CN108453866B - 一种半封闭结构陶瓷素坯的制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半封闭结构陶瓷素坯的制备装置，包括上模、外框、消失模和背板，上模与外框密封连接，背板与外框密封连接，消失模安装在上模、外框和背板组成的空腔内，上模、外框、背板和消失模共同构成模具型腔。本发明提供的半封闭结构陶瓷素坯的制备装置，既能够制作大尺寸翻边结构的陶瓷素坯、同时工序简单、成本低。另外，本发明还提供了一种基于上述制备装置的制备方法。

Description

一种半封闭结构陶瓷素坯的制备装置及制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷素坯的制备装置，尤其涉及一种半封闭结构陶瓷素坯的制备装置及制备方法。

背景技术

在相同尺寸、重量及厚度条件下的具有复杂形状腔体的结构陶瓷，与半封闭结构陶瓷相比，开放式结构刚度差，一阶模态仅为半封闭结构的1/2。因此，在一些特殊应用场合如反射镜领域，为了保证面型精度需要，开放式结构轻量化程度较低，镜坯的面密度较大。为了解决开放式结构刚度差等问题，在反射镜坯制备领域中，最好的方式是利用半封闭结构陶瓷素坯。

但是，传统陶瓷素坯成型多采用倾倒浇注方式，获得复杂形状陶瓷素坯多为开放式结构。如果需要半封闭结构陶瓷，现有技术中，常采以下两种方式制备：

1、用陶瓷素坯或烧结后的陶瓷实体直接机械加工方式加工出半封闭结构型腔，但受制于刀具及机床结构的限制，无法加工出背部封闭尺寸较大的翻边结构；

2、分别制备出背部开放式坯体和背部半封闭结构翻边，再利用粘结或钎焊的方式将二者连接起来从而获得，半封闭结构陶瓷，该方法制作过程比较复杂且连接部位与母材成分仍存在一定差异，制备成本较高。

因此，上述两种方式，要么无法完成大尺寸翻边结构的陶瓷素坯，要么制作工序复杂、成本较高。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供一种既能够制作大尺寸翻边结构的陶瓷素坯、同时工序简单、成本低的半封闭结构陶瓷素坯的制备装置和制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种半封闭结构陶瓷素坯的制备装置，包括上模、外框、消失模和背板，所述上模与所述外框密封连接，所述背板与所述外框密封连接；所述消失模安装在所述上模、外框和背板组成的空腔内，所述上模、外框、背板和消失模共同构成所述半封闭结构陶瓷素坯的模具型腔；所述上模开有与所述模具型腔连通的注浆口。

一些实施例中，所述上模与所述外框之间设置有上第一密封圈，所述背板与所述外框之间设置有第二密封圈。

一些实施例中，所述上模设置有与所述模具型腔连通的溢料孔。

一些实施例中，所述背板包括上背板和下背板，所述下背板设置有注液孔，所述下背板设置在所述上背板远离所述消失模的一侧，所述消失模至少部分穿过上背板与所述下背板粘接连接。

一些实施例中，所述上背板至少部分伸入到所述模具型腔内。

一些实施例中，所述模具型腔包括第一腔体以及和所述第一腔体连通并呈一定夹角设置的第二腔体。

一些实施例中，所述消失模外侧涂覆有保护涂层。

一些实施例中，所述上模、外框、背板和注浆口与所述模具型腔对应的表面涂覆有脱模剂。

一些实施例中，所述上模设置有与所述模具型腔连通的溢料孔，所述背板包括连接在一起的上背板和下背板，所述下背板设置有注液孔，所述下背板设置在所述上背板远离所述消失模的一侧，所述消失模的至少部分穿过所述上背板与所述下背板通过粘结剂粘接连接，所述模具型腔包括第一腔体以及和第一腔体连通并呈一定夹角设置的第二腔体，所述上背板的至少部分伸入到第二腔体内。

本发明还提供了一种半封闭结构陶瓷素坯的制备方法，包括：

步骤1，组装本发明提供的制备装置并制备陶瓷浆料；

步骤2，通过注浆口向模具型腔内注入陶瓷浆料，当陶瓷浆料填满模具型腔并从溢料孔中溢出时，停止注浆，待浆料固化；

步骤3，浆料完全固化后，拆除上模及外框：向注液孔内注入用于溶解粘结剂的溶解剂，分离背板和消失模；

步骤4，利用消失模去除液溶解消失模，干燥后，得到半封闭结构陶瓷素坯。

本发明的有益效果在于：本发明提供的半封闭结构陶瓷素坯的制备装置和制备方法，通过背板与消失模的配合，能够一体成型半封闭结构陶瓷素坯，根据翻边结构的要求设计不同尺寸的消失模和背板，能够制备大尺寸翻边结构，同时工艺简单、成本低。

附图说明

图1是本发明一个实施例中，半封闭结构陶瓷素坯的制备装置的整体结构示意图。

图2是本发明一个实施例中，背板的结构示意图。

图3是本发明一个实施例中，通过半封闭结构陶瓷素坯的制备装置制备得到的陶瓷素坯示意图。

附图标记：

上模10；注浆口101；溢料孔102；外框20；消失模30；背板40；上背板401；下背板402；模具型腔50；第一密封圈61；第二密封圈62。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图1至附图3详细说明一下本发明提供的半封闭结构陶瓷素坯的制备装置及制备方法。

如图1所示，本发明的一个实施例中，公开了一种半封闭结构陶瓷素坯的制备装置，包括上模10、外框20、消失模30和背板40，所述上模10与所述外框20密封连接，所述背板40与所述外框20密封连接；所述消失模30安装在所述上模10、外框20和背板40组成的空腔内，所述上模10、外框20、背板40和消失模30共同构成所述半封闭结构陶瓷素坯的模具型腔50；所述上模10开有与所述模具型腔50连通的注浆口101。

在本实施例中，上模10位于制备装置的最上端，背板40位于制备装置的最下端，外框20支撑在上模10与背板40之间，以在上模10与背板40之间限定出一个空腔。同时，上模10与外框20密封连接、背板40与外框20也密封连接，实现上模10与背板40之间空腔的密闭性，用来浇注成型陶瓷素坯。

在该实施例中，为了便于制备装置的组装，在上模10与外框20之间或者背板40与外框20之间可以通过螺钉连接。

在上述空腔内，安装有消失模30，该消失模30将空腔分割成相互连通的多个部分，该相互连通的多个部分组成模具型腔50；向模具型腔50内注入陶瓷浆料，可以形成特定形状的陶瓷素坯。消失模30选择不同的形状，可以将空腔分割成不同的部分，由此制备而得到不同形状的陶瓷素坯。如图1所示，消失模30上侧构成圆弧状，将消失模30与上模10之间的空腔分割成圆弧形，以此类推。

在本发明中，消失模30的作用是，在向模具型腔50内注入陶瓷浆料前，其具有一定强度，支撑在空腔内，将空腔分割以形成模具型腔50；而注入陶瓷浆料并固化后，消失模30可以通过去除液的作用，被去除液溶解，而后从固化够的坯体中脱离，形成最终的陶瓷素坯。在现有技术的基础上，消失模30可以采用压制或者浇注的方式成型。在消失模30材料的选取上，也是行业内常用的，比如可以选择高分子材料或者无机物材料。

上模10开有与模具型腔50连通的注浆口101，在制作陶瓷素坯时，通过该注浆口101向模具型腔50内注入陶瓷浆料。为了更好的向模具型腔50内注入陶瓷浆料，在注浆口101处插入并连通有注浆管，从注浆管向注浆口101注入陶瓷浆料，进而向模具型腔50内浇注陶瓷浆料。

如图1所示，为了使得上模10与外框20之间以及背板40与外框20之间保持良好的密封性，在本发明的一个实施例中，在上模10与外框20之间设置有第一密封圈61，在背板40与外框20之间设置有第二密封圈62。在整个制备装置为圆形的情况下，第一密封圈61和第二密封圈62均为沿圆周方向延伸的圆形密封圈。

在一些实施例中，上模10设置有与模具型腔50连通的溢料孔102。在该方案中，溢料孔102的作用主要有两个：第一，在向模具型腔50内注入陶瓷浆料时，模具型腔50内的气体要及时排出，保证内外压的平衡，才能将模具型腔50注满陶瓷浆料，此时，溢料孔102作为模具型腔50的排气孔；第二，溢料孔102的设置，可以作为对模具型腔50内是否已经注满陶瓷浆料的检测手段，当模具型腔50内注满陶瓷浆料时，多出的浆料会从溢料孔102中溢出，当溢料孔102有陶瓷浆料溢出时，证明模具型腔50内已经注满陶瓷浆料。

在本发明的一个实施例中，为了更好的完成制备装置的组装以及完成陶瓷素坯的制备后拆除的方便性，所述背板40包括上背板401和下背板402，所述上背板401设置有注液孔(未示出)，所述下背板402设置在所述上背板401远离所述消失模30的一侧，所述消失模30至少部分伸入到所述注液孔内并与所述下背板402粘接连接。

消失模30与下背板402粘接连接，并且，在下背板402上设置有注液孔，在需要玻璃消失模30与下背板402时，向通过注液孔向消失模30与下背板402之间注入溶解剂，溶解消失模30与下背板402之间的粘结剂，进而分开消失模30与下背板402。

进一步，为了配合消失模30以组成预设的模具型腔50形状，上背板401至少部分伸入到模具型腔50内，通过上背板401占用部分模具型腔50空间的方式，将模具型腔50设计成不同的形状。

本发明的最终目的是，在模具型腔50内注塑形成带有翻边结构的陶瓷素坯；因此，模具型腔50包括第一腔体(未示出)以及和第一腔体连通并呈一定夹角设置的第二腔体(未示出)。如图1所示，包括竖直方向的第一腔体和水平方向的第二腔体，以形成L形的陶瓷素坯。当然，上述“一定夹角”必然不是180°或0°，以制成在一端具有弯折的翻边结构的陶瓷素坯(如图3所示)。优选为90°，即第一腔体和第二腔体垂直。

进一步，结合上背板401，上背板401至少部分伸入到第二腔体内，以对第二腔体的形状进行规制。

为了保护消失模30的稳定性，在消失模30外侧涂覆有保护涂层。

上模10、外框20、背板40和注浆口101与模具型腔50对应的表面涂覆有脱模剂，以便于陶瓷素坯的脱离。

如图1和图2所示，所述上模10设置有与所述模具型腔50连通的溢料孔102，所述背板40包括连接在一起的上背板401和下背板402，所述下背板402设置有注液孔，所述下背板402设置在所述上背板401远离所述消失模30的一侧，所述消失模30的至少部分穿过所述上背板401与所述下背板402通过粘结剂粘接连接，所述模具型腔50包括第一腔体以及和第一腔体连通并呈一定夹角设置的第二腔体，所述上背板401的至少部分伸入到第二腔体内。

在一些实施例中，上述粘结剂为高分子粘结剂，比如聚乙醇粘结剂等。

基于上述制备装置，本发明提供了一种半封闭结构陶瓷素坯的制备方法，包括：

步骤1，组装本发明提供的制备装置并制备陶瓷浆料；

步骤2，通过注浆口101向模具型腔内注入陶瓷浆料，当陶瓷浆料填满模具型腔50并从溢料孔中溢出时，停止注浆，待浆料固化；

步骤3，浆料完全固化后，拆除上模10及外框20，向注液孔内注入用于溶解粘结剂的溶解剂，分离背板40和消失模30；

步骤4，利用消失模30去除液溶解消失模30，得到半封闭结构陶瓷素坯。

一些实施例中，步骤1中，制备本发明提供的制备装置时，在消失模30外侧涂覆一层保护涂层。

另一些实施例中，在步骤2中，当陶瓷浆料填满模具型腔50并从溢料孔102中溢出时，停止注浆。

一些实施例中，步骤1中，制备本发明提供的制备装置时，在上模10、外框20、背板40和注浆口101与所述模具型腔50对应的表面上涂覆脱模剂。

在一些实施例中，消失模30制备得到后，需要在其表面涂覆一层保护涂层。而在消失模30与背板40之间，可以采用高分子粘结剂进行连接，比如聚乙醇粘结剂。

而在消失模30表面涂覆的保护涂层，其材料一般选取为醇溶性涂层；如此，可以在后面的去除液的作用下，溶解消失模30及其保护涂层。

在本发明提供的制备方法中，向注浆口101注入陶瓷浆料时，要缓慢注入；同时，需要在陶瓷浆料中混合固化剂，以便于后面的固化进程。

在本发明的一些实施例中，浆料体积分数不超过67％，陶瓷浆料的年度不大于3Pa·s。

本发明提供的一个具体实施例中，具体制备方法包括：制备消失模30，并在消失模30的外侧涂覆一层保护涂层；将消失模30通过粘结剂粘贴在背板40上；将背板40、外框20和上模10组装并用第一密封圈61和第二密封圈62密封；将注浆管与上模10上的注浆口101连接；制备陶瓷浆料；将陶瓷浆料混合固化剂后，加入到模具型腔50内；待陶瓷浆料填满模具型腔50并从溢料孔102溢出时，停止注浆；分离注浆管与上模10，陶瓷浆料开始固化；浆料完全固化后，分离上模10和外框20；向注液孔内注入溶解剂，溶解背板40与消失模30之间的粘结剂，待粘结剂完全溶解后，分离陶瓷素坯和背板40；再利用去除液溶解消失模30，清理并干燥后得到陶瓷素坯。

在上述实施例中，消失模30通过压制法或浇注法制备得到，并在其表面涂覆一层保护涂层；同时，在背板40、外框20、上模10与陶瓷浆料接触的面上涂覆一层脱模剂。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.使用半封闭结构陶瓷素坯制备装置实现其制备的方法，其特征在于，

所述的半封闭结构陶瓷素坯制备装置包括：上模、外框、消失模和背板，上模位于制备装置的最上端，背板位于制备装置的最下端，外框支撑在上模与背板之间，所述上模与所述外框密封连接，所述背板与所述外框密封连接；所述消失模安装在所述上模、外框和背板组成的空腔内，所述消失模将空腔分割成相互连通的多个部分，该相互连通的多个部分组成模具型腔；所述上模、外框、背板和消失模共同构成所述半封闭结构陶瓷素坯的模具型腔；所述上模开有与所述模具型腔连通的注浆口，所述消失模上侧构成圆弧状，将消失模与上模之间的空腔分割成圆弧形；

所述上模与所述外框之间设置有第一密封圈，所述背板与所述外框之间设置有第二密封圈；所述第一密封圈和第二密封圈均为沿圆周方向延伸的圆形密封圈；上模与外框之间或者背板与外框之间通过螺钉连接；

所述上模设置有与所述模具型腔连通的溢料孔；

所述背板包括上背板和下背板，所述下背板设置有注液孔，所述下背板设置在所述上背板远离所述消失模的一侧；通过上背板占用部分模具型腔空间的方式，将模具型腔设计成不同的形状；所述模具型腔包括第一腔体以及和所述第一腔体连通并呈一定夹角设置的第二腔体；在注浆口处插入并连通有注浆管，从注浆管向注浆口注入陶瓷浆料，进而向模具型腔内浇注陶瓷浆料；

所述第一腔体与第二腔体之间的夹角为90°，所述第一腔体和第二腔体形成L形陶瓷素坯；所述消失模外侧涂覆有保护涂层；

所述上模、外框、背板和注浆口与所述模具型腔对应的表面涂覆有脱模剂；所述消失模的至少部分穿过所述上背板与所述下背板通过粘结剂粘接连接，所述上背板的至少部分伸入到第二腔体内；

使用所述半封闭结构陶瓷素坯制备装置制备半封闭结构陶瓷素坯的制备方法包括以下步骤：

步骤1，组装所述的半封闭结构陶瓷素坯制备装置并制备陶瓷浆料：首先制备消失模，并在消失模的外侧涂覆一层保护涂层；将消失模通过粘结剂粘贴在背板上；然后将背板、外框和上模组装并用第一密封圈和第二密封圈密封；将注浆管与上模上的注浆口连接；同时在背板、外框、上模与陶瓷浆料接触的面上涂敷一层脱模剂；

步骤2，通过注浆口向模具型腔内注入陶瓷浆料，当陶瓷浆料填满模具型腔并从溢料孔中溢出时，停止注浆，待浆料固化；

步骤3，浆料完全固化后，拆除上模及外框，向注液孔内注入用于溶解粘结剂的溶解剂，分离背板和消失模；

步骤4，利用消失模去除液溶解消失模，干燥后得到半封闭结构陶瓷素坯；

所述步骤1中，所述消失模的保护涂层为醇溶性涂层，所述消失模与背板之间的粘结剂为聚乙醇粘结剂；所述陶瓷浆料体积分数不超过67%，粘度不大于3Pa·s；

所述步骤1中，在向模具型腔内注入陶瓷浆料前，所述消失模支撑在空腔内，将空腔分割以形成模具型腔；

所述步骤2中，向所述注浆口注入陶瓷浆料时，要缓慢注入，同时需要在陶瓷浆料中混合固化剂，以便于后面的固化进程；

所述步骤4中，在注入陶瓷浆料并固化后，消失模被去除液溶解，从固化后的坯体中脱离。