一种高导电性精密铸造蜡模及其制备方法与流程

本发明涉及精密铸造技术领域的蜡模的改性，具体地，涉及一种高导电性精密铸造蜡模的制备方法，以及该制备方法得到的高导电性精密铸造蜡模。

背景技术：

随着精密铸造技术的发展，蜡模的研究一直是一个热门领域，由于传统工艺中沾浆淋砂这一工艺的局限性，如果选用的蜡模较为精密细致，沾浆淋砂这一过程会出现不能完全覆盖住蜡模的情况，特别是一些细致的角落处，会导致得到平整度欠缺的陶瓷模壳。

电泳沉积技术中可以获得均匀且致密的陶瓷模壳，能够很好地解决传统工艺中沾浆淋砂这一工艺的局限性，但是存在问题是目前研究高导电性精密铸造蜡模的人员不多，如果制备出高导电性的精密铸造蜡模，就可以把这种蜡模作为电极基材，实现电泳沉积获得陶瓷模壳的这一步骤。

目前，市面上有许多种填充复合型导电高分子材料，比如导电塑料，导电橡胶等等，这些复合材料的导电原理都是基于导电填料在聚合物基体内部的有序分散，形成完整的导电通道。基于此原理，尝试以精密铸造型蜡为基体来制作出高导电性精密铸造蜡模。

经检索，申请号为201810866496.9的中国发明专利申请，公开了一种用于熔模精密铸造的蜡模制备方法，其中配制蜡料：将蜡料加入到压蜡机的保温炉中，将温度升高至90～100℃，待蜡料完全融化后，边搅拌边加入粒度6～14μm、含量3～5wt％的碳化硅颗粒，加入完成后静置20～30min，在压蜡机冷却槽中注入20～25℃的冷却水，将蜡温降至55～60℃待用。该专利中虽然添加了具有导电性碳化硅颗粒，但是该碳化硅颗粒主要是起到骨架增强提高蜡模强度的作用，所制备蜡模并不具备高导电性。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高导电性精密铸造蜡模及其制备方法。

根据本发明第一方面，提供一种高导电性精密铸造蜡模的制备方法，包括：

对精密铸造蜡进行加热，使所述精密铸造蜡完全熔化成蜡液；

在熔化后的所述蜡液中加入质量占比为6％～15％的碳系导电粉末，对所述蜡液与所述碳系导电粉末的混合熔液进行加热和搅拌，使所述蜡液与所述碳系导电粉末充分混合得到导电蜡熔化物，然后将混合均匀后的所述导电蜡熔化物转移至模具中制模，冷却后得到高导电性精密铸造蜡模，其中：所述碳系导电粉末在所述蜡模内部有序分散，且所述碳系导电粉末粒子之间构成完整的导电通道。

优选地，所述碳系导电粉末为炭黑、石墨、碳纳米管中任一种。

优选地，对所述蜡液与所述碳系导电粉末的混合熔液进行加热和搅拌，其中：在搅拌的同时进行加热，加热温度为110～140℃。采用边加热边搅拌的操作，有利于导电粉末在基体材料内部有序分散以构成导电粉末粒子之间的链状导电通道；同时，110～140℃的温度确保精密铸造蜡完全熔化且流动性高，方便后续实验操作进行。进一步的，加热方式为在110-140℃进行恒温加热，加热温度处于110-140℃的任一温度，使精密铸造蜡完全熔化成蜡液。采用恒温加热可以简化控制程序，降低生产成本和保证工艺的可靠性。

优选地，所述在搅拌的同时进行加热，其中：加热采用恒温加热方式。

优选地，所述模具为硅橡胶模。

优选地，对所述蜡液与所述碳系导电粉末的混合熔液进行加热和搅拌，其中：采用机械搅拌器进行搅拌，转速为200r/min～1000r/min；搅拌时间为20～40min。

优选地，所述将混合均匀后的所述导电蜡熔化物转移至模具中制模，冷却后得到高导电性精密铸造蜡模，其中：将混合均匀后的所述导电蜡熔化物转移至温度在110～140℃下保温的模具中，采用恒定压力进行压模成型之后，压力范围为0.1-0.3mpa，在常温下冷却。

优选地，加入所述碳系导电粉末的质量占所述导电蜡熔化物质量的10％～13％。

本发明第二个方面，提供了一种高导电性精密铸造蜡模，采用上述高导电性精密铸造蜡模的制备方法制备得到。

进一步，所述碳系导电粉末在所述蜡模内部有序分散，且所述碳系导电粉末粒子之间构成导电通道。

在本发明研究过程中发现：根据导电复合材料宏观的导电通道理论，当导电粉末在基体材料内部有序分散并能够构成导电粉末粒子之间的链状导电通道时，就得到高导电性复合材料。基于该研发发现，本发明中通过添加碳系导电粉末(不是为了起到骨架增强提高蜡模强度的作用)，碳系导电粉末在蜡液内部有序分散并碳系导电粉末粒子之间构成完整的导电通道，从而得到高导电性精密铸造蜡模。

进一步的，本发明中选择碳系导电粉末，碳系导电粉末的主体包括炭黑、石墨、碳纳米管，这些原材料来源广，价格比较便宜，最重要的是导电能力强。而其他的金属粉末会给最终的铸件掺杂进去其他的金属杂质，影响最终性能。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明上述高导电性精密铸造蜡模及其制备方法中，在碳系导电粉末加入量较低时(比如6％)就可以获得导电性能极佳的精密铸造蜡模；采用的碳系导电粉末来源广，价格也便宜，在获得高性能的精密铸造蜡模同时，大大降低了制备成本。

本发明上述制备方法中，工艺流程简单，通过添加碳系导电粉末实现了高导电性精密铸造蜡模制备，进一步的，通过控制工艺中的参数和操作，能降低工艺控制的复杂度和制备成本，适合大规模生产。

现有技术中，用于精密铸造工艺的型蜡通常都是高度绝缘体，电阻率一度达到了10¹⁵ω·cm以上，但本发明上述高导电性精密铸造蜡模及其制备方法，采用熔融混合法填充碳系导电粉末并使其在蜡液中分散均匀，构成宏观的导电通道，之后通过压模制作蜡模获得高导电性的精密铸造蜡模，经测试，制备的精密铸造蜡模的电阻率层级上降低了15个数量级，实现了材料从绝缘体到半导体的转变，其最大电导率达到200s/m，即最小电阻率为0.5ω·cm，可以制作适合电泳的电极基材。

本发明制备得到的高导电性精密铸造蜡模还可以用于其他方面，比如用作电极基材，有望实现电泳沉积制备陶瓷模壳的目标。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明一实施例的高导电性精密铸造蜡模的微观结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种高导电性精密铸造蜡模的制备方法，选取的原料为ha-138美国进口中温蜡、卡博特bp2000导电炭黑，具体的制备步骤如下：

将50g中温蜡放置到烧杯中，之后将烧杯置于沙浴锅中进行110℃的恒温加热，加热120分钟后，使中温蜡完全熔化为蜡液。

保持加热温度不变，在熔化后的蜡液中逐渐加入5.55g导电炭黑粉末(质量分数为10％)，并采用的电动机械搅拌器对两者的混合熔液进行搅拌，固定转速为800r/min，待搅拌30分钟后，使蜡液与导电炭黑粉末两者混合均匀形成导电蜡熔化物。

再用药匙将混合均匀的导电蜡熔化物转移至110℃烘箱中保温的硅橡胶模具中，并并采用0.1mpa的恒定压力压模成型，待模具冷却120分钟，打开模具取出其中的精密铸造蜡模。

对本实施例制备得到的高导电性精密铸造蜡模进行体积电阻率测试，经四探针电阻测试仪检测，其体积电阻率为0.5ω·cm，为高导电性精密铸造蜡模。由于精密铸造蜡的体积电阻率均在10¹⁵-10¹⁹ω·cm的范围内,其中ha-138美国进口中温蜡的体积电阻率为10¹⁵ω·cm，本实施例在电阻率层级上刚好降低了15个数量级，实现了从绝缘体材料到半导体材料的转变，可以制作适合电泳沉积技术的电极基材。

实施例2

本实施例提供了一种高导电性精密铸造蜡模的制备方法，选取的原料为kc2656l美国进口中温蜡、卡博特vxc-72导电炭黑，制备步骤如下：

将50g口中温蜡放入到烧杯中，在沙浴锅中加热至130℃，在该温度下使中温蜡完全熔化成蜡液，加热时间为120分钟。

保持加热温度不变，在熔化后的蜡液中逐渐加入4.35g导电炭黑粉末(质量分数为8％)，对蜡液与导电炭黑粉末的混合熔液进行搅拌，采用电动机械搅拌器，固定转速为900r/min，待搅拌35分钟后，使蜡液与导电炭黑粉末两者混合均匀。

采用药匙将混合均匀的导电蜡熔化物转移至130℃烘箱中保温的硅橡胶模具中，并采用0.1mpa的恒定压力压模成型，待模具常温下冷却125分钟，打开模具取出其中的精密铸造蜡模。

对本实施例制备得到的高导电性精密铸造蜡模进行体积电阻率的测试，经四探针电阻测试仪检测，其体积电阻率为10ω·cm，为高导电性精密铸造蜡模。由于精密铸造蜡的体积电阻率均在10¹⁵-10¹⁹ω·cm的范围内,其中kc2656l美国进口中温蜡的体积电阻率为10¹⁶ω·cm，本实施例在电阻率层级上刚好降低了15个数量级左右，实现了从绝缘体材料到半导体材料的转变，可以制作适合电泳沉积技术的电极基材。

实施例3

与实施例2不同的是，本实施例加入卡博特vxc-72导电炭黑的质量占比为13％，其他参数与实施例2相同。对本实施例制备得到的高导电性精密铸造蜡模进行体积电阻率的测试，经四探针电阻测试仪检测，其体积电阻率为0.8ω·cm，为高导电性精密铸造蜡模。另外kc2656l美国进口中温蜡的体积电阻率为10¹⁶ω·cm，本实施例在电阻率层级上降低了16个数量级左右，实现了从绝缘体材料到半导体材料的转变，可以制作适合电泳的电极基材。

实施例4

本实施例提供了一种高导电性精密铸造蜡模的制备方法，选取的原料为ha-138美国进口中温蜡、2000目石墨，具体的制备步骤如下：

将50g中温蜡放入到烧杯中，将烧杯置于沙浴锅中进行加热，加热至110℃，在该温度下使精密铸造蜡完全熔化，加热时间为1.5小时，使精密铸造蜡完全熔化为蜡液。

保持加热温度不变，在熔化后的蜡液中逐渐加入2.1g石墨粉末(质量分数为4％)，并采用电动机械搅拌器对两者的混合熔液进行搅拌，转速为500r/min，待搅拌35分钟后，使蜡液与石墨粉末两者混合均匀形成导电蜡熔化物。

再用药匙将混合均匀的导电蜡熔化物转移至110℃烘箱中保温的硅橡胶模具中，并采用0.3mpa恒定压力压模成型，待模具常温下冷却120分钟，打开模具取出其中的精密铸造蜡模。

对本实施例制备得到的高导电性精密铸造蜡模进行体积电阻率测试，经四探针电阻测试仪检测，其体积电阻率为4.05×10¹³ω·cm。另外ha-138美国进口中温蜡的体积电阻率为10¹⁵ω·cm，本实施例在电阻率层级上基本没有变化，仍是绝缘体材料。

实施例5

与实施例4不同的是，本实施例加入石墨的质量分数为6％，其他参数与实施例4相同。对本实施例制备得到的高导电性精密铸造蜡模进行体积电阻率的测试，经四探针电阻测试仪检测，其体积电阻率为18ω·cm，为高导电性精密铸造蜡模。另外ha-138美国进口中温蜡的体积电阻率为10¹⁵ω·cm，本实施例在电阻率层级上刚好降低了14个数量级左右，实现了材料从绝缘体到半导体的转变。

实施例6

与实施例4不同的是，本实施例加入石墨的质量分数为11％，其他参数与实施例4相同。

对本实施例制备得到的高导电性精密铸造蜡模进行体积电阻率的测试，经四探针电阻测试仪检测，其体积电阻率0.6ω·cm，为高导电性精密铸造蜡模。另外ha-138美国进口中温蜡的体积电阻率为10¹⁵ω·cm，本实施例在电阻率层级上低了15个数量级左右，制备出了高导电性精密铸造蜡模。

实施例7

本实施例提供了一种高导电性精密铸造蜡模的制备方法，选取的原料为ha-138美国进口中温蜡、多壁碳纳米管，具体的制备步骤如下：

将50g中温蜡放入到烧杯中，将烧杯置于沙浴锅中进行加热，加热至140℃，在该温度下使精密铸造蜡完全熔化，加热时间为1.5小时，使精密铸造蜡完全熔化为蜡液。

在熔化后的蜡液中逐渐加入8.14g多壁碳纳米管粉末(质量分数为14％)，并采用电动机械搅拌器对两者的混合熔液进行边加热边搅拌，加热温度140℃，转速为850r/min，待搅拌40分钟后，使蜡液与多壁碳纳米管粉末两者混合均匀形成导电蜡熔化物。

采用药匙将混合均匀的导电蜡熔化物转移至130℃烘箱中保温的硅橡胶模具中，并采用0.2mpa的恒定压力压模成型，待模具常温下冷却150分钟，打开模具取出其中的精密铸造蜡模。

对本实施例制备得到的高导电性精密铸造蜡模进行体积电阻率的测试，经四探针电阻测试仪检测，其体积电阻率为0.5ω·cm。本实施例在电阻率层级上也降低了15个数量级左右，制备出了高导电性精密铸造蜡模。

实施例8

与实施例7不同的是，本实施例加入多壁碳纳米管的质量分数为16％，其他参数与实施例7相同。

对本实施例制备得到的高导电性精密铸造蜡模进行体积电阻率的测试，经四探针电阻测试仪检测，其体积电阻率为10ω·cm，为高导电性精密铸造蜡模。与实施例7相比，电阻率有一定下降，但下降数量层级不大，下降原因是添加碳系导电粉末过多时碳系导电粉末粒子之间会有一定程度的团聚，影响其导电通道的构建，有所降低精密铸造蜡模的导电性。

综合上述实施例，进一步表明，当碳系导电粉末添加的质量分数控制在6％～15％的范围内，能够制备具有高电导率的精密铸造蜡模，参照图1所示，由精密铸造蜡模的微观结构图可见，导电炭黑粉末在蜡模内部有序分散，且导电炭黑粉末粒子之间构成完整的导电通道，实现了绝缘体到半导体的突变。另外当加入碳系导电粉末的质量占比超过15％之后，电阻率变化不大甚至出现稍微降低的情况。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。