[發明專利]一種氧化鈣基陶瓷型芯的制備方法

有效

• 申請號: 201210413334.2
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN102924062A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 吳國清;周朋朋;趙嘉琪;南海
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C04B35/057
• 分類號: C04B35/057;C04B35/622;C04B35/628;C04B35/632
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明涉及一種氧化鈣基型芯及其制備方法，屬于鈦合金精密鑄造技術領域。

背景技術

合金鑄件的復雜內腔主要通過使用預制的陶瓷型芯來成型，并待鑄件鑄成后設法脫除。其工藝流程如下：陶芯制備、含陶芯的蠟模制備、制殼、型殼脫蠟和焙燒、合金澆鑄、脫芯。隨著我國發展大型飛機項目和各種新型發動機研制項目的啟動，鈦合金精密鑄件的形體和結構越來越復雜，往往帶有復雜內腔，對型芯的綜合性能尤其是脫芯性能提出了更高的要求。

目前，研究較為廣泛的氧化鋁、氧化硅基陶瓷型芯，因型芯材料不具備對熔融鈦合金良好的化學反應惰性且脫芯困難不適合應用于鈦合金精鑄領域。氧化鈣因具有對熔融鈦合金良好的化學反應惰性以及優良的脫芯性能而引起了相關科研人員的關注，如公開號CN102531648A的中國發明專利申請公開了一種鈦合金鑄造用氧化鈣基體陶瓷型芯及制備方法，其包括有下列重量百分比的成分：1.0～15%的二氧化鋯、0.5～10.0%的氧化釔、0.05～0.1%的氧化釷和余量的氧化鈣。該專利中氧化鈣的含量為74.9～98.45wt％，由于在鈦合金精密鑄造工藝較為復雜，從含陶芯的蠟模制備到合金的澆注時間一般均在兩周以上，型芯在使用過程中要與水基涂料相接觸。上述專利制備出的型芯遇水后即發生水化反應而造成型芯的潰散，因此，上述型芯難以實際應用于鈦合金精密鑄造領域。公開號CN?1793033A的中國發明專利申請公開了一種鈦合金精密鑄造用陶瓷型芯材料，主體成分為氧化鋯，其含量為60～85wt％，其中氧化鈣的含量為4～20wt％。目前，型芯的脫芯工藝主要有：機械力破壞脫芯、化學腐蝕脫芯、機械力破壞與化學腐蝕相結合脫芯，對于復雜形狀的型芯很難進行機械力破壞脫除只能采用化學腐蝕脫芯方法。上述型芯中氧化鋯的含量較多，氧化鋯又是一種穩定的化合物，不溶于酸堿溶液，因此，型芯的脫芯困難，且由于型芯中含有一定量的氧化鈣，型芯同樣面臨著在使用過程中水化問題。

鈦合金精密鑄造工藝復雜、生產周期較長，在制殼等工序中型芯要與含水的涂料接觸，而氧化鈣陶瓷型芯吸水后會生成粉末狀的氫氧化鈣使型芯潰散而不能繼續使用。因此，開發一種具有抗水化效果的氧化鈣基陶瓷型芯是鈦工業實際生產中的需要。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種鈦合金精密鑄造用的氧化鈣基陶瓷型芯，由下述重量百分比組成的原料制備而成：增塑劑5～15wt％、余量為稀土氧化物包覆氧化鈣粉體，上述組分之和為100%。上述原料中還可以包括礦化劑0.01～20wt％。

所述的礦化劑為ZrO₂、Y₂O₃中的一種或者兩種以任意質量比混合組成。

所述的增塑劑由下述重量百分比組成的原料制備而成：石蠟50～80wt％、蜂蠟10～40wt％、油酸為5～10wt％。

本發明還提供一種氧化鈣基陶瓷型芯的制備方法，該方法包括如下步驟：

第一步，制備稀土氧化物包覆氧化鈣的粉體，具體步驟如下：

步驟一：制備氧化鈣懸浮液：將非離子表面活性劑加入到無水乙醇中形成第一混合溶液，其中每10L無水乙醇中含有0.1～1kg非離子表面活性劑；將氧化鈣粉加入到第一混合溶液中，攪拌制備出氧化鈣懸浮液；

步驟二：制備稀土氧化物前驅體溶液：將氧氯化鋯和無機釔鹽以任何比例混合作為稀土氧化物前驅體，稱取氧氯化鋯和無機釔鹽放入盛有無水乙醇的容器中加熱，加入過氧化氫，攪拌制備稀土氧化物前驅體溶液；

步驟三：將稀土氧化物前驅體溶液加入到氧化鈣懸浮液中，攪拌得到第二混合溶液；

步驟四：將氨水加入第二混合溶液中調整溶液的PH值至8～11得到第三混合溶液；

步驟五：烘干第三混合溶液得到烘干粉體；

步驟六：將烘干粉體進行燒結，燒結溫度為500～1600℃，時間為0.5～20h。最終得到稀土氧化物包覆氧化鈣的粉體。

所述的氧化鈣粉，其加入量是10L無水乙醇中加入1～20kg氧化鈣粉。

所述的非離子表面活性劑，它可以是聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯胺或聚氧乙烯酰胺中的一種。

所述的無機釔鹽可以為氯化釔、硝酸釔。

所述的過氧化氫，加入量為每配制10L稀土氧化物前驅體溶液加入00000.1～0.5kg過氧化氫。

所述的稀土氧化物前驅體溶液，它的摩爾質量百分比濃度為0.01～22mol/L。