一种空心叶片陶瓷铸型的光固化直接制造方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光固化工艺直接制作空心叶片陶瓷铸型的制造方法，该方法首先将陶瓷粉末与预混液均匀混合后制备陶瓷浆料；其次根据空心叶片模型得到包含浇注系统的空心叶片铸型模型，将陶瓷浆料在光固化成型机上根据空心叶片铸型模型直接制作陶瓷铸型素坯；然后对陶瓷铸型素坯脱水得到干燥的陶瓷铸型；最后将干燥的陶瓷铸型放入高温焙烧炉中进行脱脂和烧结，制成空心叶片陶瓷铸型。该陶瓷铸型可用于空心叶片的铸造，替代传统熔模铸造中的多层陶瓷型壳及型芯制造工艺。该方法无需传统工艺中的熔模制作、挂浆和撒砂工序，具有工艺简单、周期短、成本低、见效快等特点。

Light solidification direct manufacturing method for hollow blade ceramic mold

The invention relates to a manufacturing method of directly making a hollow blade ceramic mold curing process based on this method, the ceramic powder and premixed liquid evenly mixed to prepare ceramic slurry; secondly the mold hollow blade model contains gating system based on hollow blade model, the ceramic slurry in stereolithography machine according to the hollow blade direct fabrication of ceramic mold casting model blank; then the ceramic mold blank obtained by dehydration of ceramic mold drying; finally the ceramic mold drying in high temperature roasting furnace for degreasing and sintering of ceramic mold piece made of empty leaves. The ceramic mold can be used for the casting of hollow blade and replace the multilayer ceramic shell and the core making process in the traditional investment casting. The method does not need the process of making, hanging and spreading sand in the traditional process, and has the advantages of simple process, short cycle, low cost and quick effect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及精密铸造
，具体涉及一种空心叶片陶瓷铸型的光固化直接制造方 法，主要包括陶瓷浆料制备，空心叶片铸型三维模型的生成，空心叶片陶瓷铸型素坯的光 固化成形，陶资铸型素坯的干燥和陶资铸型的脱脂和烧结工艺。
技术介绍
随着工业发展，能源问题日渐突出，提高能源利用效率成为工业发展的必由之路。工 业燃气轮机是目前高效、洁净的能源动力系统之一，但是其制造技术异常复杂，其中叶片 的制造技术是燃气轮机的关键技术之一。燃气轮机工作过程中，燃气轮机叶片要长时间承 受高温、高压气流的冲击，而且为了提高燃气轮机功率，涡轮前温度逐渐提高，其服役温 度往往超过燃气轮机发动机叶片金属熔点，为此燃气轮机叶片要设计成空心叶片，且内部 要包含复杂的冷却通道，通过冷却介质对叶片进行高效冷却。由于燃气轮机叶片外形精度 要求高，属于薄壁结构件，最小壁厚可达0. 3mm ~ 0.6mm ，因此熔模精密铸造技术广泛 应用于燃气轮机叶片的制造。传统的叶片熔模铸造的基本过程是首先通过压模机制备陶瓷型芯；其次将陶瓷型芯 裝配到蜡模模具中，接着注入石蜡，形成包含有陶瓷型芯的蜡模(蜡模的外形与叶片外形 相同)；接着在蜡模表面涂挂陶瓷浆料、撒砂制备型壳，在高压蒸汽炉中熔化石蜡，获得 带有型芯的型壳，并对型壳进行焙烧，去除残存的有机物；最后浇注高温金属液体，待其 冷却后，采用沖几械方式或化学方式或者两种相结合的方式除去陶瓷型芯、型壳获得铸件。由于陶覺型芯装配到蜡模模具过程中存在定位误差和装配误差，同时稳定性较差，以 及后续注蜡、涂料、撒砂、脱蜡等过程费时、工艺繁瑣而且成本较大，从而直接影响陶瓷 型壳的制造周期和成本，影响最终的铸件制造周期、成本以及制作效率。目前利用传统的 制作方法，叶片的成品率只有10%，如此低的成品率大大的提高了零件的制作成本，降低 了制作效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供，该方法将光 固化快速成型技术与陶乾成形工艺结合应用到空心叶片陶乾铸型的制造工艺中，能够制作结构复杂的陶瓷铸型，简化空心叶片生产工艺、缩短生产周期、提高生产效率、降低生产 成本，同时保证铸件的质量。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案1、 一种空心叶片陶瓷铸型的 光固化直接制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 制备预混液预混液的质量分数组成为60 - 80%的溶液，该溶剂为去离子水、硅溶胶；其余部分 为有机物溶质丙烯酰胺和N-N'亚曱基双丙烯酰胺；该有机物溶质中，丙烯酰胺质量分 数为90 - 96%, N-N'亚曱基双丙烯酰胺质量分数为4-10%;将丙烯酰胺和N-N'亚曱 基双丙烯跣胺加入所述溶剂中，使其全部溶解，得到预混液；制备陶瓷浆料按照质量分数组成为40%-85%的陶瓷粉末和15°/。-60%的预混液，称取备用；将陶瓷粉 末逐次加入预混液中，并加入分散剂，其质量为陶瓷粉末质量的0.1 - 0. 8%，球磨1 - 3小 时，使各组分混合均匀；然后，加入水基光引发剂，其质量为预混液质量的0. 3-2%,搅拌 或球磨混合，得到分散均匀的陶瓷浆料。制作陶瓷铸型素坯根据空心叶片模型得到空心叶片铸型的三维模型，输入光固化成型机，在光固化成型 机上利用所述陶瓷浆料直接制作空心叶片陶瓷铸型素坯，并将得到的陶瓷铸型素坯冲洗干 净，除去表面吸附的陶瓷浆料；干燥将干净的陶瓷铸型素坯放入干燥剂聚乙二醇中8-10个小时，使其收缩停止，取出并 在水中沖洗干净，放入烘干箱中，使其彻底干燥； 焙烧成型将干燥后的陶资铸型素坯放入高温焙烧炉中进行脱脂和烧结，最后得到空心叶片陶瓷 铸型。本专利技术的进一步改进和特点还在于(1)所述陶乾粉末为氧化硅、氧化铝或稳定氧化锆；在制备陶瓷浆料时，氧化硅质 量分数为45-78%,氧化铝质量分数为50 - 84%，稳定氧化锆质量分数为65 - 88%;所述 陶瓷粉末的中径在0.1-10 n m之间 所述氧化硅陶瓷粉末可选择质量分数10 ~ 30 %的中 径1. 8微米粉末和70 ~ 90 %的中径8微米粉末的级配混合物；或者直接采用中径5微米粉 末。所述陶瓷浆料粘度最好小于3000mpa - s。5(2) 制备预混液的溶液采用硅溶胶和甘油的混合物，其质量比范围为3: 2-9: 1。(3) 所述水基光引发剂为光引发剂1173。(4) 所述制作陶瓷铸型素坯，采用干燥剂聚乙二醇的分子量为400- 1000。(5) 分散剂为聚丙烯酸钠或聚丙烯酸铵。(6) 陶瓷粉末采用氧化硅的焙烧成型步骤具体为将干燥后的陶瓷铸型素坯》文入高温 焙烧炉中，以每小时100-200° C升温至200。 C,保温l-2小时；然后以每小时60-120° C升温至600。 C，保温l-2小时，使有机物全部裂解；再以每小时300。 C升温至1200 ° C,保温l-2小时；最后随炉冷却至室温；或陶瓷粉末采用氧化铝的焙烧成型步骤具体为将干燥后的陶瓷铸型素坯放入高温焙烧 炉中，以每小时100-200° C升温至200。 C,保温l-2小时；然后以每小时60 - 120° C升 温至600° C,保温l-2小时，使有机物全部裂解；再以每小时300。 C升温至1500。 C， 保温l-2小时；最后随炉冷却至室温；或陶瓷粉末采用稳定氧化锆的焙烧成型步骤具体为将干燥后的陶瓷铸型素坯放入高温 焙烧炉中，以每小时100-200° C升温至200。 C,保温l-2小时；然后以每小时60-120 。C升温至600。 C，保温l-2小时，使有机物全部裂解；再以每小时300。 C升温至1550 ° C,保温l-2小时；最后随炉冷却至室温。本专利技术的直接陶瓷铸型制造技术与传统的熔模铸造工艺相比，具有以下优点无需制 造高精度的压注模具和蜡模模具，制壳、制芯周期短，简化了铸型的制造工艺，降低了制 造成本；能够制造结构复杂的陶瓷铸型，降低了制造成本。本专利技术一次成形铸型，型芯与型壳在制造过程中自然连成整体，保证了二者之间的 相互位置精度，没有装配误差；提高具有薄壁、复杂内腔的空心叶片铸件的合格率。 本专利技术采用同一种陶瓷材料制造陶瓷铸型，有利于保证铸件的尺寸精度。附图说明图1所示为一种空心叶片的横截面图，图中的标号分别表示1、冷却通道；2、内壁; 3、外壁；图2中，其中a和b分别是该空心叶片的包含了浇注系统的铸型轴测剖视图和俯视图； c和d分别表示去除顶盖以及冒口后的铸型轴测图和横截面图。图中的标号分别表示为 10、型芯；20、型壳；30、浇口及浇道；40、冒口； 50、顶盖。具体实施方式参照图1，某燃气轮机空心叶片包含内壁2和外壁3，在壁和叶片中间均设计由冷却 通道l,壁厚不均匀，内腔及外形结构复杂。参照图2，为根据图l燃气轮机空心叶片得到的一体化陶瓷铸型。该铸型由一体化的 陶瓷型壳20、型芯10组成，同时还包括高温金属铸造所需的浇注系统(浇口及浇道30、 冒口40)。根据空心叶片的三维模型，利用商用三维软件系统得到空心叶片的三维实体负 型，然后在该负型上添加浇注系统(含浇口和冒口 )，最终得到一体化铸型的三维实体造型。 实施例1称取硅溶胶800g,甘油200g，混合使其互溶，将240g丙烯酰胺，10g N-N'亚曱基 双丙烯酰胺加入上述溶液中，使其全部溶解，得到透明预混液。在上述预混液中，逐次加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心叶片陶瓷铸型的光固化直接制造方法，基于光固化成型机，其特征在于，该方法包括以下步骤：制备预混液：预混液的质量分数组成为：６０－８０％的溶液，该溶剂为去离子水、硅溶胶；其余部分为有机物溶质：丙烯酰胺和Ｎ－Ｎ′亚甲基双丙烯酰胺；该有机物溶质中，丙烯酰胺质量分数为９０－９６％，Ｎ－Ｎ′亚甲基双丙烯酰胺质量分数为４－１０％；将丙烯酰胺和Ｎ－Ｎ′亚甲基双丙烯酰胺加入所述溶剂中，使其全部溶解，得到预混液；制备陶瓷浆料：按照质量分数组成为４０％－８５％的陶瓷粉末和１５％－６０％的预混液，称取备用；将陶瓷粉末逐次加入预混液中，并加入分散剂，其质量为陶瓷粉末质量的０．１－０．８％，球磨１－３小时，使各组分混合均匀；然后，加入水基光引发剂，其质量为预混液质量的０．３－２％，搅拌或球磨混合，得到分散均匀的陶瓷浆料；制作陶瓷铸型素坯：根据空心叶片模型得到空心叶片铸型的三维模型，输入光固化成型机，在光固化成型机上利用所述陶瓷浆料直接制作空心叶片陶瓷铸型素坯，并将得到的陶瓷铸型素坯冲洗干净，除去表面吸附的陶瓷浆料；干燥：将干净的陶瓷铸型素坯放入干燥剂聚乙二醇中８－１０个小时，使其收缩停止，取出并在水中冲洗干净，放入烘干箱中，使其彻底干燥；焙烧成型：将干燥后的陶瓷铸型素坯放入高温焙烧炉中进行脱脂和烧结，最后得到空心叶片陶瓷铸型。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李涤尘，周伟召，吴海华，陈张伟，卢秉恒，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]