一种纤维增强陶瓷型芯的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纤维增强陶瓷型芯的制备方法，属于特种铸造技术领域。该制备方法包括以下步骤：(1)采用偶联剂对纤维进行表面处理；(2)将表面处理后的纤维、水和分散剂混合，得到纤维的分散液；(3)将所述纤维的分散液与基体粉料混合，依次经过蒸干、过筛和干燥，得到纤维基体混合料；(4)将所述纤维基体混合料与熔融态的增塑剂混合，得到陶瓷浆料；(5)将所述陶瓷浆料依次进行压制和焙烧，得到陶瓷型芯。本发明专利技术提供的制备方法能够提高陶瓷型芯的抗弯强度和气孔率、降低陶瓷型芯的收缩率，进而提高型芯的高温强度和尺寸稳定性。

Fabrication of a Fiber Reinforced Ceramic Core

The invention provides a preparation method of fiber reinforced ceramic core, which belongs to the field of special casting technology. The preparation method comprises the following steps: (1) surface treatment of the fibers with coupling agents; (2) mixing the fibers, water and dispersants after surface treatment to obtain the dispersing liquid of the fibers; (3) mixing the dispersing liquid of the fibers with the matrix powder, and then steaming, sieving and drying in turn to obtain the fibre matrix mixture; (4) mixing the fibre matrix mixture with the melted plasticizer. The ceramic slurry can be obtained by mixing; (5) The ceramic core can be obtained by pressing and calcining the ceramic slurry in turn. The preparation method provided by the invention can improve the bending strength and porosity of the ceramic core, reduce the shrinkage of the ceramic core, and further improve the high temperature strength and dimensional stability of the core.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强陶瓷型芯的制备方法
本专利技术涉及特种铸造
，尤其涉及一种纤维增强陶瓷型芯的制备方法。
技术介绍
熔模精铸作为一种材料近净成形技术，不仅能铸出形状十分复杂的零件，还可以铸造组合的、整体的铸件，常用于复杂航空、航天、汽车工业耐热构件的成形。随着技术发展，熔模精铸已可以生产出更大、更精、更薄、更强的产品。制备具有复杂空腔结构的熔模铸件则要用到陶瓷型芯，其作用是形成空心铸件的内腔形状。在铸件浇注和凝固过程中，型芯需要承受高温金属液带来的压力作用和冲击作用，这对型芯的高温强度及尺寸稳定性等提出了更高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纤维增强陶瓷型芯的制备方法，本专利技术提供的制备方法能够提高陶瓷型芯的抗弯强度和气孔率、降低陶瓷型芯的收缩率，进而提高型芯的高温强度和尺寸稳定性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种纤维增强陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：(1)采用偶联剂对纤维进行表面处理；(2)将表面处理后的纤维、水和分散剂混合，得到纤维的分散液；(3)将所述纤维的分散液与基体粉料混合，依次经过蒸干、过筛和干燥，得到纤维基体混合料；(4)将所述纤维基体混合料与熔融态的增塑剂混合，得到陶瓷浆料；(5)将所述陶瓷浆料依次进行压制和焙烧，得到陶瓷型芯。优选的，所述步骤(1)中纤维与偶联剂的固液比为1g:18～22mL。优选的，所述步骤(1)中的偶联剂为硅烷偶联剂。优选的，所述步骤(1)中表面处理的环境为酸性环境。优选的，所述步骤(1)中纤维为硅酸铝陶瓷纤维或碳化硅纤维，所述纤维的长度为2～7mm，直径为4～8μm。优选的，所述步骤(3)中纤维的分散液中分散剂的质量为基体粉料质量的0.2～0.7％。优选的，所述步骤(3)中纤维的分散液中纤维的质量为基体粉料质量的0.5～1.5％。优选的，所述步骤(4)中增塑剂为步骤(3)中基体粉料质量的16～20％。优选的，所述步骤(5)中的压制采用热压注法，所述热压注法包括：将陶瓷浆料注入到压注模具中，在压注机的压力作用下成形。优选的，所述焙烧的温度为1300～1400℃，焙烧的保温时间为1.5～2.5h。本专利技术提供了一种纤维增强陶瓷型芯的制备方法，包括以下步骤：(1)采用偶联剂对纤维进行表面处理；(2)将表面处理后的纤维、水和分散剂混合，得到纤维的分散液；(3)将所述纤维的分散液与基体粉料混合，依次经过蒸干、过筛和干燥，得到纤维基体混合料；(4)将所述纤维基体混合料与熔融态的增塑剂混合，得到陶瓷浆料；(5)将所述陶瓷浆料依次进行压制和焙烧，得到陶瓷型芯。本专利技术采用偶联剂对纤维进行表面处理，可以改善纤维的分散性，较未进行表面处理的纤维而言，得到的纤维的分散液中纤维的分散性更好，同时使纤维在与基体粉料混合时纤维与基体粉料更易结合，使得纤维能够均匀地分散到基体粉料中，确保得到的陶瓷型芯中纤维的均匀分散。均匀分散的纤维的桥接作用限制了微观裂纹的发展，纤维承受外力作用时，纤维拔出及断裂的失效形式消耗了能量，进而提升型芯的抗弯强度；另外，纤维对基体的致密化过程产生了抑制和阻碍作用，均匀分散的纤维抑制了型芯的烧结收缩，在型芯内部产生了较多的气孔和疏松孔洞，增大了型芯的气孔率，降低了型芯的收缩率，进而能够提高型芯的尺寸稳定性。实施例结果表明，采用本专利技术提供的制备方法得到的陶瓷型芯较未添加纤维得到的陶瓷型芯的强度提高34％以上，收缩率从0.889下降至0.335。此外，采用本专利技术提供的制备方法制备陶瓷型芯，由于陶瓷型芯的内部产生了较多的气孔和疏松孔洞，增大了型芯的气孔率，有利于脱芯。附图说明图1为实施例3的陶瓷型芯的试样。图2为实施例3陶瓷型芯试样的断口微观形貌图。具体实施方式本专利技术提供了一种纤维增强熔模精铸陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用偶联剂对纤维进行表面处理；(2)将表面处理后的纤维、水和分散剂混合，得到纤维的分散液；(3)将所述纤维的分散液与基体粉料混合，依次经过蒸干、过筛和干燥，得到纤维基体混合料；(4)将所述纤维基体混合料与熔融态的增塑剂混合，得到陶瓷浆料；(5)将所述陶瓷浆料依次进行压制和焙烧，得到陶瓷型芯。本专利技术采用偶联剂对纤维进行表面处理。在本专利技术中，所述纤维与偶联剂的固液比优选为1g:18～22mL，进一步优选为1g:20mL。在本专利技术中，所述偶联剂优选为硅烷偶联剂，进一步优选为KH560。本专利技术对所述偶联剂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的偶联剂即可。在本专利技术中，所述纤维优选为硅酸铝陶瓷纤维或碳化硅纤维；所述纤维的长度优选为2～7mm，进一步优选为2～6mm；所述纤维的直径优选为4～8μm，进一步优选为3～7μm。在性能上，本专利技术所述纤维的拉伸强度优选为3900～4100MPa，进一步优选为4000～4100MPa；所述纤维的弹性系数优选为280～300GPa，进一步优选为290～300GPa；所述纤维的熔点优选为1750～1850℃，进一步优选为1800～1850℃。在本专利技术中，所述偶联剂优选以偶联剂醇溶液的形式进行表面处理；所述表面处理的环境优选为酸性环境。本专利技术所述表面处理的步骤优选包括：将偶联剂、无机酸和有机醇混合，得到呈酸性的偶联剂醇溶液；将纤维与呈酸性的偶联剂醇溶液混合，依次经过搅拌、浸泡和过滤，得到表面处理后的纤维。本专利技术将偶联剂、无机酸和有机醇混合，得到呈酸性的偶联剂醇溶液。在本专利技术中，所述无机酸优选为醋酸，所述有机醇优选为甲醇、乙醇或异丙醇。本专利技术对所述无机酸的用量没有特殊要求，能够使偶联剂的醇溶液呈酸性即可。在本专利技术中，所述偶联剂、无机酸和有机醇的体积比优选为1:1:1～4。得到呈酸性的偶联剂醇溶液后，本专利技术优选将纤维与所述呈酸性的偶联剂醇溶液混合，依次经过搅拌、浸泡和过滤，得到表面处理后的纤维。本专利技术对所述混合的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可。在本专利技术中，所述搅拌的时间优选为5～10min，所述搅拌的速率优选不超过300r/min，以防止纤维断裂。搅拌之后，本专利技术对搅拌后的纤维继续浸泡。在本专利技术中，所述浸泡的时间优选为15～20min。浸泡之后，本专利技术将纤维从偶联剂的醇溶液中过滤出来。本专利技术对所述过滤的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的过滤方式即可。过滤之后，本专利技术优选还包括对过滤后的纤维进行清洗和干燥，得到表面处理后的纤维。在本专利技术中，所述清洗的清洗液优选为丙酮，本专利技术对所述清洗的步骤没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的清洗步骤即可。本专利技术对所述干燥的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的干燥方式即可。本专利技术采用偶联剂对纤维进行表面处理，可以改善纤维的分散性，进而有利于纤维在型芯中的均匀分散。得到表面处理后的纤维，本专利技术将表面处理后的纤维、水和分散剂混合，得到纤维的分散液。在本专利技术中，所述分散剂优选为纤维素，进一步优选为羟丙基甲基纤维素。在本专利技术中，所述分散剂的质量优选为基体粉料质量的0.2～0.7％，进一步优选为0.3～0.6％。本专利技术对所述水的用量没有特殊要求，能够将各组分混合均匀即可。得到纤维的分散液后，本专利技术将所述纤维的分散液与基体粉料混合，依次经过蒸干、过筛和干燥，得到纤维基体混合料。在本专利技术中，所述基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用偶联剂对纤维进行表面处理；(2)将表面处理后的纤维、水和分散剂混合，得到纤维的分散液；(3)将所述纤维的分散液与基体粉料混合，依次经过蒸干、过筛和干燥，得到纤维基体混合料；(4)将所述纤维基体混合料与熔融态的增塑剂混合，得到陶瓷浆料；(5)将所述陶瓷浆料依次进行压制和焙烧，得到陶瓷型芯。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强陶瓷型芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用偶联剂对纤维进行表面处理；(2)将表面处理后的纤维、水和分散剂混合，得到纤维的分散液；(3)将所述纤维的分散液与基体粉料混合，依次经过蒸干、过筛和干燥，得到纤维基体混合料；(4)将所述纤维基体混合料与熔融态的增塑剂混合，得到陶瓷浆料；(5)将所述陶瓷浆料依次进行压制和焙烧，得到陶瓷型芯。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中纤维与偶联剂的固液比为1g:18～22mL。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的偶联剂为硅烷偶联剂。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中表面处理的环境为酸性环境。5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦刚，严青松，郑强强，卢百平，晏玉平，毛蒲，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36