[发明专利]一种水溶性陶瓷型芯材料和制备水溶性陶瓷型芯的方法

说明书

技术领域

本发明属于精密铸造技术，涉及一种用于铝合金铸件的水溶性陶瓷型芯材料和制备水溶性陶瓷型芯的方法。

背景技术

航空装备性能的不断提升对复杂内腔结构、高质量和高精度的轻合金铸件的需求量越来越大。铝合金质量轻同时具有优异的力学性能，因此在航空、航天、兵器及交通运输等领域有广泛的应用。含复杂内腔结构的铝合金铸件近净成型的关键是研制适用于铸件整体无余量成型的型芯材料，且型芯的性能(力学性能、热稳定性能、化学稳定性、表面质量、脱模容易程度等)优劣及工程可靠性高低直接影响到精铸件的合格率、铸造成本和产品质量。目前，一般采用的高温耐火陶瓷型芯，虽然具有高表面光洁度、高稳定性和高强度等优点，但其在铸件中脱除时需要在强碱溶液或氢氟酸中浸泡，或借助压力脱芯，一方面会造成严重的环境污染，另一方面也会对铝合金铸件产生损害，影响表面质量和尺寸精度。水溶性型芯遇水后强度显著降低或高度溃散，使其很容易从铸件中无残余地脱除而不需要专门的设备，因此备受复杂结构件精密铸造的青睐。目前广泛采用的尿素型芯和树脂砂芯，耐热性差、发气量大、强度低，导致铸件表面质量差、气孔缺陷多、变形及尺寸精度低，严重影响复杂铸件的成品合格率。为进一步提高精密铸件的生产效率，减少能耗，降低成本，急需开发一种更高性能的型芯。

我国有关水溶性型芯产品及其应用的文献和专利非常少，且该项技术在精密铸件生产中应用的普及率非常低，已报道的水溶性型芯主要有水溶性盐芯和水溶性陶瓷型芯。前者存在表面质量差，强度低，脱芯困难，需要大量的水冲洗，回收困难等缺点(陶瓷技术有限责任公司.基于盐的型芯及其制备方法:中国,CN200980136389.X[P],2011-8-17；湖南江滨机器(集团)有限责任公司.铸造用水溶性复合盐芯材料、盐芯制备方法及制得的盐芯:中国,CN201010218306.6[P].2010-10-27)；而以耐火材料为主体的水溶性陶瓷型芯，有望获得较高的机械强度、耐火度和化学稳定性，以及较好的水溶性。这类水溶性陶瓷型芯主要以难溶耐火材料如氧化铝、硅酸锆、二氧化硅等为基材，可溶性无机盐(碱金属或碱土金属的氯化物、碳酸盐或硫酸盐等)为粘结剂，通过相应的成型工艺制成。然而就目前文献中的报道和实际的应用情况来看(江苏大学.一种水溶性陶瓷型芯及其制备方法，CN201210276204.9，2012-11-21.该专利得到的型芯的湿抗压强度为0.025MPa，干抗压强度为1.2MPa左右，强度偏低)，该类型芯仍然存在表面光洁度差、强度低等问题，很难在实际生产中推广。未检索到兼顾型芯的表面质量、发气水平、力学强度、耐热性、水溶性等性能的水溶性陶瓷型芯材料的公开文献。

发明内容：

本发明的目的是：提出一种高性能的水溶性陶瓷型芯材料和制备水溶性陶瓷型芯的方法，以便兼顾型芯的表面质量、尺寸精度、发气水平、力学强度、耐热性、水溶性、环保性等性能，满足铝合金科研生产的需要。

本发明的技术方案是：一种水溶性陶瓷型芯材料，其特征在于：它由耐高温陶瓷材料、水溶性无机盐和金属氧化物，以及至少一种非晶陶瓷材料组成；水溶性无机盐所占的质量分数为10％～50％；水溶性金属氧化物所占的质量分数为2％～50％；非晶陶瓷材料所占的质量分数为0.1％～30％；余量为耐高温陶瓷材料；所述的耐高温陶瓷材料包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁、氧化锌、尖晶石、莫来石、锆英石、硅灰石、氮化铝、氮化硅其中之一或几种材料的混合物，耐高温陶瓷材料的粉末粒度为50目～8000目；所述的水溶性无机盐为氯化钠、氯化钾、碳酸钾、碳酸钠、氯化钙、氯化镁、硫酸钠、硫酸镁；所述的水溶性金属氧化物为氧化钙；所述的非晶陶瓷材料包括无定形氧化硅、蒙脱土或硅藻土其中之一或几种材料的混合物，非晶陶瓷材料的粉末粒度为50目～8000目。

如上面所述的水溶性陶瓷型芯的制备方法，其特征在于：制备的步骤如下：

1、原料预处理：

1.1、将耐高温陶瓷材料放入马弗炉中加热到800℃～1000℃，保温2h～5h；

1.2、将水溶性无机盐在转速300r/min～600r/min条件下球磨1h～5h，选取通过120目筛网后的粉末；

1.3、将水溶性金属氧化物放入研钵中研磨，选取通过120目筛网后的粉末，放入马弗炉中加热到800℃～1000℃，保温1h～5h；

1.4、将非晶陶瓷材料放入马弗炉中加热到500℃～800℃，保温2h～5h；

2、原料称量：按比例称取预处理后的耐高温陶瓷材料、水溶性无机盐、水溶性金属氧化物及非晶陶瓷材料，配制固体粉末混合物；

3、混料：