CN116020977B - 一种多层壁结构陶瓷型芯及其制备方法 - Google Patents
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明提供了一种多层壁结构陶瓷型芯，由陶瓷粉料、溶胶和增塑剂制备得到：所述增塑剂由62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡、42#全精炼石蜡、微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠、有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土、油酞肌氨酸十八胺盐和纳米二氧化硅制备得到。本申请还提供了多层壁结构陶瓷型芯的制备方法。本申请通过控制陶瓷型芯的配方和制备工艺，制备出一种增韧型多层壁结构陶瓷型芯，该材料强度高、韧性好，充型性能优良，能够在不同尺寸多层壁结构陶瓷型芯制备中应用，制备的多层壁结构陶瓷型芯具有尺寸精度高、变形量小、强度高以及韧性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及精密铸造技术领域，尤其涉及一种多层壁结构陶瓷型芯及其制备方法。
背景技术
先进航空发动机最关键的热端部件是涡轮叶片，为了提高航空发动机的推重比，涡轮叶片的工作温度不断提高，为了提高冷却效率进一步提高涡轮叶片前端温度，在先进的燃气涡轮叶片中都采用空气冷却结构。涡轮工作叶片和导向叶片在航空发动机中工作环境最为恶劣，在工作状态下涡轮叶片要受到极大的离心力的作用和气流的极大冲击。在高负荷，高温度环境中采用气冷空心叶片技术、气膜冷却技术、多层壁叶片冲击冷却和热障涂层技术能够有效提高空心叶片的承温能力使叶片具有更低的热应力。先进航空叶片用多层壁结构陶瓷型芯是叶片制备过程中形成复杂空心结构的关键部件，多层壁结构陶瓷型芯的物理、化学性能以及尺寸精度是直接影响空心叶片的制造成本和产品质量的关键因素。
作为熔模精密铸造中的多层壁结构陶瓷型芯，在叶片浇注和凝固过程中除承受高温和多种复杂应力的作用外，还受到高温金属液的浸蚀，这些对陶瓷型芯技术提出巨大的挑战。多层壁结构陶瓷型芯的强度、韧性、尺寸精度、收缩率以及变形情况直接影响到叶片铸件的内腔完整性、壁厚尺寸和内腔水、气流量情况。
多层壁结构陶瓷型芯是由增塑剂材料、石英玻璃粉以及矿化剂材料制备而成，其中高性能增塑剂材料起到溶剂的作用是多层壁结构陶瓷型芯成型过程中的关键材料。目前现有的陶瓷型芯原材料在制备陶瓷型芯过程中，由于增塑剂的使用温度较高，陶瓷型芯采用热压铸成型后冷却过程中收缩率较大，尺寸精度无法保证。同时由于陶瓷浆料温度较高，陶瓷型芯热压铸成型后，陶瓷型芯处于较高的温度，取模过程中易发生变形，形状精度无法保证。多层壁结构陶瓷型芯对强度和韧性要求更为苛刻，常规的增塑剂制备多层壁结构陶瓷型芯湿态坯体由于强度和韧性较低，在水溶清洗过程中极易发生变形和断裂，烧结后的多层壁结构陶瓷型芯由于韧性较低，修芯和使用过程中也极易发生断裂。与此同时，多层壁结构叶片浇注环境极为苛刻，多层壁结构陶瓷型芯若强度和韧性不足，在高温浇注过程中极易发生变形和断裂，导致叶片漏芯和偏芯。因此，开发一种高性能增塑剂增韧多层壁结构陶瓷型芯的方法意义重大。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种多层壁结构陶瓷型芯，其具有较高的强度和韧性。
有鉴于此，本申请提供了一种多层壁结构陶瓷型芯，由以下原料制备得到：陶瓷粉料75～85wt％、溶胶1～5wt％、增塑剂10～24wt％；所述增塑剂由62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡、42#全精炼石蜡、微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠、有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土、油酞肌氨酸十八胺盐和纳米二氧化硅制备得到。
优选的，所述陶瓷粉料由以下原料制备得到：石英玻璃粉80～98wt％、矿化剂2～20wt％。
优选的，所述矿化剂选自氧化铝粉、莫来石粉和硅酸锆粉中的一种或多种。
优选的，所述溶胶选自硅溶胶、铝溶胶和钇溶胶中的一种或多种。
优选的，所述增塑剂由以下原料制备得到：62#全精炼石蜡10％～30％，58#全精炼石蜡10％～35％，48#全精炼石蜡5％～30％，42#全精炼石蜡5％～10％，微晶蜡5％～10％，粘结蜡3％～8％，棕榈酸1％～15％，硬脂酸1％～12％，低密度聚乙烯0.1％～3％，乙烯-醋酸乙烯共聚物0.1％～5％，十二烷基苯磺酸钠0.5％～1.5％，有机短切纤维0.1％～5％，无机短切纤维0.1％～6％，石墨粉0.5％～4％，膨润土0.1％～3％，油酞肌氨酸十八胺盐0.1％～3％，纳米二氧化硅0.1％～5％。
优选的，所述有机短切纤维为0.1～0.5mm的碳纤维、尼龙纤维和棉纤维中的一种；所述无机短切纤维为0.1～0.5mm的石英玻璃纤维、莫来石纤维和氧化铝纤维中的一种。
优选的，所述增塑剂的制备方法具体为：
按照比例将62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡和42#全精炼石蜡混合，加热熔化，得到石蜡混合物；
将微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠和油酞肌氨酸十八铵盐溶于所述石蜡混合物中，再加入有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土和纳米二氧化硅，混合，得到增塑剂。
本申请还提供了所述的多层壁结构陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：
将增塑剂加热熔化后加入溶胶，得到初始混合物；
将所述初始混合物和陶瓷粉料混合，得到混合物；
将所述混合物压制，得到多层壁结构陶瓷型芯坯体；
将所述多层壁结构陶瓷型芯坯体进行水溶，干燥后进行焙烧，得到多层壁结构陶瓷型芯。
优选的，所述加热熔化的温度为80～120℃；所述陶瓷粉料的加料速度为1～5kg/30min，搅拌速度为30～50r/min；所述混合后继续搅拌10～20h，抽真空搅拌1～3h，真空度＜0.08MPa。
优选的，所述压制的过程中，料温为50～100℃，压力为3.0～8.0MPa，保压时间为30～60s；所述焙烧的温度为1200～1500℃，时间为1～5h。
本申请提供了一种多层壁结构陶瓷型芯，其由陶瓷粉料、溶胶和增塑剂制备得到，且增塑剂由62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡、42#全精炼石蜡、微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠、有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土、油酞肌氨酸十八胺盐和纳米二氧化硅制备得到；本申请提供的多层壁结构陶瓷型芯通过加入上述组分，尤其是加入上述特定成分的增塑剂，使得到的多层壁结构陶瓷型芯能够在较低温度下成型，最大限度的降低冷却收缩率和变形情况，保证形状尺寸精度，高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯湿态坯体和烧结态型芯均具有较高的强度和韧性，可以最大程度的降低变形和裂纹的发生。进一步的，本申请多层壁结构陶瓷型芯的制备方法进一步保证了材料的强度、韧性和充型性能。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
鉴于多层壁结构陶瓷型芯的性能需求，本申请提供了一种多层壁结构陶瓷型芯，其通过原料及其配比的调控，使得到的型芯能够在较低温度下成型，最大限度的降低冷却收缩率和变形情况，保证形状尺寸精度，湿态坯体和烧结态型芯均具有较高的强度和韧性，可以最大程度的降低变形和裂纹的发生，对制备多层壁结构叶片具有重要意义。具体的，本发明实施例公开了一种多层壁结构陶瓷型芯，由以下原料制备得到：陶瓷粉料75～85wt％、溶胶1～5wt％、增塑剂10～24wt％；所述增塑剂由62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡、42#全精炼石蜡、微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠、有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土、油酞肌氨酸十八胺盐和纳米二氧化硅制备得到。
在多层壁结构陶瓷型芯中，所述陶瓷粉料具体是由石英玻璃粉80～98wt％、矿化剂2～20wt％制备得到；更具体的，所述石英玻璃粉的含量为85～95wt％，所述矿化剂的含量为5～15wt％。所述陶瓷粉体的含量为75～85wt％，更具体的，所述陶瓷粉体的含量为78～83wt％。其中，所述矿化剂选自氧化铝粉、莫来石粉和硅酸锆粉中的一种或多种。
所述溶胶的含量为1～5wt％，具体的，所述溶胶的含量为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％。所述溶胶可选自硅溶胶、铝溶胶和钇溶胶中的一种或多种。
所述增塑剂的含量为10～24wt％，具体的，所述增塑剂的含量为13～20wt％。本申请中，所述增塑剂具体由以下原料制备得到：62#全精炼石蜡10％～30％，58#全精炼石蜡10％～35％，48#全精炼石蜡5％～30％，42#全精炼石蜡5％～10％，微晶蜡5％～10％，粘结蜡3％～8％，棕榈酸1％～15％，硬脂酸1％～12％，低密度聚乙烯0.1％～3％，乙烯-醋酸乙烯共聚物0.1％～5％，十二烷基苯磺酸钠0.5％～1.5％，有机短切纤维0.1％～5％，无机短切纤维0.1％～6％，石墨粉0.5％～4％，膨润土0.1％～3％，油酞肌氨酸十八胺盐0.1％～3％，纳米二氧化硅0.1％～5％；其中，所述有机短切纤维为0.1～0.5mm的碳纤维、尼龙纤维和棉纤维中的一种；所述无机短切纤维为0.1～0.5mm的石英玻璃纤维、莫来石纤维和氧化铝纤维中的一种。本申请提供的增塑剂通过加入溶剂、溶质、表面活性剂、有机纤维、无机添加剂、无机纤维和增润剂等添加剂，使其应用于型芯具有较好的增韧效果。所述增塑剂的制备方法具体为：
按照比例将62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡和42#全精炼石蜡混合，加热熔化，得到石蜡混合物；
将微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠和油酞肌氨酸十八铵盐溶于所述石蜡混合物中，再加入有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土和纳米二氧化硅，混合，得到增塑剂。
在上述增塑剂的制备过程中，所述熔化的温度为80～120℃，在熔化之后继续搅拌，所述搅拌的转速为20～50r/min，时间为20～40min。
按照本发明，然后按照比例依次加入微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠和油酞肌氨酸十八铵盐继续搅拌150～180min，使上述高分子有机物完全溶于液态石蜡混合物中，搅拌结束后，再依次加入有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土和纳米二氧化硅，搅拌240～360min，使无机物均匀分散于上述液体中，搅拌结束后，继续抽真空搅拌1～2h，真空度达到0.08MPa以下，使上述无机添加剂充分润湿，得到增塑剂。
本申请还提供了多层壁结构陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：
将增塑剂加热熔化后加入溶胶，得到初始混合物；
将所述初始混合物和陶瓷粉料混合，得到混合物；
将所述混合物压制，得到多层壁结构陶瓷型芯坯体；
将所述多层壁结构陶瓷型芯坯体进行水溶，干燥后进行焙烧，得到多层壁结构陶瓷型芯。
在多层壁结构陶瓷型芯的制备过程中，首先将增塑剂加热熔化，再加入溶胶，得到初始混合物；所述加热熔化的温度为80～120℃，更具体为85～100℃；所述溶胶加入后开启搅拌，转速为20～50r/min，时间为2～5h；更具体的，所述转速为30～40r/min，时间为3～4h。
本申请然后将所述初始混合物和陶瓷粉混合，得到混合物；所述陶瓷粉以1～5kg/30min的加料速度加入，搅拌速度为30～50r/min，具体的，所述陶瓷粉以2～4kg/30min的加料速度加入，搅拌速度为35～45r/min；所述混合后继续搅拌10～20h，抽真空搅拌1～3h，真空度＜0.08MPa。本申请提供的上述混料方法有助于原料的完全溶解和混匀。
按照本发明，然后将所述混合物压制，得到多层壁结构陶瓷型芯坯体；所述压制的过程具体为：将所述混合物熔化，使用陶瓷型芯热压注机按以下技术参数采用提前放置好水溶芯的模具压制不同形状的多层壁结构陶瓷型芯坯体，料温50℃～100℃，压力3.0MPa～8.0MPa，注射时间为5s～30s，保压时间为430s～60s；具体的，所述料温60℃～95℃，压力3.0MPa～6.5MPa，注射时间为5s～20s，保压时间为45s～60s。
本申请最后将多层壁结构陶瓷型芯坯体进行水溶，干燥后进行焙烧，得到多层壁结构陶瓷型芯；在此过程中，所述焙烧的温度为1200～1500℃，时间为1～5h；更具体的，所述焙烧的温度为1200～1250℃，时间为3～5h。
本发明提供了一种多层壁结构陶瓷型芯，其通过控制原材料的种类、配比以及制备方法，使得到的多层壁结构陶瓷型芯具有较高的强度和韧性，在湿态坯体压制成型后水溶、清洗、搬运、修整、造型过程中可以有效降低裂纹的萌生和扩展，降低多层壁结构陶瓷型芯湿态坯体的变形和开裂；烧结后的多层壁结构陶瓷型芯由于具有较高的强度和韧性，在修芯和使用过程中能够降低型芯裂纹的发生，大幅提高型芯成品合格率。
多层壁结构单晶叶片浇注环境极为苛刻，本发明所制备的增韧型多层壁结构陶瓷型芯由于具有较高的强度和韧性，能够降低高温浇注过程中发生的变形和断裂，解决了叶片浇注漏芯和偏芯的问题，是制备多层壁结构叶片的关键技术。
与此同时，本发明提供的多层壁结构陶瓷型芯的方法，可以使陶瓷粉料、溶胶与增塑剂具有良好的润湿性能，大幅提高多层壁结构陶瓷型芯充型性能，能够很好的制备出最薄0.2mm的多层壁结构陶瓷型芯。本发明多层壁结构陶瓷型芯制备温度较低，在60℃～95℃之间进行压制成型，传统的方法需在100℃以上进行压制，在较低的温度下进行压制陶瓷型芯能够减少陶瓷型芯素坯的收缩率和变形情况，可最大程度保证陶瓷型芯的形状和尺寸精度，能够有效满足多层壁结构叶片的尺寸精度要求。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的多层壁结构陶瓷型芯及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
1)高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯，其成分配比为(重量百分比)：陶瓷粉料75％，溶胶1％，高性能增塑剂24％；
2)所述的陶瓷粉料由以下重量百分比的原料制成：石英玻璃粉为80％，矿化剂为20％；其中所述的矿化剂为氧化铝粉；
3)所述的溶胶为硅溶胶；
4)所述高性能增塑剂由以下重量百分比的原料制成：62#全精炼石蜡10％，58#全精炼石蜡35％，48#全精炼石蜡5％，42#全精炼石蜡10％，微晶蜡5％，粘结蜡3％，棕榈酸1％，硬脂酸12％，低密度聚乙烯0.1％，乙烯-醋酸乙烯共聚物0.1％，十二烷基苯磺酸钠0.5％，有机短切纤维0.8％，无机短切纤维6％，石墨粉0.5％，膨润土3％，油酞肌氨酸十八胺盐3％，纳米二氧化硅5％；其中所述的有机短切纤维为长度为0.1mm的碳纤维，其中所述的无机短切纤维为长度为0.5mm的石英玻璃纤维；
5)制备高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯的具体步骤为：
a)制备高性能增塑剂，按比例称取62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡、42#全精炼石蜡，将上述石蜡放入真空搅拌机中加热融化，温度设定为85℃，待石蜡完全融化后，打开搅拌，20r/min，搅拌30min；搅拌完成后，依次加入按比例称取的微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠、油酞肌氨酸十八胺盐，继续搅拌150min，使高分子有机物完全溶于液态石蜡中；搅拌结束后，依次加入按比例称取的有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土、纳米二氧化硅，继续搅拌240min，使无机物均匀分散于液体中；搅拌结束后，继续抽真空搅拌1h，真空度达到0.08MPa以下，使无机添加剂充分润湿，倒出高性能增塑剂，冷却备用；
b)按比例称取石英玻璃粉和矿化剂，加入V型混粉机中，混合2h，出粉，备用；
c)按比例称取高性能增塑剂，放入真空搅拌机中加热融化，温度设定为85℃，待高性能增塑剂完全融化后，加入按比例称取的溶胶，打开搅拌，30r/min，搅拌3h；
d)上述搅拌完成后，以2kg/30min的加料速度，边搅拌边加入混合好的陶瓷粉料，搅拌速度为45r/min，粉料全部加完后继续搅拌15h，抽真空搅拌1h，真空度达到0.08MPa以下，倒出浆料，冷却备用；
e)把上述料锭融化，使用陶瓷型芯热压注机按以下技术参数采用提前放置好水溶芯的模具压制不同形状的多层壁结构陶瓷型芯坯体，料温60℃，压力3.0MPa，注射时间为5s，保压时间为45s；
f)将多层壁结构陶瓷型芯坯体进行水溶，清洗，晾干；
g)将晾干后的多层壁结构陶瓷型芯坯体埋入莫来石填料中，经终烧温度为1200℃高温焙烧5h，制得增韧型多层壁结构陶瓷型芯。
经检测，本实施例制备的增韧型多层壁结构陶瓷型芯经测试烧结收缩率为0.6％，室温强度为42MPa，显气孔率为25.0％，能够满足相应使用要求。
实施例2
1)高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯，其成分配比为(重量百分比)：陶瓷粉料85％，溶胶1％，高性能增塑剂14％；
2)所述的陶瓷粉料由以下重量百分比的原料制成：石英玻璃粉为98％，矿化剂为2％；其中所述的矿化剂为莫来石粉；
3)所述的溶胶为铝溶胶。
4)所述的高性能增塑剂由以下重量百分比的原料制成：62#全精炼石蜡17.1％，58#全精炼石蜡10％，48#全精炼石蜡15％，42#全精炼石蜡5％，微晶蜡10％，粘结蜡8％，棕榈酸15％，硬脂酸1％，低密度聚乙烯3％，乙烯-醋酸乙烯共聚物5％，十二烷基苯磺酸钠1.5％，有机短切纤维5％，无机短切纤维0.1％，石墨粉4％，膨润土0.1％，油酞肌氨酸十八胺盐0.1％，纳米二氧化硅0.1％；其中所述的有机短切纤维为长度为0.5mm的尼龙纤维，所述的无机短切纤维为长度为0.1mm的莫来石纤维；
5)制备高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯的具体步骤为：
a)制备高性能增塑剂，按比例称取62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡、42#全精炼石蜡，将上述石蜡放入真空搅拌机中加热融化，温度设定为120℃，待石蜡完全融化后，打开搅拌，45r/min，搅拌30min；搅拌完成后，依次加入按比例称取的微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠、油酞肌氨酸十八胺盐，继续搅拌180min，使高分子有机物完全溶于液态石蜡中；搅拌结束后，依次加入按比例称取的有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土、纳米二氧化硅，继续搅拌360min，使无机物均匀分散于液体中；搅拌结束后，继续抽真空搅拌2h，真空度达到0.08MPa以下，使无机添加剂充分润湿，倒出高性能增塑剂，冷却备用；
b)按比例称取石英玻璃粉和矿化剂，加入V型混粉机中，混合2h，出粉，备用；
c)按比例称取高性能增塑剂，放入真空搅拌机中加热融化，温度设定为120℃，待高性能增塑剂完全融化后，加入按比例称取的溶胶，打开搅拌，30r/min，搅拌3h；
d)上述搅拌完成后，以2kg/30min的加料速度，边搅拌边加入混合好的陶瓷粉料，搅拌速度为45r/min，粉料全部加完后继续搅拌15h，抽真空搅拌1h，真空度达到0.08MPa以下，倒出浆料，冷却备用；
e)把上述料锭融化，使用陶瓷型芯热压注机按以下技术参数采用提前放置好水溶芯的模具压制不同形状的多层壁结构陶瓷型芯坯体，料温95℃，压力6.5MPa，注射时间为20s，保压时间为60s；
f)将多层壁结构陶瓷型芯坯体进行水溶，清洗，晾干；
g)将晾干后的多层壁结构陶瓷型芯坯体埋入莫来石填料中，经终烧温度为1240℃高温焙烧3h，制得增韧型多层壁结构陶瓷型芯。
经检测，本实施例制备的增韧型多层壁结构陶瓷型芯经测试烧结收缩率为0.2％，室温强度为45MPa，显气孔率为28.0％，能够满足相应使用要求。
实施例3
1)高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯，其成分配比为(重量百分比)：陶瓷粉料78％，溶胶5％，高性能增塑剂17％；
2)所述的陶瓷粉料由以下重量百分比的原料制成：石英玻璃粉为90％，矿化剂为10％；其中所述的矿化剂为硅酸锆粉；
3)所述的溶胶为钇溶胶。
4)所述的高性能增塑剂由以下重量百分比的原料制成：62#全精炼石蜡30％，58#全精炼石蜡12％，48#全精炼石蜡18.9％，42#全精炼石蜡7％，微晶蜡7％，粘结蜡5％，棕榈酸2％，硬脂酸2％，低密度聚乙烯2％，乙烯-醋酸乙烯共聚物2％，十二烷基苯磺酸钠1％，有机短切纤维0.1％，无机短切纤维3％，石墨粉2％，膨润土1.5％，油酞肌氨酸十八胺盐1.5％，纳米二氧化硅3％；其中所述的有机短切纤维为长度为0.3mm的棉纤维，其中所述的无机短切纤维为长度为0.3mm的氧化铝纤维；
5)制备高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯的具体步骤为：
a)制备高性能增塑剂，按比例称取62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡、42#全精炼石蜡，将上述石蜡放入真空搅拌机中加热融化，温度设定为100℃，待石蜡完全融化后，打开搅拌，30r/min，搅拌30min；搅拌完成后，依次加入按比例称取的微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠、油酞肌氨酸十八胺盐，继续搅拌160min，使高分子有机物完全溶于液态石蜡中；搅拌结束后，依次加入按比例称取的有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土、纳米二氧化硅，继续搅拌300min，使无机物均匀分散于液体中；搅拌结束后，继续抽真空搅拌1.5h，真空度达到0.08MPa以下，使无机添加剂充分润湿，倒出高性能增塑剂，冷却备用；
b)按比例称取石英玻璃粉和矿化剂，加入V型混粉机中，混合2h，出粉，备用；
c)按比例称取高性能增塑剂，放入真空搅拌机中加热融化，温度设定为100℃，待高性能增塑剂完全融化后，加入按比例称取的溶胶，打开搅拌，30r/min，搅拌3h；
d)上述搅拌完成后，以2kg/30min的加料速度，边搅拌边加入混合好的陶瓷粉料，搅拌速度为45r/min，粉料全部加完后继续搅拌15h，抽真空搅拌1h，真空度达到0.08MPa以下，倒出浆料，冷却备用；
e)把上述料锭融化，使用陶瓷型芯热压注机按以下技术参数采用提前放置好水溶芯的模具压制不同形状的多层壁结构陶瓷型芯坯体，料温70℃，压力4.0MPa，注射时间为10s，保压时间为50s；
f)将多层壁结构陶瓷型芯坯体进行水溶，清洗，晾干；
g)将晾干后的多层壁结构陶瓷型芯坯体埋入莫来石填料中，经终烧温度为1220℃高温焙烧4h，制得增韧型多层壁结构陶瓷型芯。
经检测，本实施例制备的增韧型多层壁结构陶瓷型芯经测试烧结收缩率为0.5％，室温强度为44MPa，显气孔率为27.0％，能够满足相应使用要求。
实施例4
1)高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯，其成分配比为(重量百分比)：陶瓷粉料80％，溶胶3％，高性能增塑剂17％；
2)所述的陶瓷粉料由以下重量百分比的原料制成：石英玻璃粉为90％，矿化剂为10％；其中所述的矿化剂为硅酸锆粉；
3)所述的溶胶为钇溶胶；
4)所述的高性能增塑剂由以下重量百分比的原料制成：62#全精炼石蜡18.9％，58#全精炼石蜡12％，48#全精炼石蜡30％，42#全精炼石蜡7％，微晶蜡7％，粘结蜡5％，棕榈酸2％，硬脂酸2％，低密度聚乙烯2％，乙烯-醋酸乙烯共聚物2％，十二烷基苯磺酸钠1％，有机短切纤维0.1％，无机短切纤维3％，石墨粉2％，膨润土1.5％，油酞肌氨酸十八胺盐1.5％，纳米二氧化硅3％；其中所述的有机短切纤维为长度为0.3mm的棉纤维，所述的无机短切纤维为长度为0.3mm的氧化铝纤维；
5)制备高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯的具体步骤为：
a)制备高性能增塑剂，按比例称取62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡、42#全精炼石蜡，将上述石蜡放入真空搅拌机中加热融化，温度设定为100℃，待石蜡完全融化后，打开搅拌，30r/min，搅拌30min；搅拌完成后，依次加入按比例称取的微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠、油酞肌氨酸十八胺盐，继续搅拌160min，使高分子有机物完全溶于液态石蜡中；搅拌结束后，依次加入按比例称取的有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土、纳米二氧化硅，继续搅拌300min，使无机物均匀分散于液体中；搅拌结束后，继续抽真空搅拌1.5h，真空度达到0.08MPa以下，使无机添加剂充分润湿，倒出高性能增塑剂，冷却备用；
b)按比例称取石英玻璃粉和矿化剂，加入V型混粉机中，混合2h，出粉，备用；
c)按比例称取高性能增塑剂，放入真空搅拌机中加热融化，温度设定为100℃，待高性能增塑剂完全融化后，加入按比例称取的溶胶，打开搅拌，30r/min，搅拌3h；
d)上述搅拌完成后，以2kg/30min的加料速度，边搅拌边加入混合好的陶瓷粉料，搅拌速度为45r/min，粉料全部加完后继续搅拌15h，抽真空搅拌1h，真空度达到0.08MPa以下，倒出浆料，冷却备用；
e)把上述料锭融化，使用陶瓷型芯热压注机按以下技术参数采用提前放置好水溶芯的模具压制不同形状的多层壁结构陶瓷型芯坯体，料温70℃，压力4.0MPa，注射时间为10s，保压时间为50s；
f)将多层壁结构陶瓷型芯坯体进行水溶，清洗，晾干；
g)将晾干后的多层壁结构陶瓷型芯坯体埋入莫来石填料中，经终烧温度为1220℃高温焙烧4h，制得增韧型多层壁结构陶瓷型芯。
经检测，本实施例增韧型多层壁结构陶瓷型芯经测试烧结收缩率为0.4％，室温强度为41MPa，显气孔率为27.5％，能够满足相应使用要求。
对比例1
1)高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯，其成分配比为(重量百分比)：陶瓷粉料78％，溶胶5％，高性能增塑剂17％；
2)所述的陶瓷粉料由以下重量百分比的原料制成：石英玻璃粉为90％，矿化剂为10％；其中所述的矿化剂为硅酸锆粉；
3)所述的溶胶为钇溶胶；
4)所述的高性能增塑剂由以下重量百分比的原料制成：62#全精炼石蜡30％，58#全精炼石蜡12％，48#全精炼石蜡18.9％，42#全精炼石蜡13.1％，微晶蜡7％，粘结蜡5％，棕榈酸2％，硬脂酸2％，低密度聚乙烯2％，乙烯-醋酸乙烯共聚物2％，膨润土1.5％，油酞肌氨酸十八胺盐1.5％，纳米二氧化硅3％；
5)制备高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯的具体步骤为：
a)制备高性能增塑剂，按比例称取62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡、42#全精炼石蜡，将上述石蜡放入真空搅拌机中加热融化，温度设定为100℃，待石蜡完全融化后，打开搅拌，30r/min，搅拌30min；搅拌完成后，依次加入按比例称取的微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、油酞肌氨酸十八胺盐，继续搅拌160min，使高分子有机物完全溶于液态石蜡中；搅拌结束后，依次加入按比例称取的膨润土、纳米二氧化硅，继续搅拌300min，使无机物均匀分散于液体中；搅拌结束后，继续抽真空搅拌1.5h，真空度达到0.08MPa以下，使无机添加剂充分润湿，倒出高性能增塑剂，冷却备用；
b)按比例称取石英玻璃粉和矿化剂，加入V型混粉机中，混合2h，出粉，备用；
c)按比例称取高性能增塑剂，放入真空搅拌机中加热融化，温度设定为100℃，待高性能增塑剂完全融化后，加入按比例称取的溶胶，打开搅拌，30r/min，搅拌3h；
d)上述搅拌完成后，以2kg/30min的加料速度，边搅拌边加入混合好的陶瓷粉料，搅拌速度为45r/min，粉料全部加完后继续搅拌15h，抽真空搅拌1h，真空度达到0.08MPa以下，倒出浆料，冷却备用；
e)把上述料锭融化，使用陶瓷型芯热压注机按以下技术参数采用提前放置好水溶芯的模具压制不同形状的多层壁结构陶瓷型芯坯体，料温70℃，压力4.0MPa，注射时间为10s，保压时间为50s；
f)将多层壁结构陶瓷型芯坯体进行水溶，清洗，晾干；
g)将晾干后的多层壁结构陶瓷型芯坯体埋入莫来石填料中，经终烧温度为1220℃高温焙烧4h，制得增韧型多层壁结构陶瓷型芯；
经检测，本实施例制备的增韧型多层壁结构陶瓷型芯经测试烧结收缩率为1.8％，室温强度为7MPa，显气孔率为32.0％，无法满足相应使用要求。
对比例2
1)高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯，其成分配比为(重量百分比)，陶瓷粉料78％，溶胶5％，高性能增塑剂17％；
2)所述的陶瓷粉料由以下重量百分比的原料制成，石英玻璃粉为90％，矿化剂为10％；其中所述的矿化剂为硅酸锆粉；
3)所述的溶胶为钇溶胶；
4)所述的高性能增塑剂由以下重量百分比的原料制成：62#全精炼石蜡30％，58#全精炼石蜡12％，48#全精炼石蜡18.9％，42#全精炼石蜡7％，微晶蜡7％，粘结蜡5％，棕榈酸2％，硬脂酸2％，低密度聚乙烯2％，乙烯-醋酸乙烯共聚物2％，十二烷基苯磺酸钠1％，有机短切纤维0.1％，无机短切纤维3％，石墨粉2％，膨润土1.5％，油酞肌氨酸十八胺盐1.5％，纳米二氧化硅3％；其中所述的有机短切纤维为长度为0.3mm的棉纤维，其中所述的无机短切纤维为长度为0.3mm的氧化铝纤维；
5)制备高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯的具体步骤为：
a)制备高性能增塑剂，按比例称取步骤4)所述的各种原材料，将所有材料直接混合后加入真空搅拌机中加热融化，温度设定为100℃，打开搅拌，30r/min，搅拌300min，搅拌结束后，继续抽真空搅拌1.5h，真空度达到0.08MPa以下，倒出高性能增塑剂，冷却备用；
b)按比例称取石英玻璃粉和矿化剂，加入V型混粉机中，混合2h，出粉，备用；
c)按比例称取高性能增塑剂，放入真空搅拌机中加热融化，温度设定为100℃，待高性能增塑剂完全融化后，加入按比例称取的溶胶，打开搅拌，30r/min，搅拌3h；
d)上述搅拌完成后，以2kg/30min的加料速度，边搅拌边加入混合好的陶瓷粉料，搅拌速度为45r/min，粉料全部加完后继续搅拌15h，抽真空搅拌1h，真空度达到0.08MPa以下，倒出浆料，冷却备用；
e)把上述料锭融化，使用陶瓷型芯热压注机按以下技术参数采用提前放置好水溶芯的模具压制不同形状的多层壁结构陶瓷型芯坯体，料温70℃，压力4.0MPa，注射时间为10s，保压时间为50s；
f)将多层壁结构陶瓷型芯坯体进行水溶，清洗，晾干；
g)将晾干后的多层壁结构陶瓷型芯坯体埋入莫来石填料中，经终烧温度为1220℃高温焙烧4h，制得增韧型多层壁结构陶瓷型芯。
经检测，本实施例制备的增韧型多层壁结构陶瓷型芯经测试烧结收缩率为1.9％，室温强度为5MPa，显气孔率为35.0％，无法满足相应使用要求。
实施例结果表明，本发明的材料和方法是通过控制高性能增塑剂增韧的多层壁结构陶瓷型芯材料的配方和制备工艺，制备出一种增韧型多层壁结构陶瓷型芯，该材料强度高、韧性好，充型性能优良，能够在不同尺寸多层壁结构陶瓷型芯制备中应用，制备的多层壁结构陶瓷型芯具有尺寸精度高，变形量小，强度高，韧性好等优点。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种多层壁结构陶瓷型芯，由以下原料制备得到：陶瓷粉料75～85wt％、溶胶1～5wt％、增塑剂10～24wt％；所述增塑剂由62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡、42#全精炼石蜡、微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠、有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土、油酞肌氨酸十八胺盐和纳米二氧化硅制备得到；
所述增塑剂由以下原料制备得到：62#全精炼石蜡10％～30％，58#全精炼石蜡10％～35％，48#全精炼石蜡5％～30％，42#全精炼石蜡5％～10％，微晶蜡5％～10％，粘结蜡3％～8％，棕榈酸1％～15％，硬脂酸1％～12％，低密度聚乙烯0.1％～3％，乙烯-醋酸乙烯共聚物0.1％～5％，十二烷基苯磺酸钠0.5％～1.5％，有机短切纤维0.1％～5％，无机短切纤维0.1％～6％，石墨粉0.5％～4％，膨润土0.1％～3％，油酞肌氨酸十八胺盐0.1％～3％，纳米二氧化硅0.1％～5％。
2.根据权利要求1所述的多层壁结构陶瓷型芯，其特征在于，所述陶瓷粉料由以下原料制备得到：石英玻璃粉80～98wt％、矿化剂2～20wt％。
3.根据权利要求2所述的多层壁结构陶瓷型芯，其特征在于，所述矿化剂选自氧化铝粉、莫来石粉和硅酸锆粉中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的多层壁结构陶瓷型芯，其特征在于，所述溶胶选自硅溶胶、铝溶胶和钇溶胶中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的多层壁结构陶瓷型芯，其特征在于，所述有机短切纤维为0.1～0.5mm的碳纤维、尼龙纤维和棉纤维中的一种；所述无机短切纤维为0.1～0.5mm的石英玻璃纤维、莫来石纤维和氧化铝纤维中的一种。
6.根据权利要求1所述的多层壁结构陶瓷型芯，其特征在于，所述增塑剂的制备方法具体为：
按照比例将62#全精炼石蜡、58#全精炼石蜡、48#全精炼石蜡和42#全精炼石蜡混合，加热熔化，得到石蜡混合物；
将微晶蜡、粘结蜡、棕榈酸、硬脂酸、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基苯磺酸钠和油酞肌氨酸十八铵盐溶于所述石蜡混合物中，再加入有机短切纤维、无机短切纤维、石墨粉、膨润土和纳米二氧化硅，混合，得到增塑剂。
7.权利要求1所述的多层壁结构陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：
将增塑剂加热熔化后加入溶胶，得到初始混合物；
将所述初始混合物和陶瓷粉料混合，得到混合物；
将所述混合物压制，得到多层壁结构陶瓷型芯坯体；
将所述多层壁结构陶瓷型芯坯体进行水溶，干燥后进行焙烧，得到多层壁结构陶瓷型芯。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述加热熔化的温度为80～120℃；所述陶瓷粉料的加料速度为1～5kg/30min，搅拌速度为30～50r/min；混合后继续搅拌10～20h，抽真空搅拌1～3h，真空度＜0.08MPa。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述压制的过程中，料温为50～100℃，压力为3.0～8.0MPa，保压时间为30～60s；所述焙烧的温度为1200～1500℃，时间为1～5h。
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