熔模铸造用氧化铝基多孔陶瓷型壳的选区激光烧结技术制造技术

本发明专利技术提供了熔模铸造用氧化铝基多孔陶瓷型壳的选区激光烧结技术。基于所述陶瓷型壳的总质量，所述陶瓷型壳中莫来石相的质量百分含量不小于60％。一方面，该陶瓷型壳的精度高、强度高、质量稳定、力学性能优异，进而可以使得在以该陶瓷型壳作为模具生产发动机叶片时，该陶瓷型壳不易发生破裂而导致漏液；另一方面，该陶瓷型壳的生产周期短、成本低，易于实现产业化。

Selective Laser Sintering of Alumina-based Porous Ceramic Shells for Investment Casting

The invention provides a selective laser sintering technology for alumina-based porous ceramic shell for investment casting. Based on the total mass of the ceramic shell, the mass percentage content of mullite phase in the ceramic shell is not less than 60%. On the one hand, the ceramic shell has high precision, high strength, stable quality and excellent mechanical properties, which makes it not easy for the ceramic shell to crack and leak when it is used as a mould to produce engine blades; on the other hand, the production cycle of the ceramic shell is short, the cost is low, and it is easy to realize industrialization.

【技术实现步骤摘要】
熔模铸造用氧化铝基多孔陶瓷型壳的选区激光烧结技术
本专利技术涉及材料
，具体的，涉及熔模铸造用氧化铝基多孔陶瓷型壳的选区激光烧结技术。
技术介绍
目前陶瓷型壳的制备方法周期长、成本高，且制备所得的陶瓷型壳力学性能较差，质量不稳定。因而，现有的陶瓷型壳的相关技术仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。本专利技术是基于专利技术人的以下发现而完成的：在相关技术中，传统的熔模铸造技术制备的陶瓷型壳的力学性能较差，质量不稳定，且生产周期长、成本高，不易控制。专利技术人对于此进行了大量周密的考察和实验研究后发现，采用相关技术中的方法在制备陶瓷型壳时，由于方法本身的原因，无论如何优化最佳的工艺参数，制备所得的陶瓷型壳中莫来石相的质量百分含量均较低，由此造成在传统的制备陶瓷型壳的方法中，制备所得的陶瓷型壳的力学性能较差、质量不稳定，难以满足陶瓷型壳的实际使用需求。基于此，专利技术人经过对制备陶瓷型壳的方法进行了大量深入的研究后打破了相关技术中由于陶瓷型壳应用于航空航天
、对于生产技术苛刻而选区激光烧结技术的激光能量不足无法生产陶瓷型壳的一般认知，意外地发现了采用选区激光烧结技术先制备预制件后再进行对所述预制件进行烧结处理能够显著地提高制备所得的陶瓷型壳中莫来石相的质量百分含量。更进一步地，专利技术人对选区激光烧结技术和烧结处理的工艺条件、参数等进行了进一步的优化，从而获得了精度高、强度高、质量稳定、力学性能更加优异的陶瓷型壳，进而该陶瓷型壳在作为模具生产发动机叶片时不会发生破裂而导致漏液。有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提出一种精度高、强度高、质量稳定、力学性能优异、在作为模具生产发动机叶片时不易发生破裂而导致漏液、生产周期短、成本低、易于实现产业化的陶瓷型壳。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种陶瓷型壳。根据本专利技术的实施例，基于所述陶瓷型壳的总质量，所述陶瓷型壳中莫来石相的质量百分含量不小于60％。专利技术人发现，一方面，该陶瓷型壳的精度高、强度高、质量稳定、力学性能优异，进而可以使得在以该陶瓷型壳作为模具生产发动机叶片时，该陶瓷型壳不易发生破裂而导致漏液；另一方面，该陶瓷型壳的生产周期可短至4～5天、成本低，易于实现产业化，同时适于试错研究。根据本专利技术的实施例，所述陶瓷型壳的压缩强度不小于80MPa，所述陶瓷型壳的弹性模量不小于1500MPa。在本专利技术的另一个方面，本专利技术提供了一种制备陶瓷型壳的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：对原料混合物进行选区激光烧结，以便得到预制件；将所述预制件进行烧结处理，以便得到陶瓷型壳。专利技术人发现，该方法操作简单、方便，容易实现、成本较低、生产周期可短至4～5天，易于实现产业化，同时适于试错研究，且制备所得的陶瓷型壳精度高、强度高、质量稳定、力学性能优异，进而可以使得在以该陶瓷型壳作为模具生产发动机叶片时，该陶瓷型壳不易发生破裂而导致漏液。根据本专利技术的实施例，所述原料混合物包括：35～60重量份的Al2O3；6～16重量份的粘结剂；24～59重量份的SiO2。根据本专利技术的实施例，所述Al2O3和所述SiO2的粒度各自独立地为270～450目。根据本专利技术的实施例，所述Al2O3和所述SiO2的纯度各自独立地不小于99.0％。根据本专利技术的实施例，所述粘结剂包括环氧树脂ER12。根据本专利技术的实施例，所述原料混合物是通过将所述Al2O3、所述粘结剂和所述SiO2在8～10r/min的转速条件下搅拌混合12～24h获得的。根据本专利技术的实施例，所述搅拌混合采用行星式三维混合设备进行。根据本专利技术的实施例，所述选区激光烧结满足以下条件的至少之一：分层厚度0.10～0.20mm；激光功率16～24W，扫描速度3000～5000mm/s，扫描间距0.10～0.20mm。根据本专利技术的实施例，所述烧结处理是通过以下步骤进行的：以6～8℃/min的加热速率升温至800～1200℃后，以3～5℃/min的加热速率升温至1450～1600℃，并在1450～1600℃条件下保温20～40min。根据本专利技术的实施例，该方法包括：采用行星式三维混合设备、于主轴转速8～10r/min、空气介质条件下，将35～60重量份、粒度为270～450目的Al2O3，6～16重量份的环氧树脂ER12和24～59重量份、粒度为270～450目的SiO2混合12～24h，以便得到原料混合物；于激光功率16～24W，扫描速度3000～5000mm/s，扫描间距0.10～0.20mm，分层厚度0.10～0.20mm的条件下，将所述原料混合物进行选区激光烧结，以便得到预制件；以6～8℃/min的加热速率将所述预制件升温至800～1200℃后，以3～5℃/min的加热速率将所述预制件升温至1450～1600℃并保温20～40min，以便得到陶瓷型壳。附图说明图1显示了本专利技术一个实施例的制备陶瓷型壳的方法的流程示意图。图2a、图2b、图2c、图2d显示了本专利技术的选区激光烧结的工作原理示意图。图3显示了本专利技术实施例1中陶瓷型壳的X射线衍射图谱。图4显示了本专利技术实施例1中陶瓷型壳的扫描电子显微镜照片。图5显示了本专利技术实施例1中陶瓷型壳的常温压缩应力-应变曲线。图6显示了本专利技术实施例1中陶瓷型壳的高温压缩应力-应变曲线。图7显示了本专利技术实施例2中陶瓷型壳的X射线衍射图谱。图8显示了本专利技术实施例2中陶瓷型壳的扫描电子显微镜照片。图9显示了本专利技术实施例2中陶瓷型壳的常温压缩应力-应变曲线。图10显示了本专利技术实施例2中陶瓷型壳的高温压缩应力-应变曲线。图11显示了本专利技术实施例3中陶瓷型壳的X射线衍射图谱。图12显示了本专利技术实施例3中陶瓷型壳的扫描电子显微镜照片。图13显示了本专利技术实施例3中陶瓷型壳的常温压缩应力-应变曲线。图14显示了本专利技术实施例3中陶瓷型壳的高温压缩应力-应变曲线。附图标记：11：第一片状子模型区域12：第二片状子模型区域99：激光100：激光发射装置200：激光偏转装置300：铺粉装置400：送粉系统500：工作系统具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种陶瓷型壳。根据本专利技术的实施例，基于所述陶瓷型壳的总质量，所述陶瓷型壳中莫来石相的质量百分含量不小于60％。专利技术人发现，该陶瓷型壳相较于相关技术中的方法制备所得的陶瓷型壳，由于莫来石相的质量百分含量高，由此该陶瓷型壳的精度高、强度高、质量稳定、力学性能优异，进而可以使得在以该陶瓷型壳作为模具生产发动机叶片时，该陶瓷型壳不易发生破裂而导致漏液；另一方面，该陶瓷型壳的生产周期可短至4～5天、成本低，易于实现产业化，同时适于试错研究。在本专利技术的一些实施例中，基于所述陶瓷型壳的总质量，所述陶瓷型壳中莫来石相的质量百分含量可以为60％、62.4％、70％、80％、88％、90％、95.4％等。由此，所述陶瓷型壳中的莫来石相的质量百分含量显著提高，可以进一步使得该陶瓷型壳的精度高、强度高、质量稳定、力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷型壳，其特征在于，基于所述陶瓷型壳的总质量，所述陶瓷型壳中莫来石相的质量百分含量不小于60％。

【技术特征摘要】
2018.09.19 CN 20181109366221.一种陶瓷型壳，其特征在于，基于所述陶瓷型壳的总质量，所述陶瓷型壳中莫来石相的质量百分含量不小于60％。2.根据权利要求1所述的陶瓷型壳，其特征在于，所述陶瓷型壳的压缩强度不小于80MPa，所述陶瓷型壳的弹性模量不小于1500MPa。3.一种制备陶瓷型壳的方法，其特征在于，包括：对原料混合物进行选区激光烧结，以便得到预制件；将所述预制件进行烧结处理，以便得到陶瓷型壳。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述原料混合物包括：35～60重量份的Al2O3；6～16重量份的粘结剂；24～59重量份的SiO2，任选的，所述Al2O3和所述SiO2的粒度各自独立地为270～450目，任选的，所述Al2O3和所述SiO2的纯度各自独立地不小于99.0％，任选的，所述粘结剂包括环氧树脂ER12。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述原料混合物是通过将所述Al2O3、所述粘结剂和所述SiO2在8～10r/min的转速条件下搅拌混合12～24h获得的，任选的，所述搅拌混合采用行星式三维混合设备进行。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：许庆彦，魏倩，许自霖，王润楠，钟江伟，杨聪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11