专利名称：一种水溶性陶瓷型芯及其制备方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷芯，特指ー种水溶性陶瓷型芯及其制备方法，可用于浇注温度不超过900 C的内腔结构复杂或中空铸件的熔模铸造中。
背景技术：
2011年是我国零部件行业的发展开启年，《产业结构调整指导目录(2011年本)》中曾明确指出发展零部件的重要性，而汽车エ业、船舶、兵器及航天航空エ业的迅猛发展催生了市场对带有复杂内腔及弯曲孔道铝合金鋳造零部件的需求，致使具有高強度的树脂砂芯被大量应用于此类铸件的生产，却造成了严重的环境污染；且树脂砂芯发气量偏大，易产生气孔类缺陷。一般的陶瓷型芯采用混合碱法、碱溶液法、压カ脱芯法(需用专用的设备)、氢氟酸
法来脱除型芯；这些方法中，有的对铸件有腐蚀性，有的在应用过程中产生有毒物质对环境造成污染，有的脱除エ艺复杂还需要专用设备，从而这些都造成了型芯脱除时的一定难度，在实际生产应用当中，不仅费吋，而且费力，费エ，给企业生产造成诸多不便。水溶性陶瓷型芯能够很好地解决上述的这些问题，而且在铸件浇注时不产生有害气体，清理时方便快捷，无振动与噪音，铸件成形后通过用水力清理可将型芯溶解或高度溃散，使型芯易于清除，并使铸件具有洁净光滑的内表面和良好的尺寸精度，同时节省劳カ并改善鋳造车间的环境卫生。水溶芯技术随着现代エ业技术的发展，特别是航空エ业的发展而出现的，主要用来解决飞行器部件中的复杂内腔及细孔的成形问题，该技术在我国的应用尚不普及；据报道，合肥エ业大学等単位研制成功了电熔刚玉可溶芯；成都东方电机厂研制成功了碳酸钾硅砂可溶芯；孟爽芬等人研制成功用于汽轮机铸钢件生产的水溶芯；国外此项技术的开发应用中也有部分报道，如日本的小池敬一用氧化铝和碳酸钾制成的水溶芯，成功地生产出了水泵叶轮及大型机械冷却用铝合金水冷板，这种水冷板的外形尺寸为740 X 480mm，厚度为20 mm，壁内设计有冷却水管道；MiIIer及Charles等人用以MgO或CaO为基材烧结成的陶瓷芯，成功地浇注出了镍基及钻基超合金涡轮叶片、导向叶片等多种复杂铸件，但通常水溶性陶瓷型芯以可溶性无机盐为粘结剂，造成型芯耐热性差、強度低，成型时需要较高压力、凝固收缩时容易开裂、易对铸件造成腐蚀等亟需改进或克服的问题。
发明内容
本项发明的目的就是为了克服传统陶瓷型芯鋳造在实际生产和应用中的缺点，研发出了ー种水溶性陶瓷型芯，既保证了型芯的強度，又有良好的成型性，具有操作方便快捷(只需用清水冲洗，短时间内就可轻易脱除型芯)、无污染、无需专用设备、对铸件无损坏等优点，可用于浇注温度不超过900 C的合金铸件。本项发明具体以电熔刚玉粉末、锆英砂、氯化钠颗粒为主体材料，NaCl溶液和聚こニ醇为粘结剂，通过特定的混配エ艺，采用低温烘干，高温焙烧的エ艺获得水溶芯陶瓷型芯。ー种水溶性陶瓷型芯，其配料组成按质量份数计算40%的锆英砂，30%的电熔刚玉粉末，15%的氯化钠粉末，10%的饱和氯化钠溶液和5%的分子量不大于1000的聚こニ醇。所述水溶性陶瓷型芯所需的原料，其规格技术要求在于锆英砂320目，电熔刚玉粉末200目，氯化钠为エ业氯化钠，优选600分子量的聚こニ醇，氯化钠饱和水溶液。所述的水溶性陶瓷型芯的制备方法，其特征在于按照如下步骤进行对氯化钠粉末使用球磨机球磨处理，使其粒度达到120目，然后将其与锆英砂、电熔刚玉粉末放入桶式混料机中，干混10 15分钟；然后加入饱和氯化钠溶液、聚こニ醇进行湿混2(T30分钟得到混合料；混合料通过捣实或射芯制备出湿态型芯后进行烘干、烧结，具体为在2000C 250°C烘干0. 5 I小时，而后再在920°C烧结30分钟。·
图I为水溶陶瓷型芯エ艺流程图。
具体实施例方式原材料
I.I型芯基体材料
本发明采用电熔刚玉粉末和锆英砂粉末，其化学成分应分别符合表I和表2的要求，即电溶刚玉中a -Al2O3含量不少于98. 5%,错英砂中ZrO2含量不少于66. 0%。表I电熔刚玉粉化学成分
成分 I a-Al203 T Na2O [ Fe2O3 [ SiO2 f 灼條 I 质量分数(%) I: >98.5 [ <0.6 |" <0.1 L 切.2 J ￡0-3 I
表2锆英砂粉的化学成分
I 成分 Zr02 Si02 Ti〇2 F0203 P2Q5 AI2O3
^66-00 <33.00 <0.30 <0.15 <0.20 <0.30
电熔刚玉熔点高(2030°C)，密度大(3. 99 4. OOg/cm3)，结构致密，导热性好，热膨胀系数小(86 X 10_71/°C )且均匀，它属于两性氧化物，在高温下常呈弱碱性或中性，有良好的化学稳定性；抗酸碱能力强，在氧化剂、还原剂或各种金属液的作用下不发生变化。锆英砂，是天然存在的矿物材料。其分子式为ZrO2 -SiO2或Zr SiO4,理论组成(质量分数)为Zr0267. 63%、Si023 2 . 77%，锆英砂属四方晶系，密度变动范围较大，在3. 9
4.9g/ cm 3之间，莫氏硬度7 8，导热系数较大，热膨胀系数较小(46 X 10_71/°C )，高纯度时其热化学稳定性好，是ー种优质的制壳耐火材料。I. 2型芯粘结剂
本发明中采用氯化钠和聚こニ醇作为粘结剂。氯化钠(NaCl)，具有高温稳定性及在清理时具有好的水溶性；对粘结剂的要求是保证足够的耐热度(熔点高于800°C)，满足这一要求的水溶性盐有NaCl，K2CO3，Na2SO4等；从水溶能力、价格、资源、对人体无害及熔点等几方面来看，选择氯化钠作为水溶性陶瓷型芯的粘结剂最适宜，氯化钠采用粗粒度的エ业氯化钠，其中NaCl含量不少于99%。聚こニ醇，是ー种高分子聚合物。低分子量的聚こニ醇呈液体状态，高分子量的聚こニ醇呈白色颗粒状，分子式为HOCH2 (CH20CH2)nCH20H，在它的分子链上有羟基和醚基 ’聚こニ醇的性能极大程度上取决于这两个基团的数量，它们都是亲水的基团，羟基比醚基亲水性更强，其溶解性和吸潮性主要取决于羟基的数目，醚基主要具有柔顺性(即韧性)；本发明中加入聚こニ醇能提高型芯成形性及湿态强度，选用的聚こニ醇分子量应不超过1000，其中600分子量的聚こニ醇加入具有最佳的成型性和湿态强度，600分子量的聚こニ醇性能如表3所列。
表3 600分子量聚こニ醇的性能
权利要求
1.一种水溶性陶瓷型芯，其配料组成按质量份数计算40%的锆英砂，30%的电熔刚玉粉末，15%的氯化钠粉末，10%的饱和氯化钠溶液和5%的分子量不大于1000的聚乙二醇。
2.如权利要求I所述的一种水溶性陶瓷型芯，其特征在于锆英砂320目，电熔刚玉粉末200目，聚乙二醇的分子量为600。
3.如权利要求I所述的一种水溶性陶瓷型芯，其特征在于电熔刚玉中a-Al2O3含量不少于98. 5%，锆英砂中ZrO2含量不少于66. 0%，氯化钠为工业氯化钠，其中NaCl含量不少于 99%ο
4.如权利要求I所述的一种水溶性陶瓷型芯的制备方法，其特征在于按照如下步骤进行对氯化钠粉末使用球磨机球磨处理，使其粒度达到120目，然后将其与锆英砂、电熔刚玉粉末放入桶式混料机中，干混1(Γ15分钟；然后加入饱和氯化钠溶液、聚乙二醇进行湿混2(Γ30分钟得到混合料；混合料通过捣实或射芯制备出湿态型芯后进行烘干、烧结，具体为在200°C 250°C烘干O. 5 I小时，而后再在920°C烧结30分钟。
全文摘要
本发明涉及陶瓷芯，特指一种水溶性陶瓷型芯及其制备方法，可用于浇注温度不超过900℃的内腔结构复杂或中空铸件的熔模铸造中。本项发明具体以电熔刚玉粉末、锆英砂、氯化钠颗粒为主体材料，NaCl溶液和聚乙二醇为粘结剂，通过特定的混配工艺，采用低温烘干，高温焙烧的工艺获得水溶芯陶瓷型芯。本发明的水溶性陶瓷型芯，既保证了型芯的强度，又有良好的成型性，具有操作方便快捷(只需用清水冲洗，短时间内就可轻易脱除型芯)、无污染、无需专用设备、对铸件无损坏等优点。
文档编号C04B35/10GK102786295SQ20121027620
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者王顺成, 贾志宏, 赵玉涛 申请人:江苏大学