[發(fā)明專利]一種粉末覆膜氧化鈣基陶瓷鑄型的快速制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610424710.6
• 申請(qǐng)日: 2016-06-14
• 公開（公告）號(hào): CN106079030B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李滌塵;楊強(qiáng);魯中良;黃福享;陳義;張航
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B28B1/08
• 分類號(hào): B28B1/08;B28B1/087;C04B35/628;C04B35/057;C04B35/64
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 王霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于快速精密鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粉末覆膜氧化鈣基陶瓷鑄型的快速制造方法。

背景技術(shù)

隨著高性能航空航天飛行器的發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的工作溫度不斷提高，已經(jīng)逐漸超過現(xiàn)有的鎳基、鈷基高溫合金的極限溫度，新型的超高溫合金材料如鈮硅基合金、鈦鋁金屬間化合物等有望成為未來新一代渦輪葉片的材料。然而鈮硅基合金的熔點(diǎn)將超過1800℃，已經(jīng)超過了目前常用的氧化硅基、氧化鋁基陶瓷型芯和鑄型的最高使用溫度。鈦鋁金屬間化合物在熔融態(tài)下具有很高的化學(xué)活性，很容易與現(xiàn)有的氧化硅基、氧化鋁基陶瓷鑄型材料反應(yīng)，在鑄件表面形成污染層，惡化鑄件的內(nèi)在和外觀質(zhì)量。此外，隨著空心葉片內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，氧化硅基、氧化鋁基陶瓷型芯的脫芯異常困難，需要反復(fù)經(jīng)過堿液蒸煮才能脫除，脫芯周期長(zhǎng)，且對(duì)葉片的腐蝕很大，影響了葉片的精度。因此，發(fā)明一種新型的高性能陶瓷鑄型，對(duì)于航空航天工業(yè)的精鑄鑄造有著非常重大的意義。

氧化鈣熔點(diǎn)為2572℃，可承受很高的使用溫度；化學(xué)穩(wěn)定性好，不與鈦等金屬反應(yīng)；氧化鈣陶瓷熱膨脹系數(shù)與高溫合金相近，金屬液凝固時(shí)能與金屬同步收縮，能避免由于應(yīng)力產(chǎn)生的熱脹裂；氧化鈣易溶于熱水，脫芯速率快，不會(huì)對(duì)鑄件造成任何損傷。因此，氧化鈣可以作為未來空心葉片陶瓷型芯和鑄型的理想材料。但是氧化鈣在空氣中容易吸潮水化，不宜搬運(yùn)與儲(chǔ)存，嚴(yán)重影響了氧化鈣陶瓷的制備與使用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種粉末覆膜氧化鈣基陶瓷鑄型的快速制造方法，該方法有效的避免了水基凝膠注模過程中氧化鈣粉末的水化難題，可成功用于具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的氧化鈣基陶瓷鑄型的制備，經(jīng)本發(fā)明方法制造的氧化鈣基陶瓷鑄型綜合性能良好，可滿足新一代鈮硅基高溫合金或者鈦鋁合金葉片的鑄造要求。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種粉末覆膜氧化鈣基陶瓷鑄型的快速制造方法，包括以下步驟：

1)采用光固化快速成型方法制備出陶瓷鑄型的樹脂模具；

2)按照1:1的質(zhì)量比取氧化鈣粗粉和氧化鈣細(xì)粉，將氧化鈣粗粉和氧化鈣細(xì)粉混合均勻后進(jìn)行表面抗水化覆膜處理，制得表面抗水化覆膜氧化鈣粉末；

3)將表面抗水化覆膜氧化鈣粉末與水基凝膠注模預(yù)混液混合均勻，球磨制得固相體積分?jǐn)?shù)為60％、表觀粘度低于1Pa·s的水基氧化鈣陶瓷漿料；

4)在真空和振動(dòng)環(huán)境下，向陶瓷鑄型的樹脂模具中澆注水基氧化鈣陶瓷漿料，完成凝膠注模，制得陶瓷鑄型素坯，然后進(jìn)行干燥；

5)將干燥后的陶瓷鑄型素坯進(jìn)行燒結(jié)強(qiáng)化，制得具有抗水化性能的氧化鈣基陶瓷鑄型。

所述氧化鈣粗粉的粒度為40μm，氧化鈣細(xì)粉的粒度為5μm。

步驟2)所述表面抗水化覆膜處理，具體操作為：

(1)將硅烷偶聯(lián)劑與無水乙醇均勻混合，配制成有機(jī)化溶液，有機(jī)化溶液中硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，無水乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％；

(2)將氧化鈣粗粉和氧化鈣細(xì)粉混合后，得到混合粉末，按3:1的質(zhì)量比將混合粉末與有機(jī)化溶液充分均勻混合，制得混合漿料；

(3)將混合漿料在室溫下靜置3～5h，再將其干燥，得到表面有機(jī)化處理的氧化鈣陶瓷粉末；

(4)將乙醇、乙二醇及丙二醇均勻混合，制得混合溶劑，混合溶劑中乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90％，乙二醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，丙二醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％；

(5)將表面有機(jī)化處理的氧化鈣粉末、抗水化覆膜材料、混合溶劑和抗氧化劑加入高壓反應(yīng)釜中，以2℃～3℃/min的升溫速率，升溫至抗水化覆膜材料熔點(diǎn)溫度之上10℃～20℃，保溫2～3h后停止加熱，冷卻至室溫，制得表面抗水化覆膜氧化鈣粉末懸浮液；

(6)將表面抗水化覆膜氧化鈣粉末懸浮液進(jìn)行減壓蒸餾，得到表面抗水化覆膜氧化鈣粉末聚集體，然后于50～60℃下干燥，制得表面抗水化覆膜氧化鈣粉末。

步驟(5)中各反應(yīng)物的用量配比為：

抗水化覆膜材料的用量為：表面有機(jī)化處理的氧化鈣粉末與抗水化覆膜材料的質(zhì)量比為25:1；

混合溶劑的用量為：表面有機(jī)化處理的氧化鈣粉末與混合溶劑的質(zhì)量比為2:3；

抗氧化劑的用量為：每100g表面有機(jī)化處理的氧化鈣粉末，所需受阻酚類抗氧化劑為0.6g，亞磷酸酯類抗氧化劑為0.4g。

步驟(5)中抗水化覆膜材料為尼龍、聚四氟乙烯等非水解性的有機(jī)樹脂材料。

步驟3)所述水基凝膠注模預(yù)混液是由礦化劑、有機(jī)單體、交聯(lián)劑、分散劑、增塑劑及去離子水配制而成，其中：