[发明专利]一种熔模铸造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脱脂方法

说明书

本发明涉及精密铸造领域，具体为一种熔模铸造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脱脂方法。第一步制备50vol％～60vol％高固相含量、高打印性能的硅基陶瓷型芯浆料；第二步建立复杂双层壁硅基陶瓷型芯三维模型，对模型进行切片处理导入STL格式文件于光固化3D打印机中，进行型芯逐层打印，获得光固化双层壁硅基陶瓷型芯素坯；第三步将放置陶瓷型芯素坯的坩埚放置于真空热压炉中，在1×10^‑3～1×10^‑4Pa的高真空条件下，以0.5～2℃/min的升温速率升至300～500℃之间，保温2～4小时，硅基陶瓷型芯素坯进行完全干燥、脱脂。本发明适用于精密铸造空心发动机叶片，可以充分去除硅基陶瓷素坯中的水分，并使光固化树脂有机物得到缓慢分解。

技术领域

本发明涉及精密铸造领域，具体为一种熔模铸造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脱脂方法，适用于精密铸造空心发动机叶片。

背景技术

光固化3D打印技术作为一种“无需工具”的数字化制造技术，利用层层堆积的精密加工模式，可以制造出形状高度复杂的产品。这使得过去受到传统加工方式的约束，而无法实现的高精度复杂结构制造变为可能。这将大大简化产品设计环节，提高零部件的集成度，缩小产品研发周期。3D打印技术以其成形尺寸大、可利用材料范围广、成形件的材料性能优异等特点，在航空、航天等领域有着广阔的应用前景。

陶瓷型芯是制备航空发动机空心叶片必要环节，其性能优劣直接影响空心叶片性能。随着对航空发动机推重比要求的提高，基于流动力学和传热力学基本原理，发动机叶片内腔设计越来越复杂，从而对型芯的性能提出更加严格的要求，传统工艺制备高复杂度双层壁硅基型芯以及精密硅基型腔需要多套模具，工序复杂，成本极高，光固化3D打印技术为一体化成形双层壁高复杂度型芯提供了可能。同时，探索脱脂方法，降低素坯树脂有机物的分解速率，得到结构均匀，表面质量优良的陶瓷件成为该技术急需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔模铸造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脱脂方法，对固化3D打印技术加工制备的型芯后续处理起一定的技术支撑。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种熔模铸造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脱脂方法，包括如下步骤：

第一步制备50vol％～60vol％高固相含量、高打印性能的硅基陶瓷型芯浆料；第二步建立复杂双层壁硅基陶瓷型芯三维模型，对模型进行切片处理导入STL格式文件于光固化3D打印机中，进行型芯逐层打印，获得光固化双层壁硅基陶瓷型芯素坯；第三步将放置陶瓷型芯素坯的坩埚放置于真空热压炉中，在1×10^-3～1×10^-4Pa的高真空条件下，以0.5～2℃/min的升温速率升至300～500℃之间，保温2～4小时，硅基陶瓷型芯素坯进行完全干燥、脱脂。

所述的熔模铸造用光固化硅基陶瓷型芯素坯脱脂方法，熔模铸造用光固化硅基陶瓷型芯素坯的制备过程如下：

(1)取微米级和纳米级混合的球形硅基陶瓷粉末：粒度20～40nm、99.9wt％纯度的熔融石英二氧化硅以及粒度100～300μm、纯度99wt％的二氧化硅，二者基于一定比例进行混合，同时根据实际制备情况会加入一定量的气相人工合成二氧化硅，其中：纳米粉为硅基陶瓷粉末总质量的60％～70％，微米粉为硅基陶瓷粉末总质量的10％～25％，气相人工合成疏水二氧化硅为硅基陶瓷粉末总质量的5％～20％；

(2)取微米级和纳米级混合的硅基陶瓷粉末、单体、交联剂、分散剂、光引发剂及矿化剂；

(3)将硅基陶瓷粉末和矿化剂混合，将混合物进行球磨处理；

(4)将球磨后的混合物过筛后，干燥处理，得到干燥后混合均匀的混合粉末；

(5)将光引发剂和分散剂置于配制好的单体中混合，形成混合物；