一种制备陶瓷型壳试样的方法与流程

本发明属于脆性材料成型技术和质量控制技术领域，具体涉及一种制备陶瓷型壳试样的方法。

背景技术：

熔模精密铸造又称“失蜡铸造”，通常是指用易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样从型壳中熔化排除，经高温焙烧后得到陶瓷铸型即可进行填充浇注的铸造方案。因此陶瓷铸型质量的高低对熔模精密铸造的成品率影响重大，急需采用适当的测试方法对陶瓷型壳的强度、弹性模量、热膨胀系数等性能参数进行测量和控制。

目前陶瓷材料性能参数测量方法均要求试样具有特定的形状和尺寸，例如抗弯强度测量要求陶瓷试样必须为5×5×40mm的长方体，热膨胀系数测量要求陶瓷试样必须为Ф10×25mm的圆柱体。而采用熔模精密铸造方法制备的陶瓷型壳的形状尺寸难以控制，不能直接用于力学参数测试，另外陶瓷型壳强度低韧性差，在车床上夹持以及在加工过程中极易脆断，因此也无法利用机械加工的方法在现有制备的陶瓷型壳基础上加工得到。专利“陶瓷材料的断裂韧性试样制备方法(专利号：CN 104316372A)”公开了一种陶瓷材料试样的制备方法，该方法是将陶瓷浆料倒入特定内腔的模具中，经过干燥和烧结制成。该方法虽然能够得到特定形状的陶瓷试样，但与“泼洒料浆-撒砂-干燥”的熔模精密铸造型壳制备工艺差别较大，制备出的试样更为致密，用该试样测量得到的性能数据不能反映熔模精密铸造生产实际。由于缺乏合格的测试样品，陶瓷型壳的性能测量工作难以开展，阻碍了熔模精密铸造型壳制备技术的研究与提升工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种制备陶瓷型壳试样的方法，该方法能快速大量制备特定形状尺寸的陶瓷型壳试样，解决熔模精密铸造陶瓷型壳由于质脆难以加工成具有特定形状尺寸要求的试样，从而不能进行性能测试的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第1步，采用激光快速成形技术制备一个具有特定形状凹槽的树脂样品；

第2步，将粘度值在10～75s范围内的陶瓷浆料泼洒在树脂样品上，旋转树脂样品使陶瓷浆料均匀覆盖于树脂样品表面，再将陶瓷型砂均匀泼洒在样品表面的陶瓷浆料上，将包覆有陶瓷浆料和陶瓷型砂的树脂样品在恒温环境中静置2～5min；

第3步，用工具刀将所述树脂样品带有凹槽的一面上的陶瓷浆料与陶瓷型砂刮除，保留凹槽内的陶瓷浆料和陶瓷型砂，再将所述树脂样品在恒温环境中静置8～12h；

第4步，重复进行上述第2步和第3步直至所述凹槽被陶瓷浆料与陶瓷型砂完全填满；

第5步，将陶瓷浆料泼洒在第4步得到的树脂样品上，旋转树脂样品使树脂样品上的陶瓷浆料均匀覆盖于树脂样品表面，再将树脂样品在恒温环境中静置2～5min；

第6步，用工具刀将所述样品表面上的陶瓷浆料刮除，保留凹槽内的陶瓷浆料，将所述样品在恒温环境中静置40～48h；

第7步，用铁丝网将所述样品以及残留的陶瓷浆料和型砂全部包裹起来，制成型壳模型；

第8步，将第7步中制成的型壳模型进行电脱蜡处理；

第9步，将第8步中经过电脱蜡处理的型壳模型进行高温焙烧，出炉后除去铁丝网即得所需的陶瓷型壳试样。

所述的树脂样品为聚苯乙烯树脂样品。

所述恒温环境为：温度控制在20～25℃，相对湿度控制在20～30％的通风环境。

本发明具有的优点和有益效果在于：

本发明采用激光快速成形工艺制备树脂样品，样品中凹槽的形状尺寸灵活可调，能够快速大量制备特定形状要求的标准试样，满足多种性能测量实验的要求；采用本发明制备的陶瓷型壳试样的尺寸精度控制在±0.2mm以内，表面粗糙度Ra≤6.3，能够减少由于试样原因引起的测量误差，保证测量数据的准确性；制备的陶瓷型壳试样内部疏松多空，与熔模精密铸造工艺中陶瓷型壳的结构相同，利用本试样测试得到的性能数据能够真实反映熔模精密铸造实际生产中的陶瓷型壳性能；本方法简单易行，制备合格率高，具有明显的经济性和实用性，可以应用于大部分熔模精密铸造陶瓷型壳材料。

附图说明

图1是本发明实施例一中带有长方体形凹槽的树脂样品型壳模型的示意图。

图2是本发明实施例二中带有圆柱体形凹槽的树脂样品型壳模型的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明包括如下工艺步骤：

第1步，采用激光快速成形技术制备一个具有特定形状凹槽1b的树脂样品1；

第2步，将粘度值在10～75s范围内的陶瓷浆料泼洒在树脂样品上，旋转树脂样品使陶瓷浆料均匀覆盖于树脂样品表面，再将陶瓷型砂均匀泼洒在样品表面的陶瓷浆料上，将包覆有陶瓷浆料和陶瓷型砂的树脂样品在恒温环境中静置2～5min；

第3步，用工具刀将所述树脂样品带有凹槽1b的一面1a上的陶瓷浆料与陶瓷型砂刮除，保留凹槽1b内的陶瓷浆料和陶瓷型砂，再将所述树脂样品在恒温环境中静置8～12h；

第4步，重复进行上述第2步和第3步直至所述凹槽1b被陶瓷浆料与陶瓷型砂完全填满；

第5步，将陶瓷浆料泼洒在第4步得到的树脂样品上，旋转树脂样品使树脂样品上的陶瓷浆料均匀覆盖于树脂样品表面，再将树脂样品在恒温环境中静置2～5min；

第6步，用工具刀将所述样品表面1a上的陶瓷浆料刮除，保留凹槽1b内的陶瓷浆料，将所述样品1在恒温环境中静置40～48h；

第7步，用铁丝网将所述样品1以及残留的陶瓷浆料和型砂2全部包裹起来，制成型壳模型；

第8步，将第7步中制成的型壳模型进行电脱蜡处理；

第9步，将第8步中经过电脱蜡处理的型壳模型进行高温焙烧，出炉后除去铁丝网即得所需的陶瓷型壳试样。

实施例1

第1步，采用激光快速成形技术制备聚丙乙烯样品1，所述样品的轮廓尺寸为20×50×30mm，样品的一面上包含两个5×5×40mm的长方形凹槽1b；

第2步，将粘度值为50s的氧化钇浆料喷洒在树脂样品上，同时旋转树脂样品使氧化钇浆料均匀覆盖于树脂样品表面，直至氧化钇浆料不再形成液滴为止；再将氧化钇型砂喷洒在样品表面的陶瓷浆料上，同时旋转树脂样品使氧化钇型砂覆盖均匀，直至氧化钇型砂不再粘附为止，将包覆有氧化钇浆料和氧化钇型砂的树脂样品在恒温环境中静置2～5min；

第3步，用工具刀将所述树脂样品带有凹槽1b的一面1a上的氧化钇浆料与氧化钇型砂刮除，保留凹槽1b内的氧化钇浆料和氧化钇型砂，再将所述树脂样品在恒温环境中静置8～12h；

第4步，重复进行上述第2步和第3步直至所述凹槽1b被氧化钇浆料与氧化钇型砂完全填满；

第5步，将氧化钇浆料泼洒在第4步得到的树脂样品上，旋转树脂样品使树脂样品上的氧化钇浆料均匀覆盖于树脂样品表面，再将树脂样品在恒温环境中静置2～5min；

第6步，用工具刀将所述样品表面1a上的氧化钇浆料刮除，保留凹槽(1b)内的氧化钇浆料，将所述样品1在恒温环境中静置40～48h；

第7步，用铁丝网将所述样品1以及残留的氧化钇浆料及氧化钇型砂2全部包裹起来，制成氧化钇型壳模型；

第8步，将第7步中得到的氧化钇型壳模型在箱式电阻炉内进行电脱蜡处理，脱蜡温度为300℃，脱蜡时间为1h；

第9步，将第8步中经过电脱蜡处理的氧化钇型壳模型在隧道炉内进行高温焙烧，出炉后除去铁丝网即得所需的氧化钇型壳试样。

所述恒温环境为：温度为20℃，相对湿度为20％的通风环境。

实施例2

第1步，采用激光快速成形技术制备聚丙乙烯样品1，所述样品的轮廓尺寸为20×50×30mm，样品的一面上包含两个Φ10×25的圆柱形凹槽1b；

第2步，将粘度值为14s的氧化铝浆料喷洒在树脂样品上，同时旋转树脂样品使氧化铝浆料均匀覆盖于树脂样品表面，直至氧化铝浆料不再形成液滴为止；再将铝矾土型砂喷洒在样品表面的陶瓷浆料上，同时旋转树脂样品使铝矾土型砂覆盖均匀，直至铝矾土型砂不再粘附为止，将包覆有氧化铝浆料和铝矾土型砂的树脂样品在恒温环境中静置2～5min；

第3步，用工具刀将所述树脂样品带有凹槽1b的一面1a上的氧化铝浆料与铝矾土型砂刮除，保留凹槽1b内的氧化铝浆料和铝矾土型砂，再将所述树脂样品在恒温环境中静置8～12h；

第4步，重复进行上述第2步和第3步直至所述凹槽1b被氧化铝浆料与铝矾土型砂完全填满；

第5步，将氧化铝浆料泼洒在第4步得到的树脂样品上，旋转树脂样品使树脂样品上的氧化铝浆料均匀覆盖于树脂样品表面，再将树脂样品在恒温环境中静置2～5min；

第6步，用工具刀将所述样品表面1a上的氧化铝浆料刮除，保留凹槽(1b)内的氧化铝浆料，将所述样品1在恒温环境中静置40～48h；

第7步，用铁丝网将所述样品1以及残留的氧化铝浆料及铝矾土型砂2全部包裹起来，制成氧化铝型壳模型；

第8步，将第7步中得到的氧化铝型壳模型在箱式电阻炉内进行电脱蜡处理，脱蜡温度为300℃，脱蜡时间为1h；

第9步，将第8步中经过电脱蜡处理的氧化铝型壳模型在隧道炉内进行高温焙烧，出炉后除去铁丝网即得所需的氧化铝型壳试样。

所述恒温环境为：温度为22℃，相对湿度为25％的通风环境。