[发明专利]一种氧化铝纤维增强陶瓷型芯的制备方法

说明书

本发明涉及一种复合材料领域，具体涉及一种氧化铝纤维增强陶瓷型芯的制备方法。本发明通过用氧化铝陶瓷纤维来增强陶瓷型芯，以溶剂为载体选用了一种新型的纤维添加方式，向陶瓷型芯中加入了不同含量的氧化铝纤维，通过机械搅拌作用以及羟丙基甲基纤维素分散剂对纤维进行分散，制备出氧化铝纤维增强陶瓷型芯。本发明由于氧化铝陶瓷纤维的加入，大大地提升了型芯的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种复合材料领域，具体涉及一种氧化铝纤维增强陶瓷型芯的制备方法。

背景技术

熔模铸造中制备中空转接件的陶瓷型芯，其作用是形成空心铸件的复杂内腔形状。陶瓷型芯的性能时候质量评估的核心内容和使用选择的基本依据。现阶段，使用较广泛的型芯主要有硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型芯。其中，由于铝基陶瓷型芯存在难以烧结和型芯脱除困难等问题，使其应用受到了限制。硅基陶瓷型芯以石英玻璃作为基体材料，添加氧化铝、莫来石、锆英粉等作为强化相，依靠控制方石英的含量来保证型芯的性能。在1500～1550℃的浇注条件下，可以保证较高的成品率，易于用碱液腐蚀掉，而且石英玻璃的线膨胀系数较小，稳定性好。由于硅基陶瓷型芯的热膨胀系数小，表面光洁度好，并且易于脱芯，所以在国内外熔模精铸业得到了广泛应用。

硅基陶瓷型芯在生产使用中，受限于型芯基体材料本身的局限性，对于单晶浇注条件下的硅基陶瓷型芯，当使用温度大于1550℃时，型芯依然存在高温强度低、高温挠度大、韧性差等问题，叶片的合格率受到很大的影响。因此，要获得尺寸精度高、机械性能优良的复杂结构高熔点合金熔模精铸件，就必须在保证精铸件型芯的尺寸稳定性和脱芯性能的同时，进一步提高精铸陶芯的强度和韧性。氧化铝陶瓷纤维作为一种常见的增强材料，以其耐高温、孔隙率大、耐磨、热稳定性好、导热率低等一系列优良性能，在纤维增强复合材料方面有广泛的应用。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种氧化铝纤维增强陶瓷型芯的制备方法。本发明针对陶瓷型芯在用于浇注高温定向凝固合金时存在的高温强度不高及韧性差等问题，采用氧化铝纤维作为增强材料，向型芯浆料中添加一定量的氧化铝纤维，通过机械搅拌作用和羟丙基甲基纤维素分散剂对陶瓷型芯浆料中的纤维进行分散，以溶剂为载体进行纤维添加，优化获得较合理的纤维含量及纤维长度的特性，为纤维增强陶瓷型芯制备工艺的不断发展奠定了基础。

一种氧化铝纤维增强陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：采用偶联剂醇溶液作为表面处理剂，向偶联剂醇溶液里加入少量醋酸溶液，并逐步使偶联剂醇溶液呈酸性从而提高水解速度；将纤维放入偶联剂醇溶液中，先手动搅拌5～10min，再浸泡20min后过滤，再用丙酮水溶液清洗，将其放入干燥箱中干燥待用；

步骤二：称量好所需氧化铝纤维，将纤维倒入盛有定量蒸馏水的烧杯中，加入0～0.5wt％羟丙基甲基纤维素作为分散剂，用增力电动搅拌器对溶液进行搅拌20min后，获得分散均匀的纤维-水溶液；此外向称量好的基体粉料中倒入定量无水乙醇溶液，用玻璃棒不断搅拌，直至粉料完全混合在无水乙醇溶液中，搅拌3～5min直至混合均匀，直至溶液表面无明显纤维存在；置于电子万用炉上加热烘干液体，对所得粉料进行粉料过筛，干燥待用；

步骤三：在陶瓷型芯的配制过程中，粉料配方为：石英玻璃粉占粉料总重的85％，锆英粉占粉料总重的15％；按配方称量好的粉料放入洗净烘干好的球磨罐中，其中，球料比为1：(1～1.5)，并加入粉重0.25％～0.5％的油酸，在球磨机上球磨2～3h后取出烘干待用；

步骤四：向干燥的坩埚内加入占粉料总重18％的增塑剂，保持恒定温度为100℃直至增塑剂完全融化；在不断搅拌的条件下，陆续加入已经干燥好的陶瓷粉料，一次性加入量不可过多；在加入陶瓷粉料重量的0％～0.5％的油酸后，恒温持续搅拌2h以上，直至浆料均匀且无气泡，浆料具有良好的流动性；

步骤五：型芯压制前先对模具进行清理，并在分型面上刷好硅油作为分型剂；将搅拌好的型芯浆料快速加入到压注模具中，将压注机的压力作用下压制成型；