[发明专利]一种用于复杂零件制造的氧化钙基陶瓷铸型快速制备方法

说明书

本发明公开了一种用于复杂零件制造的氧化钙基陶瓷铸型快速制备方法，属于快速精密铸造领域。采用碳酸钙粉体和适量矿化剂为原料制造陶瓷铸型素坯，将素坯脱脂后，和适量金属钙一起放入真空烧结炉中进行反应烧结，最后再将铸型放入大气烧结炉中终烧。金属钙单质与碳酸钙分解产生的二氧化碳反应生成氧化钙，提高了陶瓷铸型的致密度。适量的矿化剂促进了陶瓷铸型的烧结，提高了陶瓷铸型的抗水化性。使用上述方法制得的氧化钙基整体式陶瓷铸型具有优良的高温综合性能，解决了氧化铝基陶瓷铸型脱芯难、废品率高的技术难题，尤其适用于复杂零件的快速制造。

技术领域

本发明属于快速精密铸造领域，具体涉及一种用于复杂零件制造的氧化钙基陶瓷铸型快速制备方法。

背景技术

目前，在国内外广泛使用的用于近净成形精密铸造的陶瓷铸型主要有氧化硅基和氧化铝基两种。氧化硅基陶瓷使用温度为1520℃～1560℃，在1500℃～1550℃的浇注条件下，成品率较高，但当使用温度大于1550℃时，高温性能极差，因此氧化硅基陶瓷不适用于更高温度的高温合金浇注条件；氧化铝基陶瓷具有高的耐火度、化学稳定性好、良好的热稳定性、抗蠕变性能好、无晶型转变等优点，其使用温度大于1550℃，最高可达1850℃。虽然氧化铝基陶瓷铸型相比氧化硅基陶瓷铸型具有一些优良的性能，但是氧化铝基陶瓷铸型的脱芯非常困难，通常会带来40％的废品率，这也是长期以来一直阻碍其广泛应用的主要原因。

氧化钙熔点为2572℃，沸点为2850℃，氧化钙陶瓷热膨胀系数与高温合金相近，金属液凝固时能与金属同步收缩，能避免由于应力产生的热撕裂；易溶于热水，脱芯速率快，不会对铸件造成任何损伤；使用温度高、化学稳定性好。目前，氧化钙基陶瓷铸型相关研究较少，成形方法主要采用模压成形，成形过程主要是将氧化钙粉末与油酸或石蜡等增塑剂混合后注入钢模后加压成形制得，该方法适用于结构简单的零部件制造，难于满足复杂结构零件的制造需求。因此，若能研究出一种可靠的、适用于复杂零件制造的氧化钙基陶瓷铸型将具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于复杂零件制造的氧化钙基陶瓷铸型快速制备方法，它基于光固化快速成型技术，结合凝胶注模技术，一次成形型芯、型壳一体化陶瓷铸型，操作简单，节能环保。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种用于复杂零件制造的氧化钙基陶瓷铸型快速制备方法，包括以下步骤：

1)采用光固化快速成型方法，制备出可烧失性光固化树脂模具；

2)采用凝胶注模方法，将陶瓷粉体、有机单体、交联剂、分散剂、增塑剂和去离子水混合均匀，制得高固相、低粘度的陶瓷浆料；

所述陶瓷粉体是由80％～99％的碳酸钙粉体和1％～20％的矿化剂粉体组成；其中，矿化剂粉体为氧化镁、氧化钇或氧化锆中的一种或其中几种按照任意质量比混合的混合物；

3)在真空和振动环境下，向可烧失性光固化树脂模具的型腔中浇注高固相、低粘度的陶瓷浆料，并加入催化剂和引发剂，待陶瓷浆料固化后，制得陶瓷铸型素坯，然后进行干燥、脱脂处理；

4)将干燥、脱脂后的陶瓷铸型素坯和金属钙一起进行烧结，制得陶瓷铸型；

5)将陶瓷铸型进行终烧，制得氧化钙基陶瓷铸型。

步骤2)采用凝胶注模方法，制备高固相、低粘度的陶瓷浆料的具体操作包括以下步骤：

(1)取陶瓷粉体，加入陶瓷粉体总质量2％的增塑剂，搅拌混合均匀，得到混合粉料；

(2)将有机单体和交联剂按照质量比24：1混合后，溶解于去离子水中，再加入占陶瓷粉体总质量2％的分散剂，搅拌溶解，配制成预混液；

(3)将混合粉料和预混液充分搅拌均匀，调节pH值至10～11，制得预制浆料；