[發明專利]一種用于復雜零件制造的氧化鈣基陶瓷鑄型快速制備方法

有效

• 申請號: 201610050776.3
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105732007B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 李滌塵;魯中良;黃福享;楊強;張航
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/057
• 分類號: C04B35/057;C04B35/64;B28B1/08;B28B1/087
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王霞

本發明公開了一種用于復雜零件制造的氧化鈣基陶瓷鑄型快速制備方法，屬于快速精密鑄造領域。采用碳酸鈣粉體和適量礦化劑為原料制造陶瓷鑄型素坯，將素坯脫脂后，和適量金屬鈣一起放入真空燒結爐中進行反應燒結，最后再將鑄型放入大氣燒結爐中終燒。金屬鈣單質與碳酸鈣分解產生的二氧化碳反應生成氧化鈣，提高了陶瓷鑄型的致密度。適量的礦化劑促進了陶瓷鑄型的燒結，提高了陶瓷鑄型的抗水化性。使用上述方法制得的氧化鈣基整體式陶瓷鑄型具有優良的高溫綜合性能，解決了氧化鋁基陶瓷鑄型脫芯難、廢品率高的技術難題，尤其適用于復雜零件的快速制造。

技術領域

本發明屬于快速精密鑄造領域，具體涉及一種用于復雜零件制造的氧化鈣基陶瓷鑄型快速制備方法。

背景技術

目前，在國內外廣泛使用的用于近凈成形精密鑄造的陶瓷鑄型主要有氧化硅基和氧化鋁基兩種。氧化硅基陶瓷使用溫度為1520℃～1560℃，在1500℃～1550℃的澆注條件下，成品率較高，但當使用溫度大于1550℃時，高溫性能極差，因此氧化硅基陶瓷不適用于更高溫度的高溫合金澆注條件；氧化鋁基陶瓷具有高的耐火度、化學穩定性好、良好的熱穩定性、抗蠕變性能好、無晶型轉變等優點，其使用溫度大于1550℃，最高可達1850℃。雖然氧化鋁基陶瓷鑄型相比氧化硅基陶瓷鑄型具有一些優良的性能，但是氧化鋁基陶瓷鑄型的脫芯非常困難，通常會帶來40％的廢品率，這也是長期以來一直阻礙其廣泛應用的主要原因。

氧化鈣熔點為2572℃，沸點為2850℃，氧化鈣陶瓷熱膨脹系數與高溫合金相近，金屬液凝固時能與金屬同步收縮，能避免由于應力產生的熱撕裂；易溶于熱水，脫芯速率快，不會對鑄件造成任何損傷；使用溫度高、化學穩定性好。目前，氧化鈣基陶瓷鑄型相關研究較少，成形方法主要采用模壓成形，成形過程主要是將氧化鈣粉末與油酸或石蠟等增塑劑混合后注入鋼模后加壓成形制得，該方法適用于結構簡單的零部件制造，難于滿足復雜結構零件的制造需求。因此，若能研究出一種可靠的、適用于復雜零件制造的氧化鈣基陶瓷鑄型將具有重大意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于復雜零件制造的氧化鈣基陶瓷鑄型快速制備方法，它基于光固化快速成型技術，結合凝膠注模技術，一次成形型芯、型殼一體化陶瓷鑄型，操作簡單，節能環保。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明公開了一種用于復雜零件制造的氧化鈣基陶瓷鑄型快速制備方法，包括以下步驟：

1)采用光固化快速成型方法，制備出可燒失性光固化樹脂模具；

2)采用凝膠注模方法，將陶瓷粉體、有機單體、交聯劑、分散劑、增塑劑和去離子水混合均勻，制得高固相、低粘度的陶瓷漿料；

所述陶瓷粉體是由80％～99％的碳酸鈣粉體和1％～20％的礦化劑粉體組成；其中，礦化劑粉體為氧化鎂、氧化釔或氧化鋯中的一種或其中幾種按照任意質量比混合的混合物；

3)在真空和振動環境下，向可燒失性光固化樹脂模具的型腔中澆注高固相、低粘度的陶瓷漿料，并加入催化劑和引發劑，待陶瓷漿料固化后，制得陶瓷鑄型素坯，然后進行干燥、脫脂處理；

4)將干燥、脫脂后的陶瓷鑄型素坯和金屬鈣一起進行燒結，制得陶瓷鑄型；

5)將陶瓷鑄型進行終燒，制得氧化鈣基陶瓷鑄型。

步驟2)采用凝膠注模方法，制備高固相、低粘度的陶瓷漿料的具體操作包括以下步驟：

(1)取陶瓷粉體，加入陶瓷粉體總質量2％的增塑劑，攪拌混合均勻，得到混合粉料；

(2)將有機單體和交聯劑按照質量比24：1混合后，溶解于去離子水中，再加入占陶瓷粉體總質量2％的分散劑，攪拌溶解，配制成預混液；

(3)將混合粉料和預混液充分攪拌均勻，調節pH值至10～11，制得預制漿料；