一种定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法，属于光固化成型技术快速铸造领域。包括步骤：包括：1)利用UG软件设计树脂模具原型，并用光固化快速成型技术制造出光固化树脂模具2)在树脂模具中穿入特定的陶瓷棒或陶瓷纤维3)设计了凝胶注模陶瓷浆料配方，利用凝胶注模成型工艺实现陶瓷型壳坯体的成型。4)陶瓷铸型坯体真空冷冻干燥后，焙烧将树脂原型烧失掉后，便获得完整的一体化陶瓷铸型。本方法的冷冻干燥和焙烧过程能够提高型芯的抗变形能力，陶瓷棒和陶瓷纤维可以提高型芯的韧性和强度，通过定制化制造增强了陶瓷铸型型芯的抗蠕变性能，适用于实际生产。

A customized method to enhance the creep resistance of ceramic mold core

The invention discloses a method for customizing and enhancing the creep resistance of ceramic mold core, which belongs to the field of rapid casting of light curing molding technology. The steps include: 1) using UG software to design the prototype of the resin mold, and making the photocurable resin mold 2 by using the photo curing rapid prototyping technology, and penetrating the specific ceramic rod or ceramic fiber 3 in the resin mold, and designing the gel casting ceramic slurry formula, and using the gel casting process to realize the forming of the ceramic shell body. 4) after vacuum freeze-drying of ceramic mold body, the whole integrated ceramic mold can be obtained after the resin prototype is burnt out. The freeze-drying and baking process of the method can improve the deformation resistance of the core, and the ceramic rod and ceramic fiber can improve the toughness and strength of the core. Through customized manufacturing, the creep resistance of the ceramic mold core is enhanced, which is suitable for actual production.

【技术实现步骤摘要】
一种定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法
本专利技术属于基于光固化成型技术的快速铸造领域，具体涉及一种定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法。
技术介绍
快速成型技术是80年代末发展起来的新一代制造技术，光固化成型技术是快速成型技术中最成熟、成型精度最高的方法，它是采用光固化树脂材料，利用三维平板印刷方法制造原型，可以成型任意复杂形状的零件原型。光固化成型技术与传统的熔模铸造工艺相结合可以大大缩短熔模制备所需时间，并且省去了为制备蜡模而制造模具所耗费的时间和成本。通过光固化成型复杂的模具，再通过凝胶注模技术浇注陶瓷浆料，经过冷冻、干燥和烧结得到整体式空心涡轮叶片陶瓷模型。传统的方法通过在陶瓷浆料中加入碳纤维，来提高芯型的强度，但这只是提高局部的强度，而且会影响铸型内腔的表面粗糙度。同样，传统的方法没有针对特定的陶瓷材料和铸型形状采用特定的方案。所以，探究一种定制化制造增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法尤为重要。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法，该方法设计合理，通过定制化制造增强了陶瓷铸型型芯的抗蠕变性能，适用于实际生产。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法，包括以下步骤：1)利用UG软件设计树脂模具原型：对于上下直通的型芯，在型芯的底部设计固定孔；对于非上下直通的弯曲型芯，在型芯底部和顶部对应设计固定孔；然后结合光固化快速成型法成型出带有固定孔的树脂模具原型；2)选用并插入陶瓷棒/陶瓷纤维对于上下直通的型芯，在型芯底部的固定孔中插入陶瓷棒；对于非上下直通的弯曲型芯，将陶瓷纤维弯曲后固定在型芯底部和顶部的固定孔中；3)制备陶瓷浆料并浇注制备凝胶注模用陶瓷浆料，利用凝胶注模成型工艺将陶瓷浆料灌注到经步骤2)处理后的树脂模具原型中，实现陶瓷铸型坯体的成型；4)成型后处理将成型陶瓷铸型坯体真空冷冻干燥后，焙烧除去树脂原型，再经高温烧结强化陶瓷铸型，获得完整的一体化陶瓷铸型。优选地，所述固定孔的大小由型芯的直径确定，固定孔直径为型芯直径的1/10～1/5,此直径的陶瓷棒或陶瓷纤维可以最大限度发挥其作用。优选地，所述的陶瓷棒为碳化硅陶瓷棒、氧化钇陶瓷棒、氧化锆陶瓷棒、氧化铝陶瓷棒和氧化硅陶瓷棒的一种或几种。优选地，所述的陶瓷纤维为氧化铝纤维和/或碳化硅纤维。优选地，所述的陶瓷浆料的基体材料为碳化硅陶瓷、氧化钇陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷或氧化硅陶瓷。优选地，陶瓷铸型采用与基体材料匹配的陶瓷棒或陶瓷纤维增强抗蠕变性能，且陶瓷棒或陶瓷纤维与基体材料具有相同的热膨胀系数。进一步优选地，碳化硅陶瓷铸型插入碳化硅陶瓷棒或碳化硅纤维；氧化钇陶瓷铸型插入氧化钇陶瓷棒、氧化铝陶瓷棒或氧化铝纤维；氧化锆陶瓷铸型插入氧化锆陶瓷棒、氧化铝陶瓷棒或氧化铝纤维；氧化铝陶瓷铸型插入氧化铝陶瓷棒、碳化硅陶瓷棒、氧化钇陶瓷棒、氧化锆陶瓷棒和氧化硅陶瓷棒，或者插入氧化铝纤维和碳化硅纤维；氧化硅陶瓷铸型插入碳化硅陶瓷棒、氧化硅陶瓷棒或碳化硅纤维。优选地，陶瓷棒和陶瓷纤维采用AB胶固定在型芯的固定孔中。优选地，陶瓷纤维或陶瓷棒与固定孔过盈配合。优选地，步骤4)中，高温烧结的温度低于所用陶瓷棒或陶瓷纤维的熔点与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法，首先利用UG软件设计树脂模具原型，并用光固化快速成型技术制造出光固化树脂模具，在上下直通的树脂模具型芯的固定孔中穿入陶瓷棒，在非上下直通的弯曲树脂模具中穿入陶瓷纤维，针对上下直通型和非上下直通型的型芯分别采用陶瓷棒和陶瓷纤维，陶瓷棒和陶瓷纤维具有耐高温的性能，陶瓷棒刚度好，陶瓷纤维韧性好，形状保持能力强，而且不与陶瓷基体发生反应，能够降低型芯在制备过程中发生变形的可能，而且在金属浇铸的过程中也可以增强型芯的强度；最后，通过凝胶注模成型工艺获得陶瓷铸型坯体，坯体经过真空冷冻干燥和焙烧获得一体化陶瓷模型。冷冻干燥和焙烧过程能够提高型芯的抗变形能力，在后续的使用过程中，陶瓷棒和陶瓷纤维可以提高型芯的韧性和强度，避免型芯因强度和韧性不足而断裂。进一步地，本专利技术针对五种不同陶瓷基体，采用的陶瓷棒或陶瓷纤维与陶瓷基体材料具有相同的膨胀系数，不会影响铸型基体材料性能，不引入杂质，防止烧结过程造成坯体开裂。对于不同的陶瓷基体也采用了特定的解决方案，实现了陶瓷铸型的定制化生产，有效地提高了铸型制造完整性和使用的可靠性。附图说明图1为上下直通型陶瓷棒铸型型芯的固定孔结构示意图；图2为上下直通型陶瓷棒铸型型芯的固定孔的结构俯视图；图3为上下直通型陶瓷铸型的结构示意图；图4为非上下直通型陶瓷纤维铸型型芯的固定孔结构示意图；图5为非上下直通型陶瓷纤维铸型型芯的固定孔的结构俯视图；图6为非上下直通型陶瓷纤维铸型型芯的陶瓷纤维截面示意图；其中，1为叶身，2为固定孔，3为型芯，4型壳，5为陶瓷棒，6为陶瓷铸型，7为陶瓷纤维。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术提供的一种定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法，步骤如下：1)利用UG软件设计出树脂模具原型，在要穿入陶瓷棒或者陶瓷纤维的铸型的底部或者两端都设计固定孔，再并用光固化速成型技术成型出光固化树脂模具；固定孔包括：上下直通的型芯，在型芯的底部设计固定孔；非上下直通的弯曲型芯，在型芯底部和顶部对应设计固定孔；2)对于上下直通的型芯，在型芯底部的固定孔插入陶瓷棒；对于非上下直通的弯曲型芯，将陶瓷纤维弯曲后固定在型芯底部和顶部的固定孔中，并用AB胶固定；3)设计凝胶注模陶瓷浆料配方，利用凝胶注模成型工艺实现陶瓷铸型坯体的成型；4)将步骤3)成型处理得到的陶瓷铸型坯体经过冷冻、干燥和烧结得到整体式空心涡轮叶片陶瓷铸型。本专利技术所使用的陶瓷纤维和陶瓷棒具有以下特点：1、陶瓷纤维和陶瓷棒是根据基体的材料选取的，与基体具有相同的热膨胀系数，防止烧结过程造成坯体开裂。例如：碳化硅陶瓷铸型插入碳化硅陶瓷棒或碳化硅纤维；氧化钇陶瓷铸型可插入氧化钇、氧化铝陶瓷棒或氧化铝纤维；氧化锆陶瓷铸型可插入氧化锆、氧化铝陶瓷棒或氧化铝纤维；氧化铝陶瓷铸型可插入氧化铝、碳化硅、氧化钇、氧化锆和氧化硅陶瓷棒，也可插入氧化铝和碳化硅纤维；氧化硅陶瓷铸型可插入碳化硅、氧化硅陶瓷棒或碳化硅纤维。2、陶瓷纤维和陶瓷棒应具有耐高温的性能，陶瓷棒刚度好，陶瓷纤维韧性好，形状保持能力强，而且不与陶瓷基体发生反应。3、陶瓷纤维和陶瓷棒能够降低型芯在制备过程中发生变形的可能，而且在金属浇铸的过程中也可以增强型芯的强度，该方法大大提高了陶瓷铸型型芯的抗蠕变性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)利用UG软件设计树脂模具原型：/n对于上下直通的型芯，在型芯的底部设计固定孔；对于非上下直通的弯曲型芯，在型芯底部和顶部对应设计固定孔；然后结合光固化快速成型法成型出带有固定孔的树脂模具原型；/n2)选用并插入陶瓷棒/陶瓷纤维/n对于上下直通的型芯，在型芯底部的固定孔中插入陶瓷棒；对于非上下直通的弯曲型芯，将陶瓷纤维弯曲后固定在型芯底部和顶部的固定孔中；/n3)制备陶瓷浆料并浇注/n制备凝胶注模用陶瓷浆料，利用凝胶注模成型工艺将陶瓷浆料灌注到经步骤2)处理后的树脂模具原型中，实现陶瓷铸型坯体的成型；/n4)成型后处理/n将成型陶瓷铸型坯体真空冷冻干燥后，焙烧除去树脂原型，再经高温烧结强化陶瓷铸型，获得完整的一体化陶瓷铸型。/n

【技术特征摘要】
1.一种定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)利用UG软件设计树脂模具原型：
对于上下直通的型芯，在型芯的底部设计固定孔；对于非上下直通的弯曲型芯，在型芯底部和顶部对应设计固定孔；然后结合光固化快速成型法成型出带有固定孔的树脂模具原型；
2)选用并插入陶瓷棒/陶瓷纤维
对于上下直通的型芯，在型芯底部的固定孔中插入陶瓷棒；对于非上下直通的弯曲型芯，将陶瓷纤维弯曲后固定在型芯底部和顶部的固定孔中；
3)制备陶瓷浆料并浇注
制备凝胶注模用陶瓷浆料，利用凝胶注模成型工艺将陶瓷浆料灌注到经步骤2)处理后的树脂模具原型中，实现陶瓷铸型坯体的成型；
4)成型后处理
将成型陶瓷铸型坯体真空冷冻干燥后，焙烧除去树脂原型，再经高温烧结强化陶瓷铸型，获得完整的一体化陶瓷铸型。


2.根据权利要求1所述的定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法，其特征在于，所述固定孔的大小由型芯的直径确定，固定孔直径为型芯直径的1/10～1/5。


3.根据权利要求1所述的定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法，其特征在于，所述的陶瓷棒为碳化硅陶瓷棒、氧化钇陶瓷棒、氧化锆陶瓷棒、氧化铝陶瓷棒和氧化硅陶瓷棒的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的定制化增强陶瓷铸型型芯抗蠕变性能的方法，其特征在于，所述的陶瓷纤维为氧化铝纤维和/或碳化硅纤维。
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【专利技术属性】
技术研发人员：鲁中良，李涤尘，王程冬，苗恺，陈义，张凌锋，卢秉恒，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61