CN105499480B - 一种高溃散性陶瓷型芯及其制备方法 - Google Patents

一种高溃散性陶瓷型芯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高溃散性陶瓷型芯，包括石英玻璃、矿化剂、粘结剂和增塑剂；a、所述石英玻璃为粉料，它为茎体材料；该石英玻璃粉料的粒度为150目～400目，该粉料是不同粒度石英玻璃粉料的混合物；b、所述矿化剂为硼酸；c、所述粘结剂为硅溶胶或硅酸乙脂；d、所述增塑剂为石蜡和聚乙烯的混合物。一种所述陶瓷型芯的制备方法，步骤包括：1)按配方比例把石英玻璃粉料、矿化剂和粘结剂混合搅拌；混合物的状态成砂团即可；2)把混好的物料进行干燥；3)完毕后进行球磨；4)把球磨好的粉料和增塑剂按比例配制好，制作成浆料；5)用浆料压制成型芯坯料；再送入焙烧炉中进行焙烧。本陶瓷型芯混坯成型好，强度高，具有良好的烧结性能，型芯浇注后具有良好的溃散性。

Description

一种高溃散性陶瓷型芯及其制备方法
技术领域
本技术方案属于材料技术领域，具体是一种用于熔模铸造领域的高溃散性陶瓷型芯及其制备方法。
背景技术
陶瓷型芯是制造熔模铸造空心铸件的转接件，其作用是形成空心铸件的内腔形状并与型壳共同保证铸件壁原的尺寸精度，随着熔模铸造朝着“精密，薄壁，无余量”方向的发展，陶瓷型芯的性能及工程可制性面临着严峻的挑战。目前，广泛应用于熔模铸造的陶瓷型芯主要有氧化硅茎和氧化铝茎陶瓷型芯两大类。氧化铝茎陶瓷型芯具有良好的高温性能及尺寸稳定性，但其脱芯困难，需要配置高温，高压设备，国内暂时没有环保高效的脱芯设备。硅茎型芯具有热膨胀系数小，易化学法脱出，投资小，见效快等优点，广泛应用于空心熔模铸件的生产。
陶瓷型芯是制造熔模空心铸件的关键技术瓶颈，陶瓷型芯制造工艺难度大，不仅要保证精密铸件内腔结构形状和设计尺寸的技术要求，还要具有高温的耐火度和强度，同时具有良好的铸件脱出性能(传统的硅茎陶瓷型芯的主要脱出方法为化学腐蚀法，都采用高浓度碱液在一定的温度和压力下才能完成)。
发明内容
本项技术针对等轴品空心铸件浇注及脱出要求，以石英玻璃粉为茎体材料，硼酸为矿化剂，创新性的引入粘结剂硅溶胶作为瘠性材料的塑化剂，采用合理的粒度汲配，制备出流动性较好的陶瓷型芯浆料，具体技术方案如下：
一种高溃散性陶瓷型芯，包括石英玻璃、矿化剂、粘结剂和增塑剂；
a、所述石英玻璃为粉料，它为茎体材料；该石英玻璃粉料的粒度为150目～400目，该粉料是不同粒度石英玻璃粉料的混合物，不同粒度分类所占比例为：400目的占50～65％，300目的占15～25％，200目的占5～10％，150目的是余量；
b、所述矿化剂为硼酸；硼酸用作矿化剂为固体，每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是5-15g；
c、所述粘结剂为硅溶胶或硅酸乙脂；每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是50-100ml；
d、所述增塑剂为石蜡和聚乙烯的混合物，其中聚乙烯的质量百分比为8％～18％，余量为石蜡；每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是120-180g。
优选1：
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占65％，300目的占20％，200目的占5％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是5g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是100ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是120g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为16％。
优选2：
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占62％，300目的占17％，200目的占7％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是8g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是90ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是140g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为18％。
优选3：
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占57％，300目的占25％，200目的占10％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是12g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是75ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是160g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为13％。
优选4：
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占50％，300目的占15％，200目的占8％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是15g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是50ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是180g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为8％。
一种上述陶瓷型芯的制备方法，步骤包括：
1)按配方比例把石英玻璃粉料、矿化剂和粘结剂混合搅拌；混合物的状态成砂团即可；
2)把混好的物料进行干燥；
3)完毕后进行球磨；
4)把球磨好的粉料和增塑剂按比例配制好，制作成浆料；
5)用浆料压制成型芯坯料，压制的压强是5～10MPa；再送入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为500℃～800℃，焙烧时间为240分钟～360分钟。
所述步骤2)中，把物料在真空环境中干燥，环境压强不大于0.08MPa，环境温度控制在30℃，保温120分钟；
所述步骤3)中，球磨的时间要求是120～180分钟。
所述步骤5)中：
压制的压强要求是6MPa；焙烧温度为500℃时焙烧60分钟、升温至600℃焙烧30分钟、升温至700℃焙烧30分钟、升温至800℃焙烧180分钟；
或者：压制的压强要求是10MPa；焙烧温度为500℃时焙烧60分钟、升温至700℃焙烧300分钟；
或者：压制的压强要求是8MPa；焙烧温度为500℃时焙烧40分钟、升温至600℃时焙烧30分钟、800℃时焙烧240分钟；
或者：压制的压强要求是5MPa；焙烧温度为500℃时焙烧120分钟、升温至700℃焙烧30分钟、800℃时焙烧200分钟。
与现有技术相比，本发明制备的陶瓷型芯混坯成型好，强度高，具有良好的烧结性能，能满足空心铸件浇注的要求，同时型芯浇注后具有良好的溃散性，可采用机械法脱芯。
具体实施方式：
下面结合具体实施方式对本技术方案进一步说明如下：
一种高溃散性陶瓷型芯，包括石英玻璃、矿化剂、粘结剂和增塑剂；
a、所述石英玻璃为粉料，它为茎体材料；该石英玻璃粉料的粒度为150目～400目，该粉料是不同粒度石英玻璃粉料的混合物，不同粒度分类所占比例为：400目的占50～65％，300目的占15～25％，200目的占5～10％，150目的是余量；
b、所述矿化剂为硼酸；硼酸用作矿化剂为固体，每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是5-15g；
c、所述粘结剂为硅溶胶或硅酸乙脂；每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是50-100ml；
d、所述增塑剂为石蜡和聚乙烯的混合物，其中聚乙烯的质量百分比为8％～18％，余量为石蜡；每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是120-180g。
一种上述陶瓷型芯的制备方法，步骤包括：
1)按配方比例把石英玻璃粉料、矿化剂和粘结剂混合搅拌；混合物的状态成砂团即可；
2)把混好的物料进行干燥；
3)完毕后进行球磨；
4)把球磨好的粉料和增塑剂按比例配制好，制作成浆料；
5)用浆料压制成型芯坯料，压制的压强是5～10MPa；再送入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为500℃～800℃，焙烧时间为240分钟～360分钟。
所述步骤2)中，把物料在真空环境中干燥，环境压强不大于0.08MPa，环境温度控制在30℃，保温120分钟；所述步骤3)中，球磨的时间要求是120～180分钟。
例1：
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占65％，300目的占20％，200目的占5％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是5g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是100ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是120g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为16％。
所述步骤5)中：压制的压强要求是6MPa；焙烧温度为500℃时焙烧60分钟、升温至600℃焙烧30分钟、升温至700℃焙烧30分钟、升温至800℃焙烧180分钟；
例2：
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占62％，300目的占17％，200目的占7％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是8g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是90ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是140g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为18％。
所述步骤5)中：压制的压强要求是10MPa；焙烧温度为500℃时焙烧60分钟、升温至700℃焙烧300分钟；
例3：
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占57％，300目的占25％，200目的占10％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是12g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是75ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是160g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为13％。
所述步骤5)中：压制的压强要求是8MPa；焙烧温度为500℃时焙烧40分钟、升温至600℃时焙烧30分钟、800℃时焙烧240分钟；
例4：
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占50％，300目的占15％，200目的占8％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是15g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是50ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是180g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为8％。
所述步骤5)中：或者：压制的压强要求是5MPa；焙烧温度为500℃时焙烧120分钟、升温至700℃焙烧30分钟、800℃时焙烧200分钟。
经过检测，型芯成型最薄尺寸可以达到0.3mm左右(其中例1可以达到0.27mm)；型芯烧结性能好，几乎不产生裂纹；使用过程中，型芯在浇注后冷却后,型芯表面产生龟裂，容易脱芯，可以保证方石英含量在60～80％之间。

Claims (8)

1.一种高溃散性陶瓷型芯，其特征是包括石英玻璃、矿化剂、粘结剂和增塑剂；
a、所述石英玻璃为粉料，它为茎体材料；该石英玻璃粉料的粒度为150目～400目，该粉料是不同粒度石英玻璃粉料的混合物，不同粒度分类所占比例为：400目的占50～65％，300目的占15～25％，200目的占5～10％，150目的是余量；
b、所述矿化剂为硼酸；硼酸用作矿化剂为固体，每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是5-15g；
c、所述粘结剂为硅酸乙脂；每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是50-100ml；
d、所述增塑剂为石蜡和聚乙烯的混合物，其中聚乙烯的质量百分比为8％～18％，余量为石蜡；每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是120-180g。
2.根据权利要求1所述的高溃散性陶瓷型芯，其特征是
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占65％，300目的占20％，200目的占5％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是5g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是100ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是120g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为16％。
3.根据权利要求1所述的高溃散性陶瓷型芯，其特征是
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占62％，300目的占17％，200目的占7％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是8g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是90ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是140g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为18％。
4.根据权利要求1所述的高溃散性陶瓷型芯，其特征是
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占57％，300目的占25％，200目的占10％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是12g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是75ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是160g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为13％。
5.根据权利要求1所述的高溃散性陶瓷型芯，其特征是
a、石英玻璃粉料中，不同粒度分类所占比例为：400目的占50％，300目的占15％，200目的占8％，150目的是余量；
b、所述矿化剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的矿化剂的用量是15g；
c、所述粘结剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的粘结剂的用量是50ml；
d、所述增塑剂的用量为：每1kg石英玻璃粉料对应的增塑剂的用量是180g；增塑剂中聚乙烯的质量百分比为8％。
6.一种权利要求1所述陶瓷型芯的制备方法，其特征是步骤包括：
1)按配方比例把石英玻璃粉料、矿化剂和粘结剂混合搅拌；混合物的状态成砂团即可；
2)把混好的物料进行干燥；
3)完毕后进行球磨；
4)把球磨好的粉料和增塑剂按比例配制好，制作成浆料；
5)用浆料压制成型芯坯料，压制的压强是5～10MPa；再送入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为500℃～800℃，焙烧时间为240分钟～360分钟。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是
所述步骤2)中，把物料在真空环境中干燥，环境压强不大于0.08MPa，环境温度控制在30℃，保温120分钟；
所述步骤3)中，球磨的时间要求是120～180分钟。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是所述步骤5)中：
压制的压强要求是6MPa；焙烧温度为500℃时焙烧60分钟、升温至600℃焙烧30分钟、升温至700℃焙烧30分钟、升温至800℃焙烧180分钟；
或者：压制的压强要求是10MPa；焙烧温度为500℃时焙烧60分钟、升温至700℃焙烧300分钟；
或者：压制的压强要求是8MPa；焙烧温度为500℃时焙烧40分钟、升温至600℃时焙烧30分钟、800℃时焙烧240分钟；
或者：压制的压强要求是5MPa；焙烧温度为500℃时焙烧120分钟、升温至700℃焙烧30分钟、800℃时焙烧200分钟。
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