[發(fā)明專利]一種氧化鋁纖維增強陶瓷型芯的制備方法

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• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112358309A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設計）人: 俞家華
• 申請（專利權）人: 蕪湖國鼎機械制造有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/636;B22C1/02;B22C9/10
• 代理公司: 北京中政聯(lián)科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 郭雨姍

本發(fā)明涉及一種復合材料領域，具體涉及一種氧化鋁纖維增強陶瓷型芯的制備方法。本發(fā)明通過用氧化鋁陶瓷纖維來增強陶瓷型芯，以溶劑為載體選用了一種新型的纖維添加方式，向陶瓷型芯中加入了不同含量的氧化鋁纖維，通過機械攪拌作用以及羥丙基甲基纖維素分散劑對纖維進行分散，制備出氧化鋁纖維增強陶瓷型芯。本發(fā)明由于氧化鋁陶瓷纖維的加入，大大地提升了型芯的綜合性能。

技術領域

本發(fā)明涉及一種復合材料領域，具體涉及一種氧化鋁纖維增強陶瓷型芯的制備方法。

背景技術

熔模鑄造中制備中空轉接件的陶瓷型芯，其作用是形成空心鑄件的復雜內腔形狀。陶瓷型芯的性能時候質量評估的核心內容和使用選擇的基本依據(jù)。現(xiàn)階段，使用較廣泛的型芯主要有硅基陶瓷型芯和鋁基陶瓷型芯。其中，由于鋁基陶瓷型芯存在難以燒結和型芯脫除困難等問題，使其應用受到了限制。硅基陶瓷型芯以石英玻璃作為基體材料，添加氧化鋁、莫來石、鋯英粉等作為強化相，依靠控制方石英的含量來保證型芯的性能。在1500～1550℃的澆注條件下，可以保證較高的成品率，易于用堿液腐蝕掉，而且石英玻璃的線膨脹系數(shù)較小，穩(wěn)定性好。由于硅基陶瓷型芯的熱膨脹系數(shù)小，表面光潔度好，并且易于脫芯，所以在國內外熔模精鑄業(yè)得到了廣泛應用。

硅基陶瓷型芯在生產(chǎn)使用中，受限于型芯基體材料本身的局限性，對于單晶澆注條件下的硅基陶瓷型芯，當使用溫度大于1550℃時，型芯依然存在高溫強度低、高溫撓度大、韌性差等問題，葉片的合格率受到很大的影響。因此，要獲得尺寸精度高、機械性能優(yōu)良的復雜結構高熔點合金熔模精鑄件，就必須在保證精鑄件型芯的尺寸穩(wěn)定性和脫芯性能的同時，進一步提高精鑄陶芯的強度和韌性。氧化鋁陶瓷纖維作為一種常見的增強材料，以其耐高溫、孔隙率大、耐磨、熱穩(wěn)定性好、導熱率低等一系列優(yōu)良性能，在纖維增強復合材料方面有廣泛的應用。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鋁纖維增強陶瓷型芯的制備方法。本發(fā)明針對陶瓷型芯在用于澆注高溫定向凝固合金時存在的高溫強度不高及韌性差等問題，采用氧化鋁纖維作為增強材料，向型芯漿料中添加一定量的氧化鋁纖維，通過機械攪拌作用和羥丙基甲基纖維素分散劑對陶瓷型芯漿料中的纖維進行分散，以溶劑為載體進行纖維添加，優(yōu)化獲得較合理的纖維含量及纖維長度的特性，為纖維增強陶瓷型芯制備工藝的不斷發(fā)展奠定了基礎。

一種氧化鋁纖維增強陶瓷型芯的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：采用偶聯(lián)劑醇溶液作為表面處理劑，向偶聯(lián)劑醇溶液里加入少量醋酸溶液，并逐步使偶聯(lián)劑醇溶液呈酸性從而提高水解速度；將纖維放入偶聯(lián)劑醇溶液中，先手動攪拌5～10min，再浸泡20min后過濾，再用丙酮水溶液清洗，將其放入干燥箱中干燥待用；

步驟二：稱量好所需氧化鋁纖維，將纖維倒入盛有定量蒸餾水的燒杯中，加入0～0.5wt％羥丙基甲基纖維素作為分散劑，用增力電動攪拌器對溶液進行攪拌20min后，獲得分散均勻的纖維-水溶液；此外向稱量好的基體粉料中倒入定量無水乙醇溶液，用玻璃棒不斷攪拌，直至粉料完全混合在無水乙醇溶液中，攪拌3～5min直至混合均勻，直至溶液表面無明顯纖維存在；置于電子萬用爐上加熱烘干液體，對所得粉料進行粉料過篩，干燥待用；

步驟三：在陶瓷型芯的配制過程中，粉料配方為：石英玻璃粉占粉料總重的85％，鋯英粉占粉料總重的15％；按配方稱量好的粉料放入洗凈烘干好的球磨罐中，其中，球料比為1：(1～1.5)，并加入粉重0.25％～0.5％的油酸，在球磨機上球磨2～3h后取出烘干待用；

步驟四：向干燥的坩堝內加入占粉料總重18％的增塑劑，保持恒定溫度為100℃直至增塑劑完全融化；在不斷攪拌的條件下，陸續(xù)加入已經(jīng)干燥好的陶瓷粉料，一次性加入量不可過多；在加入陶瓷粉料重量的0％～0.5％的油酸后，恒溫持續(xù)攪拌2h以上，直至漿料均勻且無氣泡，漿料具有良好的流動性；

步驟五：型芯壓制前先對模具進行清理，并在分型面上刷好硅油作為分型劑；將攪拌好的型芯漿料快速加入到壓注模具中，將壓注機的壓力作用下壓制成型；