[發明專利]一種用于復雜結構零件定向凝固成形的陶瓷鑄型制備方法

在審

• 申請號: 201711376350.8
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108101519A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 魯中良;高云鵬;黃旺旺;徐文梁;曹繼偉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/626;C04B35/622;C04B41/87;B22C9/02;B28B1/00;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種用于復雜結構零件定向凝固成形的陶瓷鑄型制備方法，本發明利用陶瓷漿料固化直接成型，極大地簡化了工藝過程，縮短了生產周期，并可以通過對陶瓷鑄型結構及壁厚的設計來實現對高溫合金定向凝固過程的準確控制。本發明選用石蠟作為支撐材料，使陶瓷鑄型在打印過程中不受各種懸空特征的限制，從而為鑄件復雜結構的成型提供了可能。且石蠟的熔點較低，在后續支撐去除過程中，能夠通過簡單的加熱工藝進行去除。同時，本發明所需的設備簡單，能夠直接在FDM雙噴頭打印機上應用，降低了生產成本。

技術領域

本發明屬于3D打印技術和金屬鑄造領域，具體涉及一種用于復雜結構零件定向凝固成形的陶瓷鑄型制備方法。

背景技術

隨著快速成型技術在精密鑄造領域的應用發展，多種成型技術已經成功用于陶瓷鑄型的直接成型。例如，DTM公司研制了包覆樹脂的陶瓷粉末材料，用選擇激光燒結(SLS)工藝成形并經后處理，制成了用于熔模鑄造的陶瓷型殼。但該方法受設備成型空間和成型速度的限制，只適合于制造中小件，且設備價格昂貴。德國Generis公司的工藝路線是將砂粒鋪平之后，先用多通道噴頭向砂床均勻噴灑樹脂然后由一個噴頭依據輪廓路徑噴射催化劑，催化劑遇樹脂后會發生膠聯反應，使鑄型層層固化堆積成形。但其缺點很明顯：由于樹脂噴灑在整個砂床表面，鑄型制作完畢后是在含有樹脂的砂包圍之中，這樣給后續取砂型時清砂帶來困難，需有特殊處理工序，同時也影響了砂型的精度和表面質量。西安交通大學提出了一種基于光固化快速成型技術的型芯型殼一體化陶瓷鑄型快速制造方法，該方法首先制備光固化樹脂模具，然后采用陶瓷凝膠注模工藝，經冷凍干燥、脫脂、高溫燒結后，可實現陶瓷鑄型的快速制造。但此方法使用的光敏樹脂具有一定的毒性，且價格相對昂貴。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種用于復雜結構零件定向凝固成形的陶瓷鑄型制備方法，本方法工藝簡單、設備成本低、生產周期短。

為了達到上述目的，本發明包括以下步驟：

步驟一，通過計算機設計陶瓷鑄型三維模型，確定成型取向并添加支撐，轉化為STL格式，并導入快速成型機中；

步驟二，制備陶瓷漿料，將陶瓷漿料倒入陶瓷漿料料筒中；制備石蠟支撐材料，將石蠟支撐材料倒入支撐材料料筒中；

步驟三，預熱陶瓷漿料噴頭，擠出陶瓷漿料打印陶瓷鑄型實體；預熱支撐材料噴頭，擠出石蠟支撐材料打印支撐部位；

步驟四，打印完成后進行固化，完成陶瓷鑄型素坯的制備；

步驟五，將陶瓷鑄型素坯置于高溫燒結爐內脫除石蠟支撐材料，并對陶瓷鑄型素坯進行脫脂；

步驟六，對脫脂后陶瓷鑄型素坯進行浸漬強化處理；

步驟七，將浸漬強化處理后的陶瓷鑄型素坯進行高溫燒結，得到陶瓷鑄型；

步驟八，采用定向凝固工藝進行鑄造；

步驟九，金屬冷卻后，敲碎陶瓷外殼；若有陶瓷內芯，則將鑄件放入脫芯液中進行脫芯，脫芯完成后，采用X射線無損檢測是否存有殘芯，最終得到復雜結構精密鑄件。

步驟二中，陶瓷漿料的制備方法如下：

第一步，根據質量分數取70～85％的陶瓷粉末，再稱取0.5～10％的分散劑、0.5～20％的固化劑，0.5～2％的燒結助劑，余量為去離子水；

第二步，將分散劑、固化劑和去離子水混合均勻后，再加入陶瓷粉末及燒結助劑，球磨3～5h后真空除泡，制備成陶瓷漿料。

陶瓷粉末采用氧化鋁。

氧化鋁陶瓷粉末的粒徑為0.1μm～100μm，采用級配方式混合。

步驟二中，石蠟支撐材料的制備方法如下：