專利名稱：陶瓷型芯制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬熔模鑄造工藝及玻璃陶瓷工藝。
陶瓷型芯是形成鑄件內(nèi)腔的工藝零件。它在焙燒后的強(qiáng)度會(huì)直接影響鑄造工藝的進(jìn)行;它在鑄造溫度下的幾何形狀及尺寸精度又直接影響著鑄件質(zhì)量。對(duì)于形狀復(fù)雜又細(xì)薄的陶瓷型芯，為便于零件鑄成后從鑄件中用化學(xué)方法腐蝕出來(lái)，常使用熔融石英粉作陶瓷型芯的基體材料;使用氧化鋁、鋯英石或鈉、鎂、鈣、釷、鐿的氧化物作礦化劑。其制造方法是將所要求的各種原材料按一定比例配好后，加入適當(dāng)蠟料，加熱混拌制成漿料;用熱壓注法或傳遞模制成芯坯;將芯坯放在多孔性的工業(yè)氧化鋁粉填料(或用工業(yè)氧化鋁粉制成的胎模)中;于爐內(nèi)緩慢升溫脫蠟，進(jìn)而加熱到1000～1300℃進(jìn)行焙燒。爐冷后將陶瓷型芯從氧化鋁中取出，經(jīng)檢查合格后備用。
使用工業(yè)氧化鋁填料作為燒結(jié)介質(zhì)，是陶瓷工業(yè)中進(jìn)行熱壓注法生產(chǎn)的傳統(tǒng)作法。但是，在使用以熔融石英作為基體材料的陶瓷型芯燒結(jié)時(shí)，便常常出現(xiàn)裂紋和整體強(qiáng)度過(guò)低的現(xiàn)象。這是因?yàn)楣I(yè)氧化鋁中含有較高的Na2O(一般為0.3～0.5%，甚至更高)。Na是一種強(qiáng)烈地促進(jìn)石英玻璃析晶的元素，在燒結(jié)過(guò)程中Na引起的方石英析晶量，在陶瓷型芯斷面上的分布很不均勻，近表面處高，遠(yuǎn)表面處低，從而造成體積變化的差異。當(dāng)爐溫冷至方石英相變點(diǎn)(低于200℃)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂紋和整體強(qiáng)度過(guò)低的現(xiàn)象。由于方石英折晶不均，在鑄造升溫時(shí)還會(huì)引起陶瓷型芯的變形。
本發(fā)明的目的在于，提供幾種低鈉或無(wú)鈉物質(zhì)作為陶瓷型芯的燒成填料。減少鈉對(duì)陶瓷型芯燒成過(guò)程中方石英析晶量的影響，提高產(chǎn)品合格率和鑄件質(zhì)量。
本發(fā)明的陶瓷型芯制造工藝，是采用低鈉或無(wú)鈉物質(zhì)作為陶瓷型芯的燒成填料，其中Na2O的含量不超過(guò)0.01%。
可以使用經(jīng)過(guò)化學(xué)予處理的工業(yè)氧化鋁作為陶瓷型芯的燒成填料。對(duì)工業(yè)氧化鋁進(jìn)行化學(xué)予處理的方法是用化學(xué)純的MgCl2在高溫下與工業(yè)氧化鋁中的Na2O發(fā)生反應(yīng)，生成NaCl蒸氣跑掉，達(dá)到除Na目的。MgCl2的加入是按下列平衡式計(jì)算
將工業(yè)氧化鋁與MgCl2按比例混合后加水適量，攪拌均勻。加熱至1400℃保溫2～4小時(shí)，自然冷卻后即獲得陶瓷型芯的燒成填料。其中Na2O的含量可以減少至0.01%以下。
也可以用純氧化鋁作為陶瓷型芯的燒成填料。純氧化鋁的制備方法是將分析純的硫酸鋁銨緩慢加熱至1200℃，保溫2小時(shí)即獲得純氧化鋁粉。其中Na2O的含量可以為“痕”。
還可以使用鋯英砂作為陶瓷型芯的燒成填料。為使該填料具有足夠的吸蠟性能，并使陶瓷型芯獲得良好的光潔度，鋯英砂中ZrO2的含量≥60%，最好是64%～66%。
發(fā)明者利用上述方法制備了本發(fā)明所述的三種陶瓷型芯燒成填料，并進(jìn)行了陶瓷型芯的燒成試驗(yàn)用30%的鋯英粉、70%的熔融石英粉、外加12%的蠟料混成漿料。使用熱壓注法制成4×10×110mm的芯坯。將芯坯分別放在上述三種填料中，此外為了便于比較還將同樣的芯坯放在普通工業(yè)氧化鋁填料中。將這些使用四種不同燒成填料的芯坯置于同一爐內(nèi)同時(shí)進(jìn)行焙燒。室溫出爐后對(duì)燒成的陶瓷型芯進(jìn)行抗彎強(qiáng)度測(cè)試并對(duì)陶瓷型芯由表面至中心逐層進(jìn)行X光石英含量測(cè)定，結(jié)果如下表陶瓷型芯抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果(MPa)
陶瓷型芯方石英含量X光測(cè)定結(jié)果(Wt%)
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，陶瓷型芯的燒成填料中鈉的含量越低，陶瓷型芯中的方石英折晶量就越少，從表層至中心處方石英含量也越均勻，陶瓷型芯的抗彎強(qiáng)度也就越高。
本發(fā)明陶瓷型芯制造工藝，通過(guò)減少型芯燒成填料中鈉的含量，降低了陶瓷型芯燒成過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，減少了裂紋，提高了型芯的強(qiáng)度及尺寸精度，從而使內(nèi)腔復(fù)雜而又薄壁的鑄件例如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片得以鑄成，大大提高了產(chǎn)品合格率及鑄件質(zhì)量。三種燒成填料均優(yōu)于傳統(tǒng)的工業(yè)氧化鋁填料。
本工藝方法簡(jiǎn)便易行，可根據(jù)不同質(zhì)量要求的鑄件，選擇不同類型的陶瓷型芯燒成填料，達(dá)到提高質(zhì)量降低成本之目的。
權(quán)利要求
1.一種使用焙燒介質(zhì)作燒成填料的陶瓷型芯制造工藝，其特征在于使用低鈉、無(wú)鈉物質(zhì)作為陶瓷型芯的燒成填料，Na2O含量應(yīng)低于0.3%，最好低于0.01%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷型芯制造工藝，其特征在于使用經(jīng)過(guò)化學(xué)予處理的工業(yè)氧化鋁作為陶瓷型芯的燒成填料，工業(yè)氧化鋁中Na2O的含量低于0.01%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷型芯制造工藝，其特征在于使用純氧化鋁作為陶瓷型芯的燒成填料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷型芯制造工藝，其特征在于使用鋯英砂作為陶瓷型芯的燒成填料，其中ZrO2的含量≥60%，最好≥64%。
全文摘要
一種陶瓷型芯制造工藝，采用經(jīng)過(guò)化學(xué)預(yù)處理的工業(yè)氧化鋁、純氧化鋁、鋯英砂等低鈉、無(wú)鈉物質(zhì)，作為陶瓷型芯的燒成填料。從而減少了陶瓷型芯燒成過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，減少了裂紋和高溫變形，提高了陶瓷型芯的強(qiáng)度和質(zhì)量。使內(nèi)腔復(fù)雜而薄壁的零件如燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)葉片得以鑄成，大大提高了鑄件合格率及質(zhì)量。
文檔編號(hào)C04B35/64GK1076877SQ9210205
公開(kāi)日1993年10月6日 申請(qǐng)日期1992年3月27日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月27日
發(fā)明者方建, 劉福順, 吳笑非, 孔曉東 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)