专利名称：多孔石膏铸型的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种石膏铸型的制备方法，特别是一种用于电磁分离法制备自生梯度复合材料的多孔石膏铸型的制备方法。属于复合材料制备领域。
背景技术：
近年来，各种电磁相分离技术在制备梯度/表面复合材料方面的应用得到了广泛研究，其实质是利用合金液中自生相与合金液电导率之间的差异，外加电场、磁场(或两者的组合)后对自生相产生电磁力并使之向合金液表面层迁移，合金液在铸型中凝固后就形成了表面富集自生相颗粒的自生梯度/表面复合材料。
现有的利用电磁相分离技术制备自生梯度复合材料中，多是采用单孔分离器。经文献检索发现，李克等人发表的“过共晶铝硅自生梯度复合材料的组织与性能”(《中国有色金属学报》，2002，12(3)pp.521-524)，该文介绍采用外加线圈感应交变磁场方式对圆柱状熔体施加交变磁场，产生的电磁力可使其中的自生相偏聚到熔体外表面，并通过选择合适的电磁力作用参数，从而制备了初生Si相增强外表面的圆棒状和管状梯度复合材料，由于采用单孔分离器，每次只能成型一根，效率较低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足和缺陷，提出一种多孔石膏铸型的制备方法，使其用于电磁分离法制备自生梯度复合材料，采用这种铸型注入合金液，通过外部线圈施加交变磁场，利用合金液与自生相之间的导电性差异，使导电率较小的自生相偏聚到基体材料外表面，从而使自生增强相大小和体积分数均沿径向呈连续的梯度分布，合金液在多孔石膏铸形内凝固后，就可获得高表面硬度和耐磨性、并能保持心部韧性的梯度增强复合棒材。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明方法如下采用多孔石膏型成型模具成型多孔石膏铸型，将石膏粉、固化剂和增韧短纤维按比例充分混合后加水调配成浆料，从多孔石膏型成型模具顶部注入金属模的型腔，在简易真空室中振动，待排出石膏浆料中的气体后，继续补充浆料填满型腔，随后静置，待石膏固化后，在烘箱中脱蜡并烘干，即得到多孔石膏铸型。
以下对本发明方法作进一步的说明，具体步骤如下1.按石膏粉的重量百分比称取1-10％树脂固化剂和1-30％增韧短纤维，其余为铸造用石膏粉；2.将三种材料加入混料机进行充分搅拌和混合；3.用石蜡型芯铸模预先成型若干直径为3-50mm的圆棒状石蜡型芯，组装成多孔石膏型成型模具，通过该模具的顶盖上的通孔和底座上的盲孔把圆棒状石蜡型芯固定在顶盖和底座之间的金属模型腔内；4.将充分混合的石膏浆料从多孔石膏型成型模具顶盖的浇注口注入金属模的型腔，注满为止；5.将多孔石膏型成型模具整体在简易真空室中振动2-10分钟，待排出石膏浆料中的气体后，继续补充浆料填满型腔；6.静置6-8小时后，将固化的石膏铸型脱模；7.将带有圆棒状石蜡型芯的多孔石膏铸型在300-600℃的烘箱中脱蜡；8.继续烘干8-12小时，得到多孔石膏铸型。
本发明制备的多孔石膏铸型具有圆柱形外观，其中均匀分布有多个轴向贯通的圆孔，且各处壁厚保持一致。多孔石膏铸型的外径最大达300mm，按照制备棒材长度和直径的需要，多孔石膏铸型内部圆孔的直径在3-50mm的范围内选取，多孔石膏铸型的长度在30-300mm的范围内选取。
本发明制备的多孔石膏铸型适用于电磁分离法制备圆棒自生梯度复合材料的铸形，在电磁分离装置中可方便装配和拆卸；采用本方法制得的多孔石膏铸形制备得到的圆棒状自生梯度增强复合材料，在外表面形成沿径向梯度分布的、具有一定厚度的高硬度自生相增强层，表层耐磨性优于本体均质的复合材料，而中心基体为共晶组织，保证了整体韧性；本方法制得的多孔石膏铸型对制造设备要求不高、工艺流程少、成本低，采用短纤维增强石膏材料制造，既保证了足够的强度，又具有较好的溃散性，可回收利用。
具体实施例方式
结合本发明方法的内容，提供以下实施例
实施例1制造外径为50mm、长度为30mm的多孔石膏铸型，其内部直径为3mm圆孔的数量为61个。具体步骤如下1.按石膏粉的重量百分比称取树脂固化剂1％和增韧短纤维1％，其余为铸造用石膏粉；2.将三种材料加入混料机进行充分搅拌和混合；3.用石蜡型芯铸模预先成型直径为3mm的圆棒状石蜡型芯，组装成多孔石膏型成型模具，通过该模具的顶盖上的通孔和底座上的盲孔把圆棒状石蜡型芯固定在顶盖和底座之间的金属模型腔内；4.将充分混合的石膏浆料从多孔石膏型成型模具顶盖的浇注口注入金属模的型腔，注满为止；5.将多孔石膏型成型模具整体在简易真空室中振动2分钟，待排出石膏浆料中的气体后，继续补充浆料填满型腔；6.静置6小时后，将固化的石膏铸型脱模；7.将带有圆棒状石蜡型芯的多孔石膏铸型在300℃的烘箱中脱蜡；8.继续烘干8小时，得到内径为3mm的61孔多孔石膏铸型。
实施效果制备的多孔石膏铸型具有圆柱形外观，其中均匀分布多达61个轴向贯通的圆孔，可保证各处壁厚一致。多孔石膏铸型的外径为50mm，长度为30mm，适用于电磁分离法制备圆棒自生梯度复合材料的铸形，在电磁分离装置中可方便装配和拆卸。采用本多孔石膏铸形制备可得到直径为3mm、长度为30mm的圆棒状自生梯度增强复合材料，在外表面形成沿径向梯度分布的、具有一定厚度的高硬度自生相增强层，表层耐磨性优于本体均质的复合材料，而中心基体为共晶组织，保证了整体韧性。
实施例2制造外径为150mm、长度为150mm的多孔石膏铸型，其内部直径为20mm圆孔的数量为19个。具体步骤如下1.按石膏粉的重量百分比称取树脂固化剂5％和增韧短纤维15％，其余为铸造用石膏粉；2.将三种材料加入混料机进行充分搅拌和混合；3.用石蜡型芯铸模预先成型19个直径为20mm的圆棒状石蜡型芯，组装成多孔石膏型成型模具，通过该模具的顶盖上的通孔和底座上的盲孔把圆棒状石蜡型芯固定在顶盖和底座之间的金属模型腔内；4.将充分混合的石膏浆料从多孔石膏型成型模具顶盖的浇注口注入金属模的型腔，注满为止；5.将多孔石膏型成型模具整体在简易真空室中振动5分钟，待排出石膏浆料中的气体后，继续补充浆料填满型腔；6.静置7小时后，将固化的石膏铸型脱模；7.将带有圆棒状石蜡型芯的多孔石膏铸型在450℃的烘箱中脱蜡；8.继续烘干10小时，得到内径为20mm的19孔多孔石膏铸型。
实施效果制备的多孔石膏铸型具有圆柱形外观，其中均匀分布多达19个轴向贯通的圆孔，可保证各处壁厚一致。多孔石膏铸型的外径为150mm，长度为150mm，适用于电磁分离法制备圆棒自生梯度复合材料的铸形，在电磁分离装置中可方便装配和拆卸。采用本多孔石膏铸形制备可得到直径为20mm、长度为150mm的圆棒状自生梯度增强复合材料，在外表面形成沿径向梯度分布的、具有一定厚度的高硬度自生相增强层，表层耐磨性优于本体均质的复合材料，而中心基体为共晶组织，保证了整体韧性。
实施例3制造外径为300mm、长度为300mm的多孔石膏铸型，其内部直径为50mm圆孔的数量为19个。具体步骤如下1.按石膏粉的重量百分比称取树脂固化剂10％和增韧短纤维30％，其余为铸造用石膏粉；2.将三种材料加入混料机进行充分搅拌和混合；3.用石蜡型芯铸模预先成型19个直径为50mm的圆棒状石蜡型芯，组装成多孔石膏型成型模具，通过该模具的顶盖上的通孔和底座上的盲孔把圆棒状石蜡型芯固定在顶盖和底座之间的金属模型腔内；4.将充分混合的石膏浆料从多孔石膏型成型模具顶盖的浇注口注入金属模的型腔，注满为止；5.将多孔石膏型成型模具整体在简易真空室中振动10分钟，待排出石膏浆料中的气体后，继续补充浆料填满型腔；6.静置8小时后，将固化的石膏铸型脱模；
7.将带有圆棒状石蜡型芯的多孔石膏铸型在600℃的烘箱中脱蜡；8.继续烘干12小时，得到内径为50mm的19孔多孔石膏铸型。
实施效果制备的多孔石膏铸型具有圆柱形外观，其中均匀分布多达19个轴向贯通的圆孔，可保证各处壁厚一致。多孔石膏铸型的外径为3000mm，长度为300mm，适用于电磁分离法制备圆棒自生梯度复合材料的铸形，在电磁分离装置中可方便装配和拆卸。采用本多孔石膏铸形制备可得到直径为50mm、长度为300mm的圆棒状自生梯度增强复合材料，在外表面形成沿径向梯度分布的、具有一定厚度的高硬度自生相增强层，表层耐磨性优于本体均质的复合材料，而中心基体为共晶组织，保证了整体韧性。
权利要求
1.一种多孔石膏铸型的制备方法，其特征在于，方法如下采用多孔石膏型成型模具成型多孔石膏铸型，将石膏粉、固化剂和增韧短纤维按比例充分混合后加水调配成浆料，从多孔石膏型成型模具顶部注入金属模的型腔，在简易真空室中振动，待排出石膏浆料中的气体后，继续补充浆料填满型腔，随后静置，待石膏固化后，在烘箱中脱蜡并烘干，即得到多孔石膏铸型。
2.根据权利要求1所述的多孔石膏铸型的制备方法，其特征是，以下对本发明方法作进一步的说明，具体步骤如下(1)按石膏粉的重量百分比称取1-10％树脂固化剂和1-30％增韧短纤维，其余为铸造用石膏粉；(2)将三种材料加入混料机进行充分搅拌和混合；(3)按5-50％的重量百分比加入混合料继续搅拌和混合；(4)用石蜡型芯铸模预先成型若干直径为3-50mm的圆棒状石蜡型芯，组装成多孔石膏型成型模具，通过该模具的顶盖上的通孔和底座上的盲孔把圆棒状石蜡型芯固定在顶盖和底座之间的金属模型腔内；(5)将充分混合的石膏浆料从多孔石膏型成型模具顶盖的浇注口注入金属模的型腔，注满为止；(6)将多孔石膏型成型模具整体在简易真空室中振动2-10分钟，待排出石膏浆料中的气体后，继续补充浆料填满型腔；(7)静置6-8小时后，将固化的石膏铸型脱模；(8)将带有圆棒状石蜡型芯的多孔石膏铸型在300-600℃的烘箱中脱蜡；(9)继续烘干8-12小时，得到多孔石膏铸型。
3.根据权利要求1或2所述的多孔石膏铸型的制备方法，其特征是，制备的多孔石膏铸型具有圆柱形外观，其中均匀分布有多个轴向贯通的圆孔，且各处壁厚保持一致。
4.根据权利要求1或2所述的多孔石膏铸型的制备方法，其特征是，制备的多孔石膏铸型的外径最大达300mm，多孔石膏铸型内部圆孔的直径在3-50mm的范围内选取，多孔石膏铸型的长度在30-300mm的范围内选取。
全文摘要
一种多孔石膏铸型的制备方法，属于复合材料制备领域。方法如下采用多孔石膏型成型模具成型多孔石膏铸型，将石膏粉、固化剂和增韧短纤维按比例充分混合后加水调配成浆料，从多孔石膏型成型模具顶部注入金属模的型腔，在简易真空室中振动，待排出石膏浆料中的气体后，继续补充浆料填满型腔，随后静置，待石膏固化后，在烘箱中脱蜡并烘干，即得到多孔石膏铸型。本发明制备的多孔石膏铸型适用于电磁分离法制备圆棒自生梯度复合材料的铸形，在电磁分离装置中可方便装配和拆卸；本多孔石膏铸型对制造设备要求不高、工艺流程少、成本低，采用短纤维增强石膏材料制造，既保证了足够的强度，又具有较好的溃散性，可回收利用。
文档编号B22D27/02GK1539571SQ20031010830
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月30日 优先权日2003年10月30日
发明者李克, 王俊, 孙宝德, 周尧和, 李 克 申请人:上海交通大学