一種陶瓷鑄型坯體的真空冷凍乾燥工藝的製作方法
2023-10-10 23:02:09 1
專利名稱：一種陶瓷鑄型坯體的真空冷凍乾燥工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於精密鑄造領域，具體涉及一種陶瓷鑄型坯體的真空冷凍幹 燥工藝。
背景技術：
陶瓷鑄型坯體的製備是精密鑄件生產的基礎。目前為了製造複雜形狀 的陶瓷鑄型，人們主要採用溼法成型來製作陶瓷鑄型坯體，即先在粉料中 加入水及分散劑製成漿料，再把漿料灌入模具中，形成坯體。
坯體成型後，必須對其進行乾燥，才能進行燒結。傳統的乾燥方法是-
(1)蒸發，這包括對流、輻射、微波等乾燥方式；(2)使用液體乾燥劑， 如乙醇，聚乙二醇等；(3)使水分通過模具壁內的的毛細管排出，而固相 留在模具內。如石膏模具，多孔材料模具。用上述幾種乾燥方法進行乾燥 時，水分都是以液態的形式存在於坯體中，由內部向表面不斷遷移，在坯 體表面蒸發或擴散。在這個過程中，由於水分不斷減少和液態水表面張力 的作用，固體顆粒會不斷靠近，擠壓，宏觀上就表現為坯體的收縮，這就 降低了尺寸精度，並造成了坯體的變形，開裂等問題。
為了提高陶瓷鑄型坯體的精度，降低乾燥時收縮率，在模具精度一定 的情況下，人們多採用提高固相含量的方法來降低收縮。但是這樣卻增加 了漿料的粘度，降低了流動性，使漿料不易完全充滿模具，尤其是形狀復 雜、薄壁或細長的陶瓷鑄型坯體
發明內容
本發明的目的就是針對溼法成型陶瓷鑄型坯體時，坯體乾燥收縮大， 尺寸精度低，易變形開裂的缺點，提供了一種無需增加漿料粘度，即可使 坯體在乾燥時減小收縮，提高尺寸精度，降低變形、開裂的陶瓷鑄型坯體 的真空冷凍乾燥工藝。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是
1) 採用溼法成型方式製備固相體積分數大於50-60%，含水質量分數 為15% 25%的水基陶瓷鑄型坯體；
2) 先將冷凍機預凍至-40°C -90°C，然後把水基陶瓷鑄型坯體放入 冷凍機中，冷凍2-4個小時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；
3) 抽真空使真空腔中的壓力低於15Pa;
4) 以2 8。C/小時的升溫速度使坯體由冷凍後的溫度升至-5。C -10。C， 然後穩定在-5°C -10°C直至幹透，即鑄型中水分質量分數小於5%;
5) 幹透後，即可得到收縮小，無開裂的陶瓷鑄型坯體。 本發明把冷凍真空乾燥應用到陶瓷鑄型坯體的製備中，將物料凍到共
晶點以下後，坯體中水分結成冰晶，在真空狀態下，供給熱能，坯體中的 冰直接升華為水蒸氣，在這個過程中，由於水分由固態直接升華成氣態， 固體顆粒不會受到液體水的表面張力，其受到的收縮力減小，故坯體的總 體收縮量被大大降低，因此降低了陶瓷坯體在乾燥階段的收縮率，提高了 尺寸精度，減少了坯體的變形與開裂，特別適用於形狀複雜陶瓷鑄型坯體 的乾燥。
具體實施例方式
實施例l，製作4mmX10mmX60ram的長方體試樣，採用溼法成型方式 製備固相體積分數為55%，含水質量分數為17%的陶瓷漿料，將漿料灌入4mmX10mraX60mm樹脂模具中，約10分鐘後叛料固化；先將冷凍機預凍至 -46°C，然後把水基陶瓷鑄型坯體放入冷凍機中，冷凍2個小時，使水基陶 瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；抽真空使真空腔中的壓力保持在lOPa 左右；以5T/小時的升溫速度使坯體由冷凍後的溫度升至-6°C，然後穩定 在-6。C直至幹透；幹透後，打開充氣閥，關閉真空泵，取出試樣即可得到 收縮小，無開裂的陶瓷鑄型坯體。將本發明所得的坯體與對流乾燥所得的 坯體進行對比後發現，冷凍真空乾燥可使陶瓷坯體在乾燥階段的收縮降低 66%。即可得尺寸精度高，變形小的複雜陶瓷鑄型坯體。
實施例2,製作燃汽輪機葉片的複雜陶瓷鑄型，採用溼法成型方式制 備固相體積分數為50%,含水質量分數為22%的陶瓷漿料，用光固化成型 機製造具有漿料澆注系統的複雜陶瓷鑄型樹脂模具，將漿料灌入樹脂模具 中，約10分鐘後漿料固化；先將冷凍機預凍至一50°C，然後把水基陶瓷鑄 型坯體放入冷凍機中，冷凍4個小時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全 結成冰晶；抽真空使真空腔中的壓力保持在10Pa左右；以5T/小時的升 溫速度使坯體由冷凍後的溫度升至-6°C，然後穩定在-6T直至幹透；幹透 後，最後，打開充氣閥，關閉真空泵，取出試樣即可得到收縮小，無開裂 的陶瓷鑄型坯體。
實施例3:採用溼法成型方式製備固相體積分數58%，含水質量分數
為16%的陶瓷漿料，然後將漿料灌入所需製備的模具中等漿料固化；先將
冷凍機預凍至-75。C，然後把水基陶瓷鑄型坯體放入冷凍機中，冷凍3個小 時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；抽真空使真空腔中的壓 力保持在10Pa左右；以2。C/小時的升溫速度使坯體由冷凍後的溫度升至 -10°C，然後穩定在-10°C直至幹透；幹透後，即可得到收縮小，無開裂的
陶瓷鑄型坯體。
實施例4:採用溼法成型方式製備固相體積分數53%，含水質量分數 為19%的陶瓷槳料，然後將漿料灌入所需製備的模具中等漿料固化；先將 冷凍機預凍至-90°C，然後把水基陶瓷鑄型坯體放入冷凍機中，冷凍4個小 時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；抽真空使真空腔中的壓 力為保持在10Pa左右；以8。C/小時的升溫速度使坯體由冷凍後的溫度升 至-5。C，然後穩定在-5。C直至幹透；幹透後，即可得到收縮小，無開裂的 陶瓷鑄型坯體。
實施例5:採用溼法成型方式製備固相體積分數60%，含水質量分數 為15%的陶瓷漿料，然後將漿料灌入所需製備的模具中等漿料固化；先將 冷凍機預凍至-80。C，然後把水基陶瓷鑄型坯體放入冷凍機中，冷凍2個小 時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；抽真空使真空腔中的壓 力為保持在10Pa左右；以4。C/小時的升溫速度使坯體由冷凍後的溫度升 至-8。C，然後穩定在-8。C直至幹透；幹透後，即可得到收縮小，無開裂的 陶瓷鑄型坯體。
權利要求
1、一種陶瓷鑄型坯體的真空冷凍乾燥工藝，其特徵在於1)採用溼法成型方式製備固相體積分數50-60％，含水質量分數為15％～22％的水基陶瓷鑄型坯體；2)先將冷凍機預凍至-40℃～-90℃，然後把水基陶瓷鑄型坯體放入冷凍機中，冷凍2-4個小時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；3)抽真空使真空腔中的壓力低於15Pa；4)以2～8℃/小時的升溫速度使坯體由冷凍後的溫度升至-5℃～-10℃，然後穩定在-5℃～-10℃直至幹透，即鑄型坯體中水分質量分數小於5％；5)幹透後，即可得到收縮小，無開裂的陶瓷鑄型坯體。
全文摘要
本發明涉及一種陶瓷鑄型坯體的真空冷凍乾燥工藝。其主要過程為將用溼法成型的水基陶瓷鑄型坯體放入真空冷凍乾燥機中預凍，待坯體中水分完全結晶後，開始抽真空，並控制物料溫度，使水分由冰直接升華成水蒸汽而被抽走，幹透後，即可得到乾燥收縮小，無開裂的陶瓷鑄型坯體。本發明把冷凍真空乾燥應用到陶瓷鑄型坯體的製備中，大大降低了陶瓷鑄型在乾燥階段的收縮率，提高了尺寸精度，降低了變形、開裂的可能性，特別適用於形狀複雜陶瓷鑄型坯體的乾燥。
文檔編號C04B35/622GK101337817SQ200810150610
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月12日 優先權日2008年8月12日
發明者吳海華, 崔鋒錄, 李滌塵, 郭楠楠 申請人:西安交通大學