℃，烘烤或排蜡时间为15-20h。
设置合理的烘烤或排蜡温度及时间，能够有效获得具有一定强度的陶瓷型芯半成品。
优选地，所述步骤一中的吸附填料为氧化铝和/或二氧化硅，所述填料粒径为80目。
采用粒径合适的填料，既能快速吸蜡，又能保证在烘烤过程中对陶瓷型芯起到支撑作用。
优选地，步骤二中的焙烧温度为1150-1250℃，焙烧时间为20-25h。
优选地，步骤二中焙烧升温速度为1-2℃/min。
步骤二的高温裸烧工艺中，不需要使用埋粉。正是由于没有埋粉的束缚，利用耐火垫板或定制的烧结支架支撑陶瓷型芯半成品，并采用高温慢速烧结，可以有效地解决复杂异型陶瓷型芯制品由于高温收缩导致的开裂，并能提高薄型大平面陶瓷型芯制品的平整度，大幅提高复杂异型陶瓷型芯制品的合格率。
(三)有益效果
本发明采用低温埋粉排蜡和高温裸烧两步烧结的工艺，其特点是低温不完全排蜡和高温无埋粉裸烧结。具有下述有益效果：
(1)在低温排蜡后的陶瓷型芯半成品中含有一定比例余蜡，使得半成品仍具有一定强度，便于半成品从匣钵中取出
(2)因步骤二不需要填料，而是采用直接裸烧的形式，陶瓷型芯在焙烧过程中不易开裂，提高了成品率；
(3)步骤二的高温焙烧中无需外加填料，使陶瓷型芯在焙烧中不会因形变力的作用导致产品变形；
(4)步骤二的高焙烧中无需外加填料，使得在制造大平面陶瓷型芯时，将大平面陶瓷型芯放置在平整的耐火板平面上焙烧，不会因填料的不平而导致陶瓷型芯平整度变差，使得陶瓷型芯的平整度高。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
本文明的技术方案：步骤一：低温埋粉排蜡：将陶瓷型芯蜡坯放入陶瓷匣钵或不锈钢托盘中，并加入专用的氧化铝吸附填料，在烘箱或排蜡炉中进行部分排蜡，剩余蜡含量为4-7％，得到具有一定生胚强度陶瓷型芯半成品；步骤二：高温裸烧：将具有一定强度的陶瓷型芯半成品从匣钵或不锈钢托盘中取出，平放在耐火垫板之上或放置在定制的特殊烧结支架之上，不加任何支撑埋粉，进入陶瓷型芯焙烧炉中进行烧结，冷却后得到陶瓷型芯制品。
实施例1
两段式烧结陶瓷型芯的制作方法如下：
步骤一：一种直径为300mm的叶轮形状陶瓷型芯，外圆最小厚度为5mm，蜡胚重量为2710g，其中蜡含量为18％，将成型好的叶轮形状陶瓷型芯蜡坯放入不锈钢托盘中，并加入80目的氧化铝填料，在烘箱中进行排蜡，排蜡温度为120℃，排蜡时间为20h，冷却后将陶瓷型芯半成品取出，重量为2365g，该半成品中的剩余蜡含量为6％；
步骤二将陶瓷型芯半成品从不锈钢托盘中取出后，转至经加工处理平面度良好的耐火垫板上，然后送入陶瓷型芯焙烧炉中进行烧结，慢速升温，控制升温速度为1.5℃/min，焙烧温度为1150℃，焙烧总时间为25h，得到没有开裂缺陷，平面度0.5mm以内的叶轮形状陶瓷型芯产品。
实施例2
两段式陶瓷型芯的烧结方法如下：
步骤一：一种截面为V型的圆筒型陶瓷型芯，壁厚12mm，蜡胚重量360g，蜡含量16％，将成型好的该陶瓷型芯蜡坯放入陶瓷匣钵中，并加入80目的氧化铝填料，在排蜡炉中进行排蜡，排蜡温度为150℃，排蜡时间为18h，部分排蜡后的蜡胚重量为318g，得到蜡含量为5％的陶瓷型芯半成品；
步骤二将陶瓷型芯半成品从陶瓷匣钵中取出，转至定制V型结构烧结支架上，支架内斜度与陶瓷型芯的外斜度匹配，然后送入陶瓷型芯焙烧炉中进行烧结，升温速度为2℃/min直到保温，焙烧温度为1250℃，焙烧总时间为20h，随炉冷却后得到外观完好无缺陷的陶瓷型芯产品。
实施例3
两段式陶瓷型芯的烧结方法如下：
步骤一：一种长度为180mm的带台阶细长形状陶瓷型芯，截面厚度最小8mm，蜡胚重量为70g，蜡含量为18％，将成型好的该陶瓷型芯蜡坯放入不锈钢托盘中，并加入80目的氧化铝填料，在排蜡炉中进行排蜡，排蜡温度为150℃，排蜡时间为15h，冷却后取出陶瓷型芯半成品，其重量为60.5g，该半成品的蜡含量为5.5％；
步骤二将该陶瓷型芯半成品从不锈钢托盘中取出，转至平整的耐火垫板上，悬空部位插入对应厚度的陶瓷薄片，用于支撑作用，然后送入陶瓷型芯焙烧炉中进行烧结，升温速度为1.05℃/min焙烧温度为1200℃，焙烧时间为19h，冷却后得到外观完整变形在要求公差范围之内的陶瓷型芯产品。
从上述实施例可知，本发明采用的两段式烧结工艺，其特点是，为保证陶瓷型芯半成品从匣钵或托盘中取出，第一段采取低温埋粉部分排蜡，所获得的陶瓷型芯半成品还含有4-7％的蜡粘结剂，具有一定的强度。二次高温烧结采用裸烧的方式进行，由于没有埋粉的束缚，陶瓷型芯制品在高温烧结过程可以自由收缩，并通过使用定制的烧结支架，防止异型复杂陶瓷型芯制品的高温变形，解决了复杂异型陶芯型芯烧结容易开裂和产品尺寸的一致性问题，大幅提高了复杂异型陶瓷型芯制品的合格率。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种两段式烧结陶瓷型芯的制作方法，其特征在于：包括下述步骤，
步骤一：低温埋粉排蜡：将成型好的陶瓷型芯蜡坯埋入吸附填料中，在烘箱或排蜡炉中进行部分排蜡，得到陶瓷型芯半成品，所述陶瓷型芯半成品中的蜡含量为4-7％；
步骤二：高温裸烧：将步骤一中得到的陶瓷型芯半成品从吸附填料中取出，直接裸置在支撑结构上，送入陶瓷型芯焙烧炉中按照设定的升温曲线进行焙烧，烧结得到陶瓷型芯产品；
其中步骤二中焙烧温度为1150-1250℃，升温曲线的升温速度为1-2℃/min。
2.根据权利要求1所述的两段式烧结陶瓷型芯的制作方法，其特征在于：步骤一中所述吸附填料置于陶瓷匣钵或不锈钢托盘中。
3.根据权利要求1所述的两段式烧结陶瓷型芯的制作方法，其特征在于：步骤一中的排蜡温度为120-150℃，排蜡时间为15-20h。
4.根据权利要求1所述的两段式烧结陶瓷型芯的制作方法，其特征在于：所述步骤一中的吸附填料为氧化铝或二氧化硅，所述填料平均粒径为80目。
5.根据权利要求1所述的两段式烧结陶瓷型芯的制作方法，其特征在于：步骤二中的所述支撑结构为耐火垫板或定制的烧结支架。
6.根据权利要求1所述的两段式烧结陶瓷型芯的制作方法，其特征在于：步骤二中的焙烧总时间为20-25h。
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