[發明專利]一種熔模鑄造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脫脂方法

在審

• 申請號: 202010084549.9
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111348906A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 梁靜靜;安曉龍;李金國;周亦胄;孫曉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B35/634;C04B35/638;C04B35/622;B28B1/00;B33Y10/00;B33Y50/00;B33Y70/10;C08F222/14;C08F222/20;C08F2/48
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及精密鑄造領域，具體為一種熔模鑄造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脫脂方法。第一步制備50vol％～60vol％高固相含量、高打印性能的硅基陶瓷型芯漿料；第二步建立復雜雙層壁硅基陶瓷型芯三維模型，對模型進行切片處理導入STL格式文件于光固化3D打印機中，進行型芯逐層打印，獲得光固化雙層壁硅基陶瓷型芯素坯；第三步將放置陶瓷型芯素坯的坩堝放置于真空熱壓爐中，在1×10^?3～1×10^?4Pa的高真空條件下，以0.5～2℃/min的升溫速率升至300～500℃之間，保溫2～4小時，硅基陶瓷型芯素坯進行完全干燥、脫脂。本發明適用于精密鑄造空心發動機葉片，可以充分去除硅基陶瓷素坯中的水分，并使光固化樹脂有機物得到緩慢分解。

技術領域

本發明涉及精密鑄造領域，具體為一種熔模鑄造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脫脂方法，適用于精密鑄造空心發動機葉片。

背景技術

光固化3D打印技術作為一種“無需工具”的數字化制造技術，利用層層堆積的精密加工模式，可以制造出形狀高度復雜的產品。這使得過去受到傳統加工方式的約束，而無法實現的高精度復雜結構制造變為可能。這將大大簡化產品設計環節，提高零部件的集成度，縮小產品研發周期。3D打印技術以其成形尺寸大、可利用材料范圍廣、成形件的材料性能優異等特點，在航空、航天等領域有著廣闊的應用前景。

陶瓷型芯是制備航空發動機空心葉片必要環節，其性能優劣直接影響空心葉片性能。隨著對航空發動機推重比要求的提高，基于流動力學和傳熱力學基本原理，發動機葉片內腔設計越來越復雜，從而對型芯的性能提出更加嚴格的要求，傳統工藝制備高復雜度雙層壁硅基型芯以及精密硅基型腔需要多套模具，工序復雜，成本極高，光固化3D打印技術為一體化成形雙層壁高復雜度型芯提供了可能。同時，探索脫脂方法，降低素坯樹脂有機物的分解速率，得到結構均勻，表面質量優良的陶瓷件成為該技術急需解決的問題之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種熔模鑄造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脫脂方法，對固化3D打印技術加工制備的型芯后續處理起一定的技術支撐。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種熔模鑄造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脫脂方法，包括如下步驟：

第一步制備50vol％～60vol％高固相含量、高打印性能的硅基陶瓷型芯漿料；第二步建立復雜雙層壁硅基陶瓷型芯三維模型，對模型進行切片處理導入STL格式文件于光固化3D打印機中，進行型芯逐層打印，獲得光固化雙層壁硅基陶瓷型芯素坯；第三步將放置陶瓷型芯素坯的坩堝放置于真空熱壓爐中，在1×10^-3～1×10^-4Pa的高真空條件下，以0.5～2℃/min的升溫速率升至300～500℃之間，保溫2～4小時，硅基陶瓷型芯素坯進行完全干燥、脫脂。

所述的熔模鑄造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脫脂方法，熔模鑄造用光固化硅基陶瓷型芯素坯的制備過程如下：

(1)取微米級和納米級混合的球形硅基陶瓷粉末：粒度20～40nm、99.9wt％純度的熔融石英二氧化硅以及粒度100～300μm、純度99wt％的二氧化硅，二者基于一定比例進行混合，同時根據實際制備情況會加入一定量的氣相人工合成二氧化硅，其中：納米粉為硅基陶瓷粉末總質量的60％～70％，微米粉為硅基陶瓷粉末總質量的10％～25％，氣相人工合成疏水二氧化硅為硅基陶瓷粉末總質量的5％～20％；

(2)取微米級和納米級混合的硅基陶瓷粉末、單體、交聯劑、分散劑、光引發劑及礦化劑；

(3)將硅基陶瓷粉末和礦化劑混合，將混合物進行球磨處理；

(4)將球磨后的混合物過篩后，干燥處理，得到干燥后混合均勻的混合粉末；

(5)將光引發劑和分散劑置于配制好的單體中混合，形成混合物；