一种复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺

摘要

本发明涉及一种复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，属于精密铸造技术领域，首先制备用于形成内嵌空腔结构的具有一定强度及韧性的预置金属型芯，然后将金属型芯放入陶瓷型芯模具中；采用注射成型方式制备整体陶瓷型芯素坯；将金属型芯作为阳极，采用电解腐蚀方法脱除金属型芯，得到内嵌空腔结构的陶瓷型芯素坯；将陶瓷型芯素坯置入烧结炉中进行烧结，最后获得内嵌空腔结构的陶瓷型芯。本发明采用电化学腐蚀方法使预置金属型芯能够柔和脱除且不破坏陶瓷型芯素坯，有效保证内嵌空腔结构陶瓷型芯的完整性，适于工业应用。

权利要求

1.一种复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于：该工艺方法步骤如下：首先制备用于形成内嵌空腔结构的具有一定强度的预置金属型芯，使预置金属型芯的强度高于陶瓷型芯素坯成型压力强度，然后将预置金属型芯放入陶瓷型芯模具中；采用注射成型方式制备整体陶瓷型芯素坯；将预置金属型芯作为阳极，采用电解腐蚀方法脱除预置金属型芯，得到内嵌空腔结构的陶瓷型芯素坯；将该陶瓷型芯素坯置入烧结炉中进行烧结，最后获得内嵌空腔结构的陶瓷型芯。

2.根据权利要求1所述复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于：预置金属型芯制备材料为普通碳素钢或铝合金。

3.根据权利要求1所述复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于：陶瓷型芯材料为二氧化硅基陶瓷材料或氧化铝基陶瓷材料。

4.根据权利要求1所述复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于：制备整体陶瓷型芯素坯时，陶瓷浆料成型采用注射成型的方式成型，成型压力为4-8MPa，注射时间为

10-120秒，保压时间为10-120秒。

5.根据权利要求1所述复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于：预置金属型芯做为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为质量浓度10%-20%高氯酸的酒精溶液、10-20%草酸溶液或30-50%硝酸溶液，电解腐蚀电压为5-20伏特，电流为0.2-0.8安培，腐蚀时间为1-50小时。

6.根据权利要求1所述复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于：陶瓷型芯烧结用的填料为工业用氧化铝粉，粒度为100-300目。

7.根据权利要求3所述复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于：陶瓷型芯素坯脱蜡阶段采用缓慢升温方式升温，升温速度为0.5-2℃/分钟；脱蜡结束后，快速升温至烧结温度，升温速度为1-10℃/分钟；二氧化硅基陶瓷型芯烧结温度为1150℃-1190℃，保温时间为3-10小时，然后炉冷至室温。

8.根据权利要求3所述复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于：陶瓷型芯素坯脱蜡阶段采用缓慢升温方式升温，升温速度为0.5-2℃/分钟；脱蜡结束后，快速升温至烧结温度，升温速度为1-10℃/分钟；氧化铝基陶瓷型芯烧结温度为1300℃-1450℃，保温时间为3-10小时，然后炉冷至室温。

9.根据权利要求1所述复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于：陶瓷型芯烧结后，将陶瓷型芯浸入环氧树脂和聚酰胺的丙酮溶液中进行浸泡，环氧树脂和聚酰胺在丙酮溶液中的浓度为5-10%，环氧树脂与聚酰胺的质量比为1:1-2:1，浸泡时间为1-3小时，然后取出在空气中150℃条件下进行干燥，干燥时间1-3小时。

说明书

一种复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺

技术领域

[0001] 本发明属于精密铸造技术领域，主要涉及陶瓷型芯的制备工艺，特别是涉及一种复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺。

背景技术

[0002] 熔模精密铸造是生产高精度、低粗糙度、复杂几何形状铸件的有效方法，特别适合铸造昂贵金属及难加工的金属构件。因此，熔模精密铸造已成为生产发动机高温合金叶片和复杂结构件的主要方法。高温合金叶片和复杂结构铸件的内腔通常采用陶瓷型芯形成，由于陶瓷型芯结构日趋复杂化，特别是具有内嵌空腔结构的陶瓷型芯，加上内嵌空腔结构具有薄、长、弯曲、窄等特点，所以，这一类陶瓷型芯制备非常困难。

[0003] 目前，工业生产中常常采用预置水基可溶型芯（羰基类或盐类等）方法制备尺寸厚大且结构简单的内嵌空腔陶瓷型芯，但在制备具有薄、长、弯曲、窄等特点内嵌空腔复杂结构陶瓷型芯时，由于水基可溶型芯本身强度低韧性差的原因，陶瓷料浆的高压冲击使其非常容易断裂，致使陶瓷型芯难以成型，因此限制了其实际应用。因此，如何制备复杂内嵌空腔结构的陶瓷型芯是目前生产中急需解决的难题。

发明内容

[0004] 发明目的：

[0005] 本发明涉及一种复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，其目的是为了满足实际生产中的需求。

[0006] 技术方案：

[0007] 本发明是通过以下技术方案来实现的：

[0008] 一种复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，其特征在于：该工艺方法步骤如下：首先制备用于形成内嵌空腔结构的具有一定强度的预置金属型芯，使预置金属型芯的强度高于陶瓷型芯素坯的成型压力强度，然后将预置金属型芯放入陶瓷型芯模具中；采用注射成型方式制备整体陶瓷型芯素坯；将预置金属型芯作为阳极，采用电解腐蚀方法脱除预置金属型芯，得到内嵌空腔结构的陶瓷型芯素坯；将陶瓷型芯素坯置入烧结炉中进行烧结，最后获得内嵌空腔结构的陶瓷型芯。

[0009] 预置金属型芯制备材料为普通碳素钢或铝合金。

[0010] 陶瓷型芯材料为二氧化硅基陶瓷材料或氧化铝基陶瓷材料。

[0011] 制备整体陶瓷型芯素坯时，陶瓷浆料成型采用注射成型的方式成型，成型压力为4-8MPa，注射时间为10-120秒，保压时间为10-120秒。

[0012] 预置金属型芯做为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为质量浓度10%-20%高氯酸的酒精溶液、10-20%草酸溶液或30-50%硝酸溶液，电解腐蚀电压为5-20伏特，电流为0.2-0.8安培，腐蚀时间为1-50小时。

[0013] 陶瓷型芯烧结用的填料为工业用氧化铝粉，粒度为100-300目。

[0014] 陶瓷型芯素坯脱蜡阶段采用缓慢升温方式升温，升温速度为0.5-2℃/分钟；脱蜡结束后，快速升温至烧结温度，升温速度为1-10℃/分钟；二氧化硅基陶瓷型芯烧结温度为1150℃-1190℃，保温时间为3-10小时，然后炉冷至室温。

[0015] 陶瓷型芯素坯脱蜡阶段采用缓慢升温方式升温，升温速度为0.5-2℃/分钟；脱蜡结束后，快速升温至烧结温度，升温速度为1-10℃/分钟；氧化铝基陶瓷型芯烧结温度为1300℃-1450℃，保温时间为3-10小时，然后炉冷至室温。

[0016] 陶瓷型芯烧结后，将陶瓷型芯浸入环氧树脂和聚酰胺的丙酮溶液中进行浸泡，环氧树脂和聚酰胺在丙酮溶液中的浓度为5-10%，环氧树脂与聚酰胺的质量比为1:1-2:1，浸泡时间为1-3小时，然后取出在空气中150℃条件下进行干燥，干燥时间1-3小时。

[0017] 优点及效果：

[0018] 本发明涉及一种复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，具有如下优点：

[0019] （1）工艺流程简单，陶瓷型芯素坯成品率远高于现有的制备工艺；

[0020] （2）内嵌空腔结构陶瓷型芯成品率高，价格适宜，可规模化生产，具有良好的工程化背景。

附图说明

[0021] 图1为预置金属型芯结构示意图；

[0022] 图2为含预置金属型芯的陶瓷型芯素坯示意图；

[0023] 图3为电解腐蚀掉预置金属型芯的陶瓷型芯素坯示意图。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不受实施例的限制。

[0025] 本发明的原理是采用高强度的（强度高于陶瓷型芯素坯成型的压力强度）预置金属型芯保证陶瓷型芯的顺利成型，采用电化学腐蚀方法使预置金属型芯能够柔和脱除且不破坏陶瓷型芯素坯，保证内嵌空腔结构陶瓷型芯的完整性。

[0026] 本发明提出了一种复杂内嵌空腔结构陶瓷型芯的制备工艺，首先制备用于形成内嵌空腔结构的具有一定强度的预置金属型芯，一定强度是指使预置金属型芯的强度高于陶瓷型芯素坯的成型压力强度，然后将预置金属型芯放入陶瓷型芯模具中；采用注射成型方式制备整体陶瓷型芯素坯；将预置金属型芯作为阳极，采用电解腐蚀方法脱除金属型芯，得到内嵌空腔结构的陶瓷型芯素坯；将陶瓷型芯素坯置入烧结炉中进行烧结，最后获得内嵌空腔结构的陶瓷型芯。

[0027] 具体工艺如下：

[0028] 1、制备与内嵌空腔结构完全对应相反结构的预置金属型芯，见图1；

[0029] 2、将预置金属型芯置入陶瓷型芯模具中；

[0030] 3、采用注射成型方式进行陶瓷型芯素坯成型，制备的陶瓷型芯素坯见图2；

[0031] 4、将陶瓷型芯素坯中的预置金属型芯作为阳极用电解腐蚀方法腐蚀掉；腐蚀去预置金属型芯的陶瓷型芯素坯见图3；

[0032] 5、将失去金属型芯的陶瓷型芯素坯装入氧化铝粉填料中进行焙烧，最后获得内嵌空腔结构的陶瓷型芯。

[0033] 预置金属型芯制备材料为普通碳素钢或铝合金。

[0034] 陶瓷型芯（陶瓷型芯成品）材料为二氧化硅基陶瓷材料或氧化铝基陶瓷材料。

[0035] 制备整体陶瓷型芯素坯时，陶瓷浆料成型采用注射成型的方式成型，成型压力为4-8MPa，注射时间为10-120秒，保压时间为10-120秒。

[0036] 预置金属型芯做为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为质量浓度10%-20%高氯酸的酒精溶液、10-20%草酸溶液或30-50%硝酸溶液，电解腐蚀电压为5-20伏特，电流为0.2-0.8安培，腐蚀时间为1-50小时。

[0037] 陶瓷型芯烧结用的填料为工业用氧化铝粉，粒度为100-300目。

[0038] 陶瓷型芯素坯脱蜡阶段采用缓慢升温方式升温，升温速度为0.5-2℃/分钟；脱蜡结束后，快速升温至烧结温度，升温速度为1-10℃/分钟；二氧化硅基陶瓷型芯烧结温度为1150℃-1190℃，氧化铝基陶瓷型芯烧结温度为1300℃-1450℃，保温时间均为3-10小时，然后炉冷至室温。

[0039] 陶瓷型芯烧结后，将陶瓷型芯浸入环氧树脂/聚酰胺的丙酮溶液中进行浸泡，环氧树脂/聚酰胺在丙酮溶液中的浓度为5-10%，环氧树脂与聚酰胺的质量比为1:1-2:1，浸泡时间为1-3小时，然后取出在空气中150℃条件下进行干燥，干燥时间1-3小时。

[0040] 实施例1

[0041] 制备与内嵌空间结构反对应结构的金属型芯，材料为普通碳素钢；选用二氧化硅基陶瓷粉料为陶瓷型芯材料；陶瓷浆料成型采用注射成型的方式成型，成型压力为4MPa，注射时间为20秒，保压时间为20秒；电解腐蚀过程中，金属型芯为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为浓度10%的高氯酸酒精溶液，腐蚀电压为5伏特，电流为0.2安培，腐蚀时间10小时；腐蚀结束后将陶瓷型芯素坯埋入填料粉中，填料为三氧化二铝粉末，粒度200目。陶瓷型芯素坯脱蜡阶段升温速度为0.5℃/分钟，升至500℃时，保温1小时；脱蜡工序结束后，升温至烧结温度对陶瓷型芯进行烧结，升温速度为3℃/分钟，烧结温度为1190℃，保温时间6小时，然后随炉冷却；冷却结束后对陶瓷型芯进行清理，然后将陶瓷型芯浸入环氧树脂/聚酰胺的丙酮溶液中，环氧树脂/聚酰胺在丙酮溶液中的浓度为5%，环氧树脂与聚酰胺的质量比例为2:1，浸泡时间为1小时，然后将陶瓷型芯在空气中150℃条件下进行干燥，干燥时间1小时，制得陶瓷型芯成品。

[0042] 实施例2

[0043] 制备与内嵌空间结构反对应结构的金属型芯，材料为铝合金；选用氧化铝基陶瓷粉料为陶瓷型芯材料；陶瓷浆料成型采用注射成型的方式成型，成型压力为4MPa，注射时间为20秒，保压时间为30秒；电解腐蚀过程中，金属型芯为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为浓度15%的高氯酸酒精溶液，腐蚀电压为5伏特，电流为0.2安培，腐蚀时间5小时；腐蚀结束后将陶瓷型芯素坯埋入填料粉中，填料为三氧化二铝粉末，粒度200目。陶瓷型芯素坯脱蜡阶段升温速度为0.5℃/分钟，升至500℃时，保温1小时；脱蜡工序结束后，升温至烧结温度对陶瓷型芯进行烧结，升温速度为5℃/分钟，烧结温度为1400℃，保温时间4小时，然后随炉冷却；冷却结束后对陶瓷型芯进行清理，然后将陶瓷型芯浸入环氧树脂/聚酰胺的丙酮溶液中，环氧树脂/聚酰胺在丙酮溶液中的浓度为5%，环氧树脂与聚酰胺的质量比例为2:1，浸泡时间为3小时，然后将陶瓷型芯在空气中150℃条件下进行干燥，干燥时间1小时，制得陶瓷型芯成品。

[0044] 实施例3

[0045] 制备与内嵌空间结构反对应结构的金属型芯，材料为铝合金；选用二氧化硅基陶瓷粉料为陶瓷型芯材料；陶瓷浆料成型采用注射成型的方式成型，成型压力为6MPa，注射时间为10秒，保压时间为10秒；电解腐蚀过程中，金属型芯为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为浓度15%的草酸溶液，腐蚀电压为6伏特，电流为0.4安培，腐蚀时间20小时；腐蚀结束后将陶瓷型芯素坯埋入填料粉中，填料为三氧化二铝粉末，粒度150目。陶瓷型芯素坯脱蜡阶段升温速度为0.8℃/分钟，升至500℃时，保温1小时；脱蜡工序结束后，升温至烧结温度对陶瓷型芯进行烧结，升温速度为5℃/分钟，烧结温度为1180℃，保温时间8小时，然后随炉冷却；冷却结束后对陶瓷型芯进行清理，然后将陶瓷型芯浸入环氧树脂/聚酰胺的丙酮溶液中，环氧树脂/聚酰胺在丙酮溶液中的浓度为8%，环氧树脂与聚酰胺的质量比例为1:1，浸泡时间为3小时，然后将陶瓷型芯在空气中150℃条件下进行干燥，干燥时间3小时，制得陶瓷型芯成品。

[0046] 实施例4

[0047] 制备与内嵌空间结构反对应结构的金属型芯，材料为普通碳素钢；选用二氧化硅基陶瓷粉料为陶瓷型芯材料；陶瓷浆料成型采用注射成型的方式成型，成型压力为5MPa，注射时间为10秒，保压时间为20秒；电解腐蚀过程中，金属型芯为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为浓度40%的硝酸溶液，腐蚀电压为5伏特，电流为0.6安培，腐蚀时间2小时；腐蚀结束后将陶瓷型芯素坯埋入填料粉中，填料为三氧化二铝粉末，粒度300目。陶瓷型芯素坯脱蜡阶段升温速度为0.6℃/分钟，升至500℃时，保温1小时；脱蜡工序结束后，升温至烧结温度对陶瓷型芯进行烧结，升温速度为8℃/分钟，烧结温度为1190℃，保温时间4小时，然后随炉冷却；冷却结束后对陶瓷型芯进行清理，然后将陶瓷型芯浸入环氧树脂/聚酰胺的丙酮溶液中，环氧树脂/聚酰胺在丙酮溶液中的浓度为10%，环氧树脂与聚酰胺的质量比例为2:1，浸泡时间为2小时，然后将陶瓷型芯在空气中150℃条件下进行干燥，干燥时间2小时，制得陶瓷型芯成品。

[0048] 实施例5

[0049] 制备与内嵌空间结构反对应结构的金属型芯，材料为普通碳素钢；选用二氧化硅基陶瓷粉料为陶瓷型芯材料；陶瓷浆料成型采用注射成型的方式成型，成型压力为8MPa，注射时间为120秒，保压时间为120秒；电解腐蚀过程中，金属型芯为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为浓度20%的高氯酸酒精溶液，腐蚀电压为20伏特，电流为0.8安培，腐蚀时间50小时；腐蚀结束后将陶瓷型芯素坯埋入填料粉中，填料为三氧化二铝粉末，粒度100目。陶瓷型芯素坯脱蜡阶段升温速度为2℃/分钟，升至500℃时，保温1小时；脱蜡工序结束后，升温至烧结温度对陶瓷型芯进行烧结，升温速度为1℃/分钟，烧结温度为1150℃，保温时间3小时，然后随炉冷却；冷却结束后对陶瓷型芯进行清理，然后将陶瓷型芯浸入环氧树脂/聚酰胺的丙酮溶液中，环氧树脂/聚酰胺在丙酮溶液中的浓度为6%，环氧树脂与聚酰胺的质量比例为1.5:1，浸泡时间为1小时，然后将陶瓷型芯在空气中150℃条件下进行干燥，干燥时间2小时，制得陶瓷型芯成品。

[0050] 实施例6

[0051] 制备与内嵌空间结构反对应结构的金属型芯，材料为普通碳素钢；选用氧化铝基陶瓷粉料为陶瓷型芯材料；陶瓷浆料成型采用注射成型的方式成型，成型压力为4MPa，注射时间为20秒，保压时间为30秒；电解腐蚀过程中，金属型芯为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为浓度10%的草酸溶液，腐蚀电压为10伏特，电流为0.6安培，腐蚀时间1小时；腐蚀结束后将陶瓷型芯素坯埋入填料粉中，填料为三氧化二铝粉末，粒度300目。陶瓷型芯素坯脱蜡阶段升温速度为0.5℃/分钟，升至500℃时，保温1小时；脱蜡工序结束后，升温至烧结温度对陶瓷型芯进行烧结，升温速度为5℃/分钟，烧结温度为1450℃，保温时间10小时，然后随炉冷却；冷却结束后对陶瓷型芯进行清理，然后将陶瓷型芯浸入环氧树脂/聚酰胺的丙酮溶液中，环氧树脂/聚酰胺在丙酮溶液中的浓度为5%，环氧树脂与聚酰胺的质量比例为1:1，浸泡时间为2小时，然后将陶瓷型芯在空气中150℃条件下进行干燥，干燥时间1小时，制得陶瓷型芯成品。

[0052] 实施例7

[0053] 制备与内嵌空间结构反对应结构的金属型芯，材料为普通碳素钢；选用氧化铝基陶瓷粉料为陶瓷型芯材料；陶瓷浆料成型采用注射成型的方式成型，成型压力为4MPa，注射时间为20秒，保压时间为30秒；电解腐蚀过程中，金属型芯为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为浓度30%的硝酸溶液，腐蚀电压为10伏特，电流为0.6安培，腐蚀时间5小时；腐蚀结束后将陶瓷型芯素坯埋入填料粉中，填料为三氧化二铝粉末，粒度100目。陶瓷型芯素坯脱蜡阶段升温速度为0.5℃/分钟，升至500℃时，保温1小时；脱蜡工序结束后，升温至烧结温度对陶瓷型芯进行烧结，升温速度为5℃/分钟，烧结温度为1300℃，保温时间6小时，然后随炉冷却；冷却结束后对陶瓷型芯进行清理，然后将陶瓷型芯浸入环氧树脂/聚酰胺的丙酮溶液中，环氧树脂/聚酰胺在丙酮溶液中的浓度为5%，环氧树脂与聚酰胺的质量比例为1:1，浸泡时间为2小时，然后将陶瓷型芯在空气中150℃条件下进行干燥，干燥时间1小时，制得陶瓷型芯成品。

[0054] 实施例8

[0055] 电解腐蚀过程中，金属型芯为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为浓度50%的硝酸溶液，其它条件同实施例7。

[0056] 实施例9

[0057] 电解腐蚀过程中，金属型芯为电解腐蚀的阳极，腐蚀液为浓度20%的草酸溶液，其它条件同实施例3。