专利名称：在陶瓷制品表面包铸超薄层有色金属的方法及其制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及在陶瓷制品表面包铸超薄层金属的方法，以及按这种方法制造的产品。
众所周知，陶瓷制品具有外表美观，耐腐蚀，耐热的优点，它广泛应用于工业，建筑和日常生活用品上，但也存在着质地脆、易碎的缺点。为了克服上述缺点，人们设想过在陶瓷制品的表面上包一层金属，例如，铜、锡，这种设想对日常生活用品，特别是对某些工艺品，使它既能克服陶瓷制品的缺点，又能实现产品的创新，提高使用价值和观赏价值。为此，人们曾试图用粘结剂在泥塑制品上涂覆金属粉未的方法用于陶瓷制品上，但是，由于涂覆的金属粉未与陶瓷制品的结合强度低，涂覆层的厚度薄，且由于粘结剂本身不耐热，这样就容易产生剥落。还有的人试图用薄的金属薄片包裹的方法来实现上述目的，但由于工艺复杂，金属薄片与陶瓷制品之间不能形成紧密的接触，特别是金属薄片端边的连接，以及遇到复杂的结构形状，如两端尺寸比中间部分大的时候，这种工艺更难于解决。随着铸造工艺的发展，人们试图用精密铸造和脱蜡铸造的方法来实现上述目的，但是由于工艺复杂，成本高，更主要的是难于在陶瓷制品上实现包铸厚度在1毫米以下的超薄层金属层，另一方面，即使使用精密铸造和失蜡铸造工艺也难于在结构形状极为复杂的陶瓷制品上实现超薄层金属包铸。
因此，本发明的一个目的在于提供一种简单易行，能在各种形状的陶瓷制品上包铸有色金属的方法。
本发明的另一个目的在于提供在陶瓷制品上有包铸超薄层有色金属的产品。
按照本发明在陶瓷制品上包铸超薄层有色金属的方法，是按照下述步骤进行。
1、对欲包铸的陶瓷制品进行预加工把欲包铸的陶瓷制品的腔内用混有水玻璃的石英砂充填压实，然后加热使之硬化，这样做类似于造型的泥芯，其目的在于防止浇注时金属液流入陶瓷制品的腔内。这是本发明区别于已有技术的一个主要特征。
2、对陶瓷制品包铸超薄层有色金属的表面挂蜡挂蜡用的蜡液是用工业用石蜡制备，将其放入干净的容器中，逐渐加热到56℃-58℃，使之充分液化。将已进行预加工的陶瓷制品浸入蜡液，并加以转动，让蜡液粘附在陶瓷制品上，但不包括陶瓷制品的开口部份，通常在2-3秒钟后取出，立即放入冷水中冷却，以防止变形。取出后在自然条件下风干固化，通常需1-2小时。
挂蜡的过程实际上是为包铸确定型腔(具体的在后面再说明)，所以挂蜡工艺是直接确定所包铸的有色金属层的厚度。通常为1毫米，对于包铸流动性较好的有色金属，其厚度可减少到0.5毫米。挂蜡的厚度应力求均匀，表面必须完整，无裂缝，无气泡等。
但是，为了在包铸的有色金属层上能出现所要求的图案时，可在所形成的挂蜡的蜡层表面上用浮雕、镶嵌等方法预先成形。这是本发明区别于已有技术的一个重要特征。
3、制造浇注用的浇口和冒口，并与已挂蜡的陶瓷制品焊接在一起按照本发明的在陶瓷制品上包铸超薄层有色金属层的方法所使用的浇口和冒口也是用石蜡制成。
浇口的形状是圆弧形锥状浇口，其锥度由上向下渐缩，厚度略大于陶瓷制品上挂蜡的厚度，采取上述结构是适应超薄包铸的需要，亦即为了提高浇注速度。
冒口是实心的圆锥体，这与型砂铸造中用的冒口相类似。
浇口和冒口与挂蜡后的陶瓷制品用蜡液或焊刀加热焊接。为了对下面的工艺方法叙述简便起见，只提挂蜡的陶瓷制品，在这种情况下所说的挂蜡的陶瓷制品也包含与之焊接在一起的浇口和冒口。
4、在挂蜡之后的陶瓷制品上形成型壳按照本发明的陶瓷制品上包铸超薄层有色金属的方法，它不需要象通常的铸造方法那样需要用砂箱造型，而是在挂蜡的陶瓷制品上挂涂涂料和石英砂等，经处理后，使之在挂蜡后的陶瓷制品上形成类似于壳体的型壳，该型壳的作用与砂型的作用相同。这也是本发明区别已有技术的又一个重要特征。
在挂蜡后的陶瓷制品上形成型壳分以下三步进行。
第一步，是直接在挂蜡后的陶瓷制品的蜡层表面上形成面层。
在形成面层之前，首先要配制面层涂料，面层涂料的配方包括酸性水玻璃(模数2.7-3.4，比重1.3)270-300目的石英砂，与酸性水玻璃的重量比为1.2∶1正辛醇，占涂料重量的0.02-0.05%，表面活化剂，占涂料重量的0.02-0.05%，面层涂料的配制是先将酸性水玻璃倒入容器内，开动搅拌机进行搅拌，在搅拌的同时，加入已用少许水稀释的表面活化剂，如op-10和正辛醇，最后加入270-300目的石英砂，搅拌至均匀，通常需2小时。然后将配制好的涂料用容积为100立方毫米的流杯粘度计测试粘度。粘度应为40-50秒。
将已挂蜡的陶瓷制品浸入面层涂料中，并稍加转动，待涂料已均匀地涂覆在陶瓷制品上后立即取出，撒以50-100目的石英砂，该石英砂层应该均匀，不留空白，然后自然干燥30分钟，放入浓度为20-24%的氯化铵溶液中，使其硬化，取出在自然条件下干燥30-90分钟。这样就形成面层。
第二步，在完成面层涂覆之后，再在该面层的表面形成过渡层。
在形成过渡层之前，也需先配制过渡层涂料，该涂料的配方为酸性水玻璃(模数2.7-3.4，比重1.3)270-300目的石英砂，与酸性水玻璃重量比为1.1∶1。
过渡层涂料的制备方法与面层涂料的制备方法基本相同，除在搅拌时不加入正辛醇和表面活化剂外。制备好的过渡层涂料用容积为100立方毫米的流杯粘度计测量粘度，粘度应为30-35秒。
将已完成面层加工的陶瓷制品浸入过渡层涂料中，稍加转动，使涂料均匀地涂覆在陶瓷制品上后立即取出，撒以50-100目的石英砂，然后自然干燥15-30分钟，再放入浓度为20-24%的氯化铵溶液中浸泡1-2分钟后取出，在自然条件下干燥15-30分钟，这样就形成第二层过渡层。
第三步，是在形成过渡层的表面上再形成加强层。
在形成加强层之前，需先制备加强层涂料，其配方为酸性水玻璃(模数2.7-3.4，比重1.3)140-270目的铝钒土粉，与酸性水玻璃重量比为1.1∶1。
加强层涂料的制备方法与过渡层相同，其差异只是将140-270目的铝钒土粉替代过渡层涂料中的270-300目的石英粉。配制好的加强层涂料用容积为100立方毫米的流杯粘度计测试粘度，加强层涂料的粘度为20-35秒。
将已完成过渡层加工的陶瓷制品浸入加强层涂料中，稍加转动，使涂料均匀地涂覆在陶瓷制品上后立即取出，撒以10-30目的石英砂，然后自然干燥15-30分钟，再放入浓度为20-24%的氯化铵溶液中硬化，浸泡1-2分钟后取出，在自然条件下干燥不少于4-8小时。这样就形成第三层加强层，亦即制成型壳。
经过上述三步所形成的型壳的厚度一般在4-6厘米左右，它完全能适应超薄层有色金属包铸的需要。
5、脱蜡形成型壳的陶瓷制品需经过脱蜡处理，这道工序的实质就是把型壳内的蜡层，包括蜡制的浇口和冒口(严格地说，这里所说的用蜡制的浇口和冒口实际上就是浇注时的浇口和冒口的型芯)，在浇注前将它们从型壳中去掉，使得陶瓷制品与外面所包围的型壳之间形成一个间隙和浇注用的浇口和冒口，这个间隙也就成为陶瓷制品上包铸超薄层有色金属时的型腔，也就是说，它是用于接受所浇注的金属，显然，这是本发明的在陶瓷制品上包铸超薄层有色金属方法与已有技术的又一个重要的区别。
脱蜡前应对已制成型壳的陶瓷制品进行清理，必要时，可以浸入干净的水或0.5-1%的氯化铵溶液内清洗。
脱蜡液是用浓度为3-5%的氯化铵溶液，溶液温度为95℃-98℃(切忌溶液沸腾)，由于蜡的溶点低，比重小，溶化后将浮升至液面，从而形成型腔。
脱蜡之后，用浓度为2-3%的硼酸水溶液清洗，所使用的溶液温度为98℃-100℃，直至蜡液全部清除，然后自然干燥4-8小时。
6、焙烧浇铸将其开口的一端向下，置于已装填底砂的焙烧管上面或焙烧篮中，送进加热装置中进行焙烧。加热装置可以是电炉，或用天燃气炉，或者是其它任何合适的加热装置。
焙烧的温度取决于欲包铸的有色金属的熔点，它应接近或高于所浇有色金属的熔点的温度，例如，包铸黄铜时浇注温度为980-1050℃，其保温的温度为950℃-1100℃，目的在于充分消除型壳内可能残留的蜡质和结晶水，并保证被浇注的有色金属能充满型腔中的任何部位。
浇注时，是将在高温下的型壳从加热装置中移出，从浇口中注入已熔融的有色金属。
7、铸后处理铸后处理是让浇铸后的型壳在自然条件下冷却，然后将陶瓷制品腔内充填的混有水玻璃的石英砂和在包铸的有色金属层以外的型壳部分，以及浇冒口清除或割除掉。这样就制成包铸有色金属层的陶瓷制品。
包铸超薄层有色金属的陶瓷制品的表面具有4-6级的表面光洁度，其外表面与有色金属制品无异，但由于包铸了有色金属层，因此，手持时具有金属感，但重量又低于金属制品。
采取上述方法制成的超薄层有色金属的包铸陶瓷制品，尤其是工艺品，更显出其观赏和使用价值。
下面通过实施例来说明用上述工艺方法所制造的在陶瓷制品上包铸有超薄层有色金属的制品。
例1
图1所示是一个用宜兴陶土制成的紫砂壶的剖面图，它包括一个中空的壶体1，在其一侧有一个与之相通的中空的壶嘴2，另一侧是手柄3。在洗净的壶体1和壶嘴2内充填混有水玻璃的石英砂，直至两者的开口处4、5，然后在开口处4、5分别用水玻璃封住。在此应特别注意的是充填时必须充填结实，以防止在焙烧和浇注时下陷。在开口处4、5涂覆的水玻璃应能使其密封，以防止在烧注时由于有间隙而将熔融的金属流入。
然后用前述的方法对紫砂壶挂蜡，以便在紫砂壶的外表面形成一层均匀的蜡层6，挂蜡的蜡层厚度一般小于1毫米，优选的是0.50-0.30毫米。
为了在包铸有色金属后的紫砂壶上形成各种图案或文字，这时需在蜡层上用众所周知的浮雕、镂雕、镶嵌等方法制成各种图案或文字，以便在浇铸金属后就可以形成相应的图案或文字。
然后将浇口7和冒口8分别与已挂蜡的紫砂壶用蜡液焊接，如图1所示，浇口7和胃口8是在壶体1的上部(按图示方向)。
在完成表面修饰和焊接浇口7和冒口8之后，按前述的方法在挂蜡的紫砂壶上先后形成面层9、过渡层10和加强层11，从而制成紫砂壶的型壳。
制成的型壳经清洗后进行脱蜡处理，脱蜡的方法如前所述，脱蜡之后，图1中所示的浇口7和冒口8及在紫砂壶外表面的蜡层都将去掉，从而形成实际上的浇口7和冒口8以及型腔。这样为浇注金属作好了准备。
之后将已制成的型壳按图1所示将开口端向下，在其下面垫了用石英砂制成的中空锥体的管12，并放入加热装置内加热。
在本实施例中，浇注的金属材料是铝，铝液的浇注温度为720-750℃，鉴此，为防止型壳在焙烧后从加热装置中移出时可能产生的温度下降，为了进行补偿，型壳是在700℃-750℃的高温下焙烧，焙烧时，保温时间为1-1.5小时，然后将型壳从加热装置中移出，立即将熔融的铝从浇口7中浇入。冷却后，去掉紫砂壶外面的型壳，浇、胃口以及壶体内和壶嘴2内的石英砂，从而制成包铸超薄层铝的紫砂壶。
例2图2所示的是陶土制的仿古酒杯的照片，它与例1不同的在于浇注的金属是锡，锡的浇注温度为280-350℃，已制成的型壳的酒杯在350-400℃的高温下焙烧保温1-2小时，然后从加热装置中移出并注入已熔融的金属锡，从而制成用锡包铸的仿古酒杯。如图2所示，里面是一层陶土制仿古酒杯13，其外面一层是包铸的超薄层的锡14。
从上述实施例来看，对本专业普通技术人员不难理解，包铸的金属可以不限于这些，它可以是各种有色金属，当然也可以是贵金属，如铂、金、银。关键是型壳的焙烧温度必须接近或高于欲浇注的金属(或合金)的熔点，高出的程度应足以保证欲浇注的金属(或合金)在完成浇注操作过程中能让欲浇注的金属液充满型腔的各个部位。
通过上述实施例，本专业的普通技术人员不难理解，尽管所例举的例子属于日常生活用品和工艺品，但是将上述方法应用于其它领域也是显而易见的。
按照本发明公开的陶瓷制品上包铸超薄层金属的方法及其制品的构思下，本专业的普通技术人员可以做出其它变换和改进，但这些变换和改进都在本发明要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种在陶瓷制品上包铸超薄层有色金属的方法，其特征在于所说的方法包括将陶瓷制品的内腔用混有水玻璃的石英砂充填，然后加热使其硬化；在陶瓷制品包铸超薄层金属的表面上用石蜡制成蜡液挂涂；将蜡制的浇口和冒口焊接到已挂蜡的陶瓷制品上；在包括焊接了浇口和冒口的，已挂蜡的陶瓷制品上形成由面层、过渡层和加强层所组成的型壳；对已成型的型壳的陶瓷制品脱蜡；将脱蜡后的陶瓷制品放在用石英砂制的石英砂管上，并一起置于加热装置内焙烧，焙烧的温度应接近或高于欲浇铸的金属的熔点，且应保证在整个浇注过程中能使欲浇铸的金属能充满型腔的各个部份；从加热装置中移出型壳，并浇入已熔融的欲包铸的金属；待浇铸的金属冷却后清除型壳、浇口、冒口和陶瓷制品内腔中的充填物。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所说的由面层过渡层和加强层所组成的型壳是按下列步骤制作的先将酸性水玻璃进行搅拌，并加入表面活化剂OP-10和正辛醇，所加入的表面活化剂OP-10和正辛醇的重量分别为所制成的面层涂料重量的0.02-0.05%，再加入与酸性水玻璃的重量比为1.2∶1的270-300目的石英砂，并搅拌得基本均匀，从而制成面层涂料，该涂料在用容积为100立方毫米的流杯粘度计测试，粘度应为40-50秒;将已挂蜡的陶瓷制品(含已焊接的浇口和胃口)浸入所说的面层涂料中，均匀后取出并撒以50-100目的石英砂，自然干燥后，浸入浓度为20-24%的氯化铵溶液中硬化，然后取出自然干燥，以此形成面层;然后制备过渡层涂料，该涂料是将酸性水玻璃进行搅拌，所说的酸性水玻璃和石英砂的重量比为1∶1.1，并充分地进行搅拌制成涂料，所制成的过渡层涂料用容器为100立方毫米的流杯粘度计测试，其粘度应在30-35秒范围内;将形成面层的陶瓷制品浸入所说的过渡层涂料中，待均匀后取出并撒以50-100目的石英砂，经自然干燥后，放入浓度为20-24%的氯化铵中浸泡硬化，然后取出自然干燥，以此形成过渡层;再制备加强层涂料，该涂料是将酸性水玻璃进行搅拌，然后加入140-270目的铝钒土粉，将形成过渡层的陶瓷制品浸入所说的加强层涂料中，待均匀涂覆后取出撒以10-30目的石英砂，自然干燥后放入浓度为20-24%的氯化铵溶液中硬化，然后取出经自然干燥形成加强层。
3.按照权利要求1或2所说的方法，其特征在于所说的包铸的金属是有色金属。
4.按照权利要求3所说的方法，其特征在于所说的有色金属包括铜、锡、铝及其合金中的任一种。
5.一种按权利要求1或2所述方法制成的包铸超薄层有色金属的陶瓷制品，其特征在于所说的陶瓷制品的表面包铸一层厚度小于1毫米的金属层。
6.按照权利要求5所说的陶瓷制品，其特征在于所说的有色金属层的厚度在0.5-0.3毫米范围内。
7.按照权利要求5或6所述的陶瓷制品，其特征在于所说的有色金属是铜、锡、铝及合金中的任一种。
全文摘要
本发明公开了一种在陶瓷制品上包铸超薄层金属的方法，它包括在陶瓷制品内腔充填混有水玻璃的石英砂并用水玻璃封住、挂蜡、焊浇、冒口，制型壳、去蜡，对型壳加温到高于欲浇注金属的浇注温度，浇注及冷却处理各工序。本发明还公开了用上述方法制备的产品。该方法适用于有色金属及其合金。具有操作简便，成本低的优点。
文档编号B22C9/04GK1061923SQ9210007
公开日1992年6月17日 申请日期1992年1月14日 优先权日1992年1月14日
发明者张焕麒 申请人:张焕麒