一種可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及陶瓷型芯領(lǐng)域，具體為一種可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，用于調(diào)節(jié)硅基陶瓷型芯熱膨脹特性。采用調(diào)整硅基陶瓷型芯中氧化鋁的含量來控制型芯的熱膨脹系數(shù)，在準(zhǔn)備硅基陶瓷型芯漿料的過程中需嚴(yán)格控制氧化鋁的含量，而后利用上述漿料通過壓注成型和高溫?zé)Y(jié)制備硅基陶瓷型芯。硅基陶瓷型芯是精密鑄造構(gòu)件中形成復(fù)雜空腔結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵模板，其與型殼的匹配性在使用過程中至關(guān)重要。而決定二者匹配性的關(guān)鍵是二者的熱膨脹系數(shù)必須接近。該方法是通過改變硅基陶瓷型芯中氧化鋁微粉的含量，達(dá)到調(diào)節(jié)型芯自身熱膨脹特性的目的，從而根據(jù)型殼實(shí)際需要，制備不同熱膨脹特性的型芯，達(dá)到二者在澆注過程中尺寸匹配的最終目的。
【專利說明】一種可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及陶瓷型芯領(lǐng)域，具體為一種可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備 方法，用于調(diào)節(jié)硅基陶瓷型芯熱膨脹特性。

【背景技術(shù)】：
[0002] 陶瓷型芯在精密鑄造行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛，特別是鑄造定向、單晶空心葉片，其復(fù) 雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)主要是依靠陶瓷型芯的技術(shù)來保證。陶瓷型芯是根據(jù)零件所需的孔或腔制造型 芯模，用于生產(chǎn)型芯，制蠟?zāi)r(shí)將型芯一同壓入蠟?zāi)?nèi)，直至鑄件澆注成型后再去除，陶瓷 型芯用來形成空心葉片的內(nèi)腔。
[0003] 國(guó)內(nèi)研制和應(yīng)用的陶瓷型芯主要有硅基和鋁基兩種，其中：
[0004] 錯(cuò)基型芯的基體材料為A1203，其1?溫性能綜合指標(biāo)1?，熱膨脹系數(shù)小，1?溫?zé)⒑?型芯變形量小，耐火度高，鋁基型芯可以在1600°c以上的高溫條件下使用。但是，鋁基型芯 脫芯困難，需要配備高溫、高壓設(shè)備及與之匹配的脫芯工藝，由于這些條件和技術(shù)指標(biāo)短時(shí) 間內(nèi)無法解決，所以鋁基型芯在國(guó)內(nèi)還沒有得到廣泛應(yīng)用。
[0005] 硅基陶瓷型芯具有熱膨脹系數(shù)小、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好和 脫芯方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在空心渦輪葉片制造領(lǐng)域，國(guó)際上對(duì)該系列硅基陶瓷型芯作了 大量的研究工作。目前，國(guó)內(nèi)使用的陶瓷型芯材料仍以硅基為主，現(xiàn)有的陶瓷型芯在澆注發(fā) 動(dòng)機(jī)葉片時(shí)，由于與型殼的熱膨脹系數(shù)相差較大，時(shí)常發(fā)生變形甚至斷裂，嚴(yán)重影響了葉片 的成品率。因此，開發(fā)具有優(yōu)異綜合性能，特別是具有與型殼熱膨脹系數(shù)相近的硅基陶瓷型 芯，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)空心葉片的生產(chǎn)具有重大意義。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，該方 法對(duì)調(diào)節(jié)硅基陶瓷型芯熱膨脹特性可行性強(qiáng)，成品率高，適用于硅基陶瓷型芯。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0008] -種可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，采用調(diào)整硅基陶瓷型芯中氧 化鋁的含量來控制型芯的熱膨脹系數(shù)，在準(zhǔn)備硅基陶瓷型芯漿料的過程中需嚴(yán)格控制氧化 鋁的含量，而后利用上述漿料通過壓注成型和高溫?zé)Y(jié)制備硅基陶瓷型芯。
[0009] 所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，按重量百分比計(jì)，硅基陶 瓷型芯漿料的成分和含量為：陶瓷粉料80?85wt. %，蠟基增塑劑15?20wt. % ;陶瓷 粉料為石英玻璃粉和氧化鋁粉，石英玻璃粉或氧化鋁粉的粒度要求和重量百分比均為：在 0 μ m〈粒度彡10 μ m范圍內(nèi)為15?25%，在10 μ m〈粒度彡40 μ m范圍內(nèi)為50?70%，在 40 μ m〈粒度彡70 μ m范圍內(nèi)為15?25%。
[0010] 所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，當(dāng)硅基陶瓷型芯漿料中氧 化鋁粉的含量在0〈氧化鋁粉< 20wt %范圍內(nèi)時(shí)，所得硅基陶瓷型芯漿料的熱膨脹系數(shù)在 〇〈熱膨脹系數(shù)彡3.96X1(T7°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 toon] 述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，優(yōu)選地，當(dāng)硅基陶瓷型芯漿 料中氧化鋁粉的含量在5 <氧化鋁粉< 15wt%范圍內(nèi)時(shí)，所得硅基陶瓷型芯漿料的熱膨脹 系數(shù)在1X10_6/°C彡熱膨脹系數(shù)彡3X1(T6/°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
[0012] 所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，按重量百分比計(jì)，蠟基增 塑劑的成分和含量為：石蠟65?75wt. %，蜂蠟20?30wt. %，聚乙烯1?3wt. %，硬脂酸 2 ?4wt. %。
[0013] 所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，包括如下步驟：
[0014] 稱量粒度符合要求的陶瓷粉料：石英玻璃粉和氧化鋁粉，而后放入鼓風(fēng)干燥箱中， 在120°C保溫3?5小時(shí)，待粉末受熱均勻后，在攪拌的條件下加入到已經(jīng)熔融的蠟基增 塑劑中，陶瓷粉料添加完畢后，繼續(xù)攪拌至蠟基增塑劑與石英玻璃粉和氧化鋁粉完全混合 均勻，形成硅基陶瓷型芯漿料；在攪拌的過程中，硅基陶瓷型芯漿料的溫度控制在130? 140°C，硅基陶瓷型芯漿料攪拌均勻后澆注成錠塊以待壓注；需要壓注時(shí)，將硅基陶瓷型芯 漿料錠塊加熱到120°C后保溫3?5小時(shí)，維持漿料溫度在120± 1°C，在陶瓷壓芯機(jī)上壓注 成型，形成硅基陶瓷型芯素坯；
[0015] 選取工業(yè)氧化鋁粉作為填料，進(jìn)行硅基陶瓷型芯的造型，具體過程是：將壓注成 型的硅基陶瓷型芯素坯去除表面缺陷后，包埋于已經(jīng)置于剛玉坩堝中的工業(yè)氧化鋁填料粉 中，然后將盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩堝放入到焙燒爐中；硅基陶瓷型芯的焙燒分為脫蠟 和燒結(jié)兩個(gè)階段：以80?100°C /h的升溫速率升溫至400?500°C，而后保溫2?4h進(jìn)行 脫蠟，在脫蠟過程中，保持空氣干燥；當(dāng)溫度高于500°C時(shí)進(jìn)入燒結(jié)階段，此階段的升溫速 率提高到100?120°C /h，直至最高焙燒溫度1150?1200°C，焙燒3?4h后隨爐冷卻，形 成硅基陶瓷型芯。
[0016] 所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，對(duì)焙燒完畢的硅基陶瓷型 芯進(jìn)行強(qiáng)化，處理方法為將硅基陶瓷型芯置于硅酸乙酯水解液中，待硅基陶瓷型芯表面無 氣泡放出時(shí)取出，自然干燥12h以上。
[0017] 所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，壓注時(shí)，模具的溫度維持 在 30 ?50°C。
[0018] 所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，工業(yè)氧化鋁粉經(jīng)1150? 1200°C于空氣中煅燒3?4h。
[0019] 本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是：
[0020] 硅基陶瓷型芯是精密鑄造構(gòu)件中形成復(fù)雜空腔結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵模板，其與型殼的匹配 性在使用過程中至關(guān)重要。而決定二者匹配性的關(guān)鍵是二者的熱膨脹系數(shù)必須接近。本發(fā) 明方法是通過改變硅基陶瓷型芯中氧化鋁微粉的含量，達(dá)到調(diào)節(jié)型芯自身熱膨脹特性的目 的，從而根據(jù)型殼實(shí)際需要，制備不同熱膨脹特性的型芯，達(dá)到二者在澆注過程中尺寸匹配 的最終目的。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：
[0022] 1.本發(fā)明通過調(diào)節(jié)硅基陶瓷型芯中剛玉粉的含量來控制型芯的熱膨脹系數(shù)，操作 簡(jiǎn)單，且熱膨脹系數(shù)易于精確控制。
[0023] 2.本發(fā)明制備的硅基陶瓷型芯適用于鎳基多晶高溫合金和氧化鋁基陶瓷型殼。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0024] 圖1為硅基陶瓷型芯1300°C時(shí)的熱膨脹系數(shù)與剛玉粉含量的關(guān)系圖。
[0025] 圖2(a)-圖2(b)均為采用本發(fā)明制備的硅基陶瓷型芯示意圖。

【具體實(shí)施方式】：
[0026] 本發(fā)明采用石英玻璃粉、氧化鋁粉（剛玉粉）和蠟基增塑劑，制備硅基陶瓷型芯漿 料。采用陶瓷壓芯機(jī)壓制具有一定結(jié)構(gòu)的硅基陶瓷型芯，而后利用上述漿料通過壓注成型 和高溫?zé)Y(jié)制備硅基陶瓷型芯。特別是，通過調(diào)整硅基陶瓷型芯中氧化鋁粉（剛玉粉）的 含量來控制型芯的熱膨脹系數(shù)，在準(zhǔn)備硅基陶瓷型芯漿料的過程中需嚴(yán)格控制氧化鋁的含 量。
[0027] 在現(xiàn)有技術(shù)中，硅酸乙酯水解液是硅酸乙酯經(jīng)水解后所得，主要作為硅酸溶膠熔 模鑄造中的粘結(jié)劑。而本發(fā)明中，采用特定的硅酸乙酯水解液對(duì)硅基陶瓷型芯進(jìn)行強(qiáng)化處 理，硅酸乙酯水解液的成分和含量為：娃酸乙酯80 %，酒精12 %，蒸餾水5 %，鹽酸3 %，強(qiáng)化 效果最佳。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 按重量百分比計(jì)，硅基陶瓷型芯漿料的成分和含量為：陶瓷粉料82wt. %，蠟基增 塑劑18wt. %。其中，陶瓷粉料為石英玻璃粉和氧化鋁粉，石英玻璃粉或氧化鋁粉的粒度要 求和重量百分比均為：在0 μ m〈粒度彡10 μ m范圍內(nèi)為20%，在10 μ m〈粒度彡40 μ m范圍 內(nèi)為60 %，在40 μ m〈粒度彡70 μ m范圍內(nèi)為20 %。按重量百分比計(jì)，蠟基增塑劑的成分和 含量為：石錯(cuò)70wt. %，蜂錯(cuò)25wt. %，聚乙烯2wt. %，硬脂酸3wt. %。
[0030] 當(dāng)硅基陶瓷型芯漿料中氧化鋁粉的含量在0〈氧化鋁粉< 20wt %范圍內(nèi)時(shí)，所得 硅基陶瓷型芯漿料的熱膨脹系數(shù)在0〈熱膨脹系數(shù)< 3. 96X 1(T6/°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。本實(shí)施例 陶瓷粉料中，氧化鋁粉占5wt %，其余為石英玻璃粉，陶瓷粉料的熱膨脹系數(shù)為1 X 1(T6/°C。 陶瓷粉料采用特定配比的石英玻璃粉和氧化鋁粉，并且石英玻璃粉和氧化鋁粉分別采用特 定的粒度和含量，其好處是：提高壓注時(shí)的成形性，改善型芯的使用性能。
[0031] 蠟基增塑劑采用石蠟（降低黏度）、蜂蠟（提高塑性）、聚乙烯（提高料漿穩(wěn)定性和 素坯強(qiáng)度）和硬脂酸（提高增塑劑和粉料的潤(rùn)濕性）4種物質(zhì)按特定配比組成，其好處是： 提高坯料可塑性，保證料漿穩(wěn)定性和型芯素坯的強(qiáng)度。
[0032] 本實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法如下：
[0033] 稱量粒度符合要求的陶瓷粉料（石英玻璃粉和氧化鋁粉），而后放入鼓風(fēng)干燥箱 中，陶瓷粉料使用之前進(jìn)行加熱處理，在120°C保溫4小時(shí)，待粉末受熱均勻后，在攪拌的條 件下加入到已經(jīng)熔融的蠟基增塑劑中，陶瓷粉料添加完畢后，繼續(xù)攪拌至蠟基增塑劑與石 英玻璃粉和氧化鋁粉完全混合均勻，形成硅基陶瓷型芯漿料。在攪拌的過程中，硅基陶瓷型 芯漿料的溫度控制在135°C，硅基陶瓷型芯漿料攪拌均勻后澆注成錠塊以待壓注。需要壓注 時(shí)，將硅基陶瓷型芯漿料錠塊加熱到120°C后保溫4小時(shí)，維持漿料溫度在120±1°C，在陶 瓷壓芯機(jī)上壓注成型，形成硅基陶瓷型芯素坯。壓注時(shí)，模具的溫度維持在40°C左右。
[0034] 選取工業(yè)氧化鋁粉（經(jīng)1200°C于空氣中煅燒3h)作為填料，進(jìn)行硅基陶瓷型芯的 造型，具體過程是：將壓注成型的硅基陶瓷型芯素坯去除飛邊、毛刺等缺陷后，包埋于已經(jīng) 置于剛玉坩堝中的工業(yè)氧化鋁填料粉中，然后將盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩堝放入到焙燒 爐中。硅基陶瓷型芯的焙燒分為脫蠟和燒結(jié)兩個(gè)階段：以80°C/h的升溫速率升溫至450°C， 而后保溫3h進(jìn)行脫蠟，在脫蠟過程中，須保持空氣干燥。當(dāng)溫度高于500°C時(shí)進(jìn)入燒結(jié)階 段，此階段的升溫速率可以提高到l〇〇°C /h，直至最高焙燒溫度1200°C，焙燒3h后隨爐冷 卻。
[0035] 從而，通過上述特定的工藝步驟和工藝參數(shù)，形成可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷 型芯。
[0036] 進(jìn)一步地，對(duì)焙燒完畢的硅基陶瓷型芯進(jìn)行強(qiáng)化，處理方法為將硅基陶瓷型芯置 于硅酸乙酯水解液中，待硅基陶瓷型芯表面無氣泡放出時(shí)取出，自然干燥12h以上。本實(shí)施 例中，采用特定的硅酸乙酯水解液對(duì)硅基陶瓷型芯進(jìn)行強(qiáng)化處理，硅酸乙酯水解液的成分 和含量為：硅酸乙酯80%，酒精12%，蒸餾水5%，鹽酸3 %。
[0037] 如圖1所示，從硅基陶瓷型芯在1300°C時(shí)的熱膨脹系數(shù)與剛玉粉含量的關(guān)系圖可 以看出，熱膨脹系數(shù)與剛玉粉含量呈正比關(guān)系。
[0038] 如圖2(a) -圖2(b)所示，從本發(fā)明制備的硅基陶瓷型芯可以看出，該方法可制備 出滿足要求的型芯。
[0039] 實(shí)施例2
[0040] 按重量百分比計(jì)，硅基陶瓷型芯漿料的成分和含量為：陶瓷粉料80wt. %，蠟基增 塑劑20wt. %。其中，陶瓷粉料為石英玻璃粉和氧化鋁粉，石英玻璃粉或氧化鋁粉的粒度要 求和重量百分比均為：在0 μ m〈粒度彡10 μ m范圍內(nèi)為25%，在10 μ m〈粒度彡40 μ m范圍 內(nèi)為50%，在40 μ m〈粒度彡70 μ m范圍內(nèi)為25%。按重量百分比計(jì)，蠟基增塑劑的成分和 含量為：石錯(cuò)65wt. %，蜂錯(cuò)30wt. %，聚乙烯lwt. %，硬脂酸4wt. %。
[0041] 當(dāng)硅基陶瓷型芯漿料中氧化鋁粉的含量在0〈氧化鋁粉< 20wt %范圍內(nèi)時(shí)，所 得硅基陶瓷型芯漿料的熱膨脹系數(shù)在0〈熱膨脹系數(shù)< 3. 96 X 1(T6/°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。本 實(shí)施例陶瓷粉料中，氧化鋁粉占15wt%，其余為石英玻璃粉，陶瓷粉料的熱膨脹系數(shù)為 3 X 1(T6/°C。陶瓷粉料采用特定配比的石英玻璃粉和氧化鋁粉，并且石英玻璃粉和氧化鋁粉 分別采用特定的粒度和含量，其好處是：提高壓注時(shí)的成形性，改善型芯的使用性能。
[0042] 蠟基增塑劑采用石蠟（降低黏度）、蜂蠟（提高塑性）、聚乙烯（提高料漿穩(wěn)定性和 素坯強(qiáng)度）和硬脂酸（提高增塑劑和粉料的潤(rùn)濕性）4種物質(zhì)按特定配比組成，其好處是： 提高坯料可塑性，保證料漿穩(wěn)定性和型芯素坯的強(qiáng)度。
[0043] 本實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法如下：
[0044] 稱量粒度符合要求的陶瓷粉料（石英玻璃粉和氧化鋁粉），而后放入鼓風(fēng)干燥箱 中，陶瓷粉料使用之前進(jìn)行加熱處理，在120°C保溫3小時(shí)，待粉末受熱均勻后，在攪拌的條 件下加入到已經(jīng)熔融的蠟基增塑劑中，陶瓷粉料添加完畢后，繼續(xù)攪拌至蠟基增塑劑與石 英玻璃粉和氧化鋁粉完全混合均勻，形成硅基陶瓷型芯漿料。在攪拌的過程中，硅基陶瓷型 芯漿料的溫度控制在130°C，硅基陶瓷型芯漿料攪拌均勻后澆注成錠塊以待壓注。需要壓注 時(shí)，將硅基陶瓷型芯漿料錠塊加熱到120°C后保溫3小時(shí)，維持漿料溫度在120±1°C，在陶 瓷壓芯機(jī)上壓注成型，形成硅基陶瓷型芯素坯。壓注時(shí)，模具的溫度維持在40°C左右。
[0045] 選取工業(yè)氧化鋁粉（經(jīng)1150°C于空氣中煅燒4h)作為填料，進(jìn)行硅基陶瓷型芯 的造型，具體過程是：將壓注成型的硅基陶瓷型芯素坯去除飛邊、毛刺等缺陷后，包埋于已 經(jīng)置于剛玉坩堝中的工業(yè)氧化鋁填料粉中，然后將盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩堝放入到焙 燒爐中。硅基陶瓷型芯的焙燒分為脫蠟和燒結(jié)兩個(gè)階段：以l〇〇°C /h的升溫速率升溫至 500°C，而后保溫2h進(jìn)行脫蠟，在脫蠟過程中，須保持空氣干燥。當(dāng)溫度高于500°C時(shí)進(jìn)入燒 結(jié)階段，此階段的升溫速率可以提高到120°C/h，直至最高焙燒溫度1150°C，焙燒4h后隨爐 冷卻。
[0046] 從而，通過上述特定的工藝步驟和工藝參數(shù)，形成可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷 型芯。
[0047] 進(jìn)一步地，對(duì)焙燒完畢的硅基陶瓷型芯進(jìn)行強(qiáng)化，處理方法為將硅基陶瓷型芯置 于硅酸乙酯水解液中，待硅基陶瓷型芯表面無氣泡放出時(shí)取出，自然干燥12h以上。本實(shí)施 例中，采用特定的硅酸乙酯水解液對(duì)硅基陶瓷型芯進(jìn)行強(qiáng)化處理，硅酸乙酯水解液的成分 和含量為：硅酸乙酯80%，酒精12%，蒸餾水5%，鹽酸3 %。
[0048] 實(shí)施例3
[0049] 按重量百分比計(jì)，硅基陶瓷型芯漿料的成分和含量為：陶瓷粉料85wt. %，蠟基增 塑劑15wt. %。其中，陶瓷粉料為石英玻璃粉和氧化鋁粉，石英玻璃粉或氧化鋁粉的粒度要 求和重量百分比均為：在0 μ m〈粒度彡10 μ m范圍內(nèi)為15%，在10 μ m〈粒度彡40 μ m范圍 內(nèi)為70%，在40 μ m〈粒度彡70 μ m范圍內(nèi)為15%。按重量百分比計(jì)，蠟基增塑劑的成分和 含量為：石錯(cuò)75wt. %，蜂錯(cuò)20wt. %，聚乙烯3wt. %，硬脂酸2wt. %。
[0050] 當(dāng)硅基陶瓷型芯漿料中氧化鋁粉的含量在0〈氧化鋁粉< 20wt %范圍內(nèi)時(shí)，所 得硅基陶瓷型芯漿料的熱膨脹系數(shù)在0〈熱膨脹系數(shù)< 3. 96 X 1(T6/°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。本 實(shí)施例陶瓷粉料中，氧化鋁粉占20wt%，其余為石英玻璃粉，陶瓷粉料的熱膨脹系數(shù)為 3. 96 X 1(T6/°C。陶瓷粉料采用特定配比的石英玻璃粉和氧化鋁粉，并且石英玻璃粉和氧化 鋁粉分別采用特定的粒度和含量，其好處是：提高壓注時(shí)的成形性，改善型芯的使用性能。
[0051] 蠟基增塑劑采用石蠟（降低黏度）、蜂蠟（提高塑性）、聚乙烯（提高料漿穩(wěn)定性和 素坯強(qiáng)度）和硬脂酸（提高增塑劑和粉料的潤(rùn)濕性）4種物質(zhì)按特定配比組成，其好處是： 提高坯料可塑性，保證料漿穩(wěn)定性和型芯素坯的強(qiáng)度。
[0052] 本實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法如下：
[0053] 稱量粒度符合要求的陶瓷粉料（石英玻璃粉和氧化鋁粉），而后放入鼓風(fēng)干燥箱 中，陶瓷粉料使用之前進(jìn)行加熱處理，在120°C保溫5小時(shí)，待粉末受熱均勻后，在攪拌的條 件下加入到已經(jīng)熔融的蠟基增塑劑中，陶瓷粉料添加完畢后，繼續(xù)攪拌至蠟基增塑劑與石 英玻璃粉和氧化鋁粉完全混合均勻，形成硅基陶瓷型芯漿料。在攪拌的過程中，硅基陶瓷型 芯漿料的溫度控制在140°C，硅基陶瓷型芯漿料攪拌均勻后澆注成錠塊以待壓注。需要壓注 時(shí)，將硅基陶瓷型芯漿料錠塊加熱到120°C后保溫5小時(shí)，維持漿料溫度在120±1°C，在陶 瓷壓芯機(jī)上壓注成型，形成硅基陶瓷型芯素坯。壓注時(shí)，模具的溫度維持在40°C左右。
[0054] 選取工業(yè)氧化鋁粉（經(jīng)1180°C于空氣中煅燒3. 5h)作為填料，進(jìn)行硅基陶瓷型 芯的造型，具體過程是：將壓注成型的硅基陶瓷型芯素坯去除飛邊、毛刺等缺陷后，包埋于 已經(jīng)置于剛玉坩堝中的工業(yè)氧化鋁填料粉中，然后將盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩堝放入到 焙燒爐中。硅基陶瓷型芯的焙燒分為脫蠟和燒結(jié)兩個(gè)階段：以90°C /h的升溫速率升溫至 450°C，而后保溫4h進(jìn)行脫蠟，在脫蠟過程中，須保持空氣干燥。當(dāng)溫度高于500°C時(shí)進(jìn)入燒 結(jié)階段，此階段的升溫速率可以提高到1 l〇°C/h，直至最高焙燒溫度1180°C，焙燒3. 5h后隨 爐冷卻。
[0055] 從而，通過上述特定的工藝步驟和工藝參數(shù)，形成可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷 型芯。
[0056] 進(jìn)一步地，對(duì)焙燒完畢的硅基陶瓷型芯進(jìn)行強(qiáng)化，處理方法為將硅基陶瓷型芯置 于硅酸乙酯水解液中，待硅基陶瓷型芯表面無氣泡放出時(shí)取出，自然干燥12h以上。本實(shí)施 例中，采用特定的硅酸乙酯水解液對(duì)硅基陶瓷型芯進(jìn)行強(qiáng)化處理，硅酸乙酯水解液的成分 和含量為：硅酸乙酯80%，酒精12%，蒸餾水5%，鹽酸3 %。
[0057] 實(shí)施例4
[0058] 按重量百分比計(jì)，硅基陶瓷型芯漿料的成分和含量為：陶瓷粉料84wt. %，蠟基增 塑劑16wt. %。其中，陶瓷粉料為石英玻璃粉和氧化鋁粉，石英玻璃粉或氧化鋁粉的粒度要 求和重量百分比均為：在0 μ m〈粒度彡10 μ m范圍內(nèi)為18%，在10 μ m〈粒度彡40 μ m范圍 內(nèi)為64%，在40 μ m〈粒度彡70 μ m范圍內(nèi)為18%。按重量百分比計(jì)，蠟基增塑劑的成分和 含量為：石蠟72wt. %，蜂蠟22wt. %，聚乙烯2wt. %，硬脂酸4wt. %。
[0059] 當(dāng)硅基陶瓷型芯漿料中氧化鋁粉的含量在0〈氧化鋁粉< 20wt %范圍內(nèi)時(shí)，所 得硅基陶瓷型芯漿料的熱膨脹系數(shù)在0〈熱膨脹系數(shù)< 3. 96 X 1(T6/°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。本 實(shí)施例陶瓷粉料中，氧化鋁粉占 l〇wt%，其余為石英玻璃粉，陶瓷粉料的熱膨脹系數(shù)為 2 X 1(T6/°C。陶瓷粉料采用特定配比的石英玻璃粉和氧化鋁粉，并且石英玻璃粉和氧化鋁粉 分別采用特定的粒度和含量，其好處是：提高壓注時(shí)的成形性，改善型芯的使用性能。
[0060] 蠟基增塑劑采用石蠟（降低黏度）、蜂蠟（提高塑性）、聚乙烯（提高料漿穩(wěn)定性和 素坯強(qiáng)度）和硬脂酸（提高增塑劑和粉料的潤(rùn)濕性）4種物質(zhì)按特定配比組成，其好處是： 提高坯料可塑性，保證料漿穩(wěn)定性和型芯素坯的強(qiáng)度。
[0061] 本實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法如下：
[0062] 稱量粒度符合要求的陶瓷粉料（石英玻璃粉和氧化鋁粉），而后放入鼓風(fēng)干燥箱 中，陶瓷粉料使用之前進(jìn)行加熱處理，在120°C保溫4小時(shí)，待粉末受熱均勻后，在攪拌的條 件下加入到已經(jīng)熔融的蠟基增塑劑中，陶瓷粉料添加完畢后，繼續(xù)攪拌至蠟基增塑劑與石 英玻璃粉和氧化鋁粉完全混合均勻，形成硅基陶瓷型芯漿料。在攪拌的過程中，硅基陶瓷型 芯漿料的溫度控制在135°C，硅基陶瓷型芯漿料攪拌均勻后澆注成錠塊以待壓注。需要壓注 時(shí)，將硅基陶瓷型芯漿料錠塊加熱到120°C后保溫4小時(shí)，維持漿料溫度在120±1°C，在陶 瓷壓芯機(jī)上壓注成型，形成硅基陶瓷型芯素坯。壓注時(shí)，模具的溫度維持在40°C左右。
[0063] 選取工業(yè)氧化鋁粉（經(jīng)1160°C于空氣中煅燒3. 5h)作為填料，進(jìn)行硅基陶瓷型 芯的造型，具體過程是：將壓注成型的硅基陶瓷型芯素坯去除飛邊、毛刺等缺陷后，包埋于 已經(jīng)置于剛玉坩堝中的工業(yè)氧化鋁填料粉中，然后將盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩堝放入到 焙燒爐中。硅基陶瓷型芯的焙燒分為脫蠟和燒結(jié)兩個(gè)階段：以80°C /h的升溫速率升溫至 400°C，而后保溫3h進(jìn)行脫蠟，在脫蠟過程中，須保持空氣干燥。當(dāng)溫度高于500°C時(shí)進(jìn)入燒 結(jié)階段，此階段的升溫速率可以提高到115°C /h，直至最高焙燒溫度1160°C，焙燒3h后隨爐 冷卻。
[0064] 從而，通過上述特定的工藝步驟和工藝參數(shù)，形成可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷 型芯。
[0065] 進(jìn)一步地，對(duì)焙燒完畢的硅基陶瓷型芯進(jìn)行強(qiáng)化，處理方法為將硅基陶瓷型芯置 于硅酸乙酯水解液中，待硅基陶瓷型芯表面無氣泡放出時(shí)取出，自然干燥12h以上。本實(shí)施 例中，采用特定的硅酸乙酯水解液對(duì)硅基陶瓷型芯進(jìn)行強(qiáng)化處理，硅酸乙酯水解液的成分 和含量為：硅酸乙酯80%，酒精12%，蒸餾水5%，鹽酸3 %。
[〇〇66] 實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明方法是通過改變硅基陶瓷型芯中氧化鋁微粉的含量，達(dá) 到調(diào)節(jié)型芯自身熱膨脹特性的目的，從而根據(jù)型殼實(shí)際需要，制備不同熱膨脹特性的型芯。
【權(quán)利要求】
1. 一種可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在于：采用調(diào)整硅基陶 瓷型芯中氧化鋁的含量來控制型芯的熱膨脹系數(shù)，在準(zhǔn)備硅基陶瓷型芯漿料的過程中需嚴(yán) 格控制氧化鋁的含量，而后利用上述漿料通過壓注成型和高溫?zé)Y(jié)制備硅基陶瓷型芯。
2. 按照權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在 于：按重量百分比計(jì)，硅基陶瓷型芯漿料的成分和含量為：陶瓷粉料80?85wt. %，蠟基增 塑劑15?20wt. % ;陶瓷粉料為石英玻璃粉和氧化鋁粉，石英玻璃粉或氧化鋁粉的粒度要 求和重量百分比均為：在0 μ m〈粒度彡10 μ m范圍內(nèi)為15?25%，在10 μ m〈粒度彡40 μ m 范圍內(nèi)為50?70%，在40 μ m〈粒度彡70 μ m范圍內(nèi)為15?25%。
3. 按照權(quán)利要求2所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在 于：當(dāng)硅基陶瓷型芯漿料中氧化鋁粉的含量在0〈氧化鋁粉< 20wt %范圍內(nèi)時(shí)，所得硅基陶 瓷型芯漿料的熱膨脹系數(shù)在0〈熱膨脹系數(shù)< 3. 96X 1(T6/°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
4. 按照權(quán)利要求2所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在 于：優(yōu)選地，當(dāng)硅基陶瓷型芯漿料中氧化鋁粉的含量在5 <氧化鋁粉< 15wt %范圍內(nèi)時(shí)，所 得硅基陶瓷型芯漿料的熱膨脹系數(shù)在1X1(T6/°C<熱膨脹系數(shù)< 3X1(T6/°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
5. 按照權(quán)利要求2所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在 于：按重量百分比計(jì)，蠟基增塑劑的成分和含量為：石蠟65?75wt. %，蜂蠟20?30wt. %， 聚乙烯1?3wt. %，硬脂酸2?4wt. %。
6. 按照權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征 在于，包括如下步驟： 稱量粒度符合要求的陶瓷粉料：石英玻璃粉和氧化鋁粉，而后放入鼓風(fēng)干燥箱中，在 120°C保溫3?5小時(shí)，待粉末受熱均勻后，在攪拌的條件下加入到已經(jīng)熔融的蠟基增塑劑 中，陶瓷粉料添加完畢后，繼續(xù)攪拌至蠟基增塑劑與石英玻璃粉和氧化鋁粉完全混合均勻， 形成硅基陶瓷型芯漿料；在攪拌的過程中，硅基陶瓷型芯漿料的溫度控制在130?140°C， 硅基陶瓷型芯漿料攪拌均勻后澆注成錠塊以待壓注；需要壓注時(shí)，將硅基陶瓷型芯漿料錠 塊加熱到120°C后保溫3?5小時(shí)，維持漿料溫度在120±1°C，在陶瓷壓芯機(jī)上壓注成型， 形成硅基陶瓷型芯素坯； 選取工業(yè)氧化鋁粉作為填料，進(jìn)行硅基陶瓷型芯的造型，具體過程是：將壓注成型的硅 基陶瓷型芯素坯去除表面缺陷后，包埋于已經(jīng)置于剛玉坩堝中的工業(yè)氧化鋁填料粉中，然 后將盛有硅基陶瓷型芯素坯的坩堝放入到焙燒爐中；硅基陶瓷型芯的焙燒分為脫蠟和燒結(jié) 兩個(gè)階段：以80?100°C /h的升溫速率升溫至400?500°C，而后保溫2?4h進(jìn)行脫蠟， 在脫蠟過程中，保持空氣干燥；當(dāng)溫度高于500°C時(shí)進(jìn)入燒結(jié)階段，此階段的升溫速率提高 至IJ 100?120°C /h，直至最高焙燒溫度1150?1200°C，焙燒3?4h后隨爐冷卻，形成硅基 陶瓷型芯。
7. 按照權(quán)利要求6所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在 于，對(duì)焙燒完畢的硅基陶瓷型芯進(jìn)行強(qiáng)化，處理方法為將硅基陶瓷型芯置于硅酸乙酯水解 液中，待硅基陶瓷型芯表面無氣泡放出時(shí)取出，自然干燥12h以上。
8. 按照權(quán)利要求6所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在 于，壓注時(shí)，模具的溫度維持在30?50 °C。
9. 按照權(quán)利要求6所述的可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的硅基陶瓷型芯的制備方法，其特征在
【文檔編號(hào)】B22C9/10GK104086161SQ201410175419
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】林泉洪, 張炫, 梁靜靜, 周亦胄, 金濤, 孫曉峰, 趙昌龍, 崔白圭, 金仁守, 都政鉉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所, 韓國(guó)機(jī)械研究院