一种具有微结构石膏铸型的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石膏铸型的制备方法。
【背景技术】
[0002]微精密铸造是近年来国际上受到广泛研究的一种新型铸造方法，可高效率、低成本、快速制造特征尺寸在Imm以下的微型构件。石膏铸型常被应用于微精密铸造成形。为了铸造成形特征尺寸更小、表面质量更高的微型构件，对石膏铸型的表面光洁度、气孔缺陷控制和石膏浆料的充填性能提出了更高的要求。同时，用于微精密铸造成形的石膏铸型因具有特殊的微细结构，容易在干燥过程中结构突变处引起开裂或形成微裂纹，导致石膏铸型干燥后废品率高。目前，石膏铸型的制备和干燥方法主要针对于宏观尺度的石膏铸型，常采用消泡剂、机械搅拌等方法减少石膏铸型中的气孔缺陷，这些方法难以消除石膏铸型内的微型气泡；常通过提供浇注压力的方法制备尺寸更小的石膏铸型，这些方法都很难圆满成形特征尺寸在几十到几百微米的石膏铸型；传统的石膏铸型干燥方法常采用热辐射或热风干燥，对于具有微细结构的石膏铸型，容易造成开裂或形成微裂纹缺陷。因此，传统石膏铸型的制备和干燥方法，很难直接应用于制备和干燥具有微细结构的石膏铸型，严重制约了微铸造成形技术的发展。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是要解决现有石膏成形的方法很难制备出成形结构尺寸在几十到几百微米的石膏铸型，制备的石膏铸型表面光洁度差，存在气孔缺陷，石膏铸型的后续干燥中易造成开裂或形成微裂纹缺陷的问题，而提供一种具有微结构石膏铸型的制备方法。
[0004]—种具有微结构石膏铸型的制备方法，是按以下步骤完成的:
[0005]—、将缓凝剂加入到蒸馏水中，再搅拌至缓凝剂溶解到蒸馏水中，得到缓凝剂水溶液；
[0006]步骤一中所述的缓凝剂的质量与蒸馏水的体积比为(0.03g?0.5g): 35mL ;
[0007]二、向缓凝剂水溶液中加入石膏粉，搅拌均匀，再加入石膏消泡剂，搅拌均匀，得到石膏浆料；
[0008]步骤二中所述的石膏粉的质量与缓凝剂水溶液的体积比为100g: (30mL?35mL)；
[0009]步骤二中所述的石膏粉的质量与石膏消泡剂的体积比为10g: (0.1mL?0.8mL);
[0010]三、将超声波变幅杆放入到石膏浆料中，再在超声波功率为200W?1000W和超声波频率为20000Hz?50000Hz下超声处理2min?5min，得到除气后的石膏浆料；
[0011]四、将超声波变幅杆作用到具有微细结构的型腔模具的壁面上，再在超声功率为200W?500W和超声功率为20000Hz?40000Hz下将除气后的石膏浆料浇注到具有微细结构的型腔模具内，再在超声功率为200W?500W和超声频率为20000Hz?40000Hz下超声波处理Imin?2min ；
[0012]五、石膏浆料在具有微细结构的型腔模具内完全凝固后，再在室温下静置Ih?2h，再取出具有微细结构的型腔模具，得到石膏铸型；
[0013]六、将石膏铸型在室温下静置干燥20h?30h，得到室温干燥后的石膏铸型；
[0014]七、使用铝箔对室温干燥后的石膏铸型进行包覆，得到铝箔包覆后的石膏铸型；将铝箔包覆后的石膏铸型放入程序控温干燥箱中，再将程序控温干燥箱以1°C /min?5°C /min的升温速率从室温升温至100°C，再在温度为100°C下保温0.5h?lh，再以0.1°C /min?0.5°C /min的升温速率从100 °C升温至110°C?120 °C，再在温度为110°C?120 °C下保温Ih?2h，再以1°C /min?5°C /min的升温速率从110°C?120 °C升温至130°C?200°C，再在温度为130°(:?200°(:下保温0.5h?lh，再以1°C /min?5°C /min的降温速率从130°C?200°C降温至室温，得到具有微结构石膏铸型，即完成一种具有微结构石膏铸型的制备方法。
[0015]本发明的优点:
[0016]—、使用本发明的方法制备的具有微结构石膏铸型内部气孔缺陷大幅减少，气孔直径大幅降低，制备的具有微结构石膏铸型的表面微型气孔消除；
[0017]二、本发明使用的石膏粉的粒径达到纳米级，使得制备的具有微结构石膏铸型的的表面光洁度显著提高；
[0018]三、本发明制备的石膏浆料的流动能力提高，使用本发明制备的石膏浆料可成形结构尺寸小于100 μ m的具有微结构石膏铸型；
[0019]四、使用本发明方法制备的具有微结构石膏铸型出现开裂和裂纹的频率降低，废品率显者下降，废品率为0%?4%。
[0020]本发明可获得一种具有微结构石膏铸型的制备方法。
【具体实施方式】
[0021]【具体实施方式】一:本实施方式是一种具有微结构石膏铸型的制备方法是按以下步骤完成的:
[0022]—、将缓凝剂加入到蒸馏水中，再搅拌至缓凝剂溶解到蒸馏水中，得到缓凝剂水溶液；
[0023]步骤一中所述的缓凝剂的质量与蒸馏水的体积比为(0.03g?0.5g): 35mL ;
[0024]二、向缓凝剂水溶液中加入石膏粉，搅拌均匀，再加入石膏消泡剂，搅拌均匀，得到石膏浆料；
[0025]步骤二中所述的石膏粉的质量与缓凝剂水溶液的体积比为100g: (30mL?35mL)；
[0026]步骤二中所述的石膏粉的质量与石膏消泡剂的体积比为10g: (0.1mL?0.8mL);
[0027]三、将超声波变幅杆放入到石膏浆料中，再在超声波功率为200W?1000W和超声波频率为20000Hz?50000Hz下超声处理2min?5min，得到除气后的石膏浆料；
[0028]四、将超声波变幅杆作用到具有微细结构的型腔模具的壁面上，再在超声功率为200W?500W和超声功率为20000Hz?40000Hz下将除气后的石膏浆料浇注到具有微细结构的型腔模具内，再在超声功率为200W?500W和超声频率为20000Hz?40000Hz下超声波处理Imin?2min ；
[0029]五、石膏浆料在具有微细结构的型腔模具内完全凝固后，再在室温下静置Ih?2h，再取出具有微细结构的型腔模具，得到石膏铸型；
[0030]六、将石膏铸型在室温下静置干燥20h?30h，得到室温干燥后的石膏铸型；
[0031]七、使用铝箔对室温干燥后的石膏铸型进行包覆，得到铝箔包覆后的石膏铸型；将铝箔包覆后的石膏铸型放入程序控温干燥箱中，再将程序控温干燥箱以1°C /min?5°C /min的升温速率从室温升温至100°C，再在温度为100°C下保温0.5h?lh，再以0.1°C /min?0.5°C /min的升温速率从100 °C升温至110°C?120 °C，再在温度为110°C?120 °C下保温Ih?2h，再以1°C /min?5°C /min的升温速率从110°C?120 °C升温至130°C?200°C，再在温度为130°(:?200°(:下保温0.5h?lh，再以1°C /min?5°C /min的降温速率从130°C?200°C降温至室温，得到具有微结构石膏铸型，即完成一种具有微结构石膏铸型的制备方法。
[0032]本实施方式的优点:
[0033]—、使用本实施方式的方法制备的具有微结构石膏铸型内部气孔缺陷大幅减少，气孔直径大幅降低，制备的具有微结构石膏铸型的表面微型气孔消除；
[0034]二、本实施方式使用的石膏粉的粒径达到纳米级，使得制备的具有微结构石膏铸型的的表面光洁度显著提高；
[0035]三、本实施方式制备的石膏浆料的流动能力提高，使用本实施方式制备的石膏浆料可成形结构尺寸小于100 μ m的具有微结构石膏铸型；
[0036]四、使用本实施方式方法制备的具有微结构石膏铸型出现开裂和裂纹的频率降低，废品率显著下降，废品率为O %?4 %。
[0037]本实施方式可获得一种具有微结构石膏铸型的制备方法。
[0038]本实施方式将铝箔包覆后的石膏铸型放入程序控温干燥箱中，再将程序控温干燥箱以TC /min?5°C /min的升温速率从室温升温至100°C，再在温度为100°C下保温
0.5h?lh，再以0.10C /min?0.5°C /min的升温速率从100°C升温至110°C?120°C，再在温度为110°c?120°C下保温Ih?2h，再以1°C /min?5°C /min的升温速率从110°C?120 0C升温至130 °C?200 V，再在温度为130 °C?200 V下保温0.5h?Ih，再以1°C /min?50C /min的降温速率从130°C?200°C降温至室温，能精确控制石膏铸型的加热速率，进而可以控制石膏铸型的干燥速率，在石膏相变点附件降低升温速率，有利于降低石膏铸型的脱水反应速率，起到防止开裂的作用。
[0039]本实施方式采用铝箔对石膏铸型进行包覆的目的在于使石膏周围的湿度梯度较小，不易开裂；在相变点附近采用低的升温速率，使石膏脱水变缓慢，不易开裂。
[0040]本实施方式步骤三中所述的超声波是通过超声波发生器产生电信号，经过超声波换能器转换转化为振动，再经过超声波变幅杆导入石膏浆料中，从而进行超声波处理。
[0041]本实施方式步骤四中所述的超声波是通过超声波发生器产生电信号，经过超声波换能器转换转化为振动，再经过超声波变幅杆导入到具有微细结构的型腔模具的壁面上，从而进行超声波处理。
[0042]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同点是:步骤一中所述的缓凝剂为柠檬酸或柠檬酸钠。其他步骤与【具体实施方式】一相同。
[0043]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同点是:步骤一中所述的蒸馏水的温度为18°C?25°C。其他步骤与【具体实施方式】一或二相同。
[0044]【具体实施方式】四:本实