制作壳模的方法及利用该方法制作的壳模技术

本发明专利技术涉及一种制作壳模的方法，依次包括以下步骤：（ｉ）将预成型的可熔模型浸入耐火颗粒和胶体液体粘结剂构成的浆体中，借此在所述模型上形成涂层，（ｉｉ）向所述涂层上沉积耐火材料颗粒，和（ｉｉｉ）干燥，重复步骤（ｉ）－（ｉｉｉ）所需多的次数以制备出具有所需涂层数的壳模，特征在于在至少一个步骤（ｉｉ）的执行过程中所述耐火材料颗粒与胶凝形成材料预混合，以借此用所述胶凝形成材料涂覆至少一部分所述耐火颗粒，从而在与涂层接触之后水分被胶凝形成材料吸收，由此导致胶状粘结剂的凝胶化，从而缩短步骤（ｉｉｉ）中干燥所需的时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的熔模铸造工艺的制作方法专利说明改进的熔模铸造工艺 本专利技术涉及一种改进的熔模铸造工艺，特别是一种比常规工艺快得多的工艺。 典型的熔模铸造工艺涉及使用可熔模型(expendable pattern)制作工程金属铸件。所述模型是树脂、填料和蜡(或其它可蒸发材料如发泡聚苯乙烯)的复合混合物，它在压力下被注入金属模具中。将几个上述模型一经凝固就组装成一个组件并安装到蜡浇注系统上。蜡组件被浸入由液体粘结剂和耐火粉末构成的耐火浆料中。排干之后，将耐火灰泥颗粒沉积在该潮湿表面上以制备一次耐火涂层(用耐火材料覆盖组件被称为″熔模铸造″，该工艺由此得名)。当一次涂层凝固之后(通常通过空气干燥直到粘结剂凝胶化)，将组件反复浸入浆料，然后涂灰泥直至达到模壳的要求厚度。在各次浸渍之间每个涂层都被彻底固化，因此每个铸模的制造都要花费24-72小时。涂灰泥的目的在于通过提供许多分散的应力集中中心来使涂层内的干燥应力最小化，其中所述分散的应力集中中心可以降低任何局部应力的大小。每个灰泥表面还为插入下一涂层提供粗糙表面。所述灰泥的粒径随着更多涂层的加入而增大，以保持最大的铸模透气性并为铸模提供主体。 近年来，已经开发出了与相当的金属组分相比具有显著优势的现代陶瓷(例如氮化硅)组分。已知有许多制造上述陶瓷组分的工艺，它们包括机械加工、注塑、粉浆浇铸、压铸和凝胶浇铸。在凝胶浇铸中，将陶瓷粉末在有机单体溶液中的浓缩浆料注入铸模并就地聚合以形成模腔形状的生坯。在脱模之后，将生坯陶瓷体干燥，必要时机械加工，热解除去粘结剂，然后烧结至真密度。人们还开发了其中使用水溶性单体并以水为溶剂的水基体系，如丙烯酰胺体系。 本专利技术的目的在于提供一种改进的熔模铸造工艺，它排除或缓和了已知的熔模铸造工艺存在的一个或多个问题，并优选地显著降低了形成壳模所需的时间。 根据本专利技术，提供一种制作壳模的方法，依次包括以下步骤 (i)将预成型的可熔模型浸入耐火颗粒和胶体液体粘结剂构成的浆料中，借此在所述模型上形成涂层， (ii)向所述涂层上沉积耐火材料颗粒，和 (iii)干燥， 重复步骤(i)-(iii)所需多的次数以制备出具有所需涂层数的壳模，所述方法的特征在于，在步骤(ii)的至少一个执行过程中所述耐火材料颗粒与一种胶凝形成材料预混合，以借此用所述胶凝形成材料涂覆至少一部分所述耐火颗粒，从而在与涂层接触之后水分被胶凝形成材料吸收，由此导致胶状粘结剂的凝胶化，从而缩短步骤(iii)中干燥所需的时间。 优选地，此方法还包括在最终的步骤(iii)之后执行的额外步骤(iv)，施加包含耐火颗粒和胶体液体粘结剂构成的浆料的封闭层，继之以干燥。 在壳模结构中，被施加到可熔模型上的所述涂层通常被称为一次涂层，随后的浆料涂层被称为二次涂层。通常会施加3-12个二次涂层。 优选地，所述胶凝形成材料涂覆的耐火颗粒被施加到每个二次涂层上(即在第一个之后的每次步骤(ii)的重复过程中)。所述一次涂层上可以施加也可以不施加所述胶凝形成材料涂覆的耐火颗粒。 可以理解，步骤(ii)中的耐火颗粒(涂覆或未涂覆的)的沉积可以通过任何便利方法来实现，例如通过利用淋砂器或流化床。 在一个优选实施方案中，在同一步骤(ii)中使用了聚合物涂覆的和未涂覆的耐火颗粒，例如所述涂覆的颗粒在被施加到涂层之前与未涂覆的颗粒预混合。在所述优选实施方案中，涂覆与未涂覆颗粒的重量比可以为从95∶5到5∶95，更优选地85∶15到50∶50，并最优选地约75∶25。 优选地，用于步骤(ii)的胶凝形成材料的量不超过用于步骤(iii)的耐火材料颗粒的5wt％，更优选地不超过2wt％。优选范围是2.5-5wt％、1-2wt％、0.2-1wt％和0.15-0.5wt％。所述优选范围可以取决于用于形成涂覆的耐火颗粒的方法以及所用耐火颗粒的尺寸和特性。可以理解，当胶凝形成材料被用于重复一个以上的步骤(ii)时，用于每个步骤(ii)的量可以不同。 优选地，所述胶凝形成材料是一种聚合物，更优选地是一种超吸收性聚合物，例如聚丙烯酰胺和聚丙烯酸酯。一种特别优选的聚合物是交联聚丙烯酸的钠盐(例如以商品名称Liquiblock 144出售的那些)。 优选地，此方法包括一个用胶凝形成材料涂覆耐火颗粒的步骤。这可以通过将胶凝形成材料与水混合以形成凝胶，接着将耐火颗粒混入所述凝胶中，继之以干燥(例如在高温下或使用微波)，并研磨所形成的大块来完成。或者，也可以通过喷雾干燥耐火颗粒、聚焦或者使用流化床或任何其它适当的方法来实现所述涂覆。尽管聚合物的粒径并不重要，但当耐火颗粒的涂覆是通过首先在水中混合聚合物而实现时，使用较小的颗粒(例如约300μm或更小)可以获得更好的分散。 可以理解，所需聚合物的量可以通过(i)控制用于形成涂覆的颗粒的聚合物量并结合(ii)控制与涂覆的颗粒混合的未涂覆的颗粒的量来达到。 有利地，所述工艺(除了胶凝形成材料的使用和所导致的干燥时间缩短之外)可以与利用常规机械和材料的标准熔模铸造工艺基本相同。由此可知，可熔模型的特性、用于步骤(i)(和步骤(iv)，当其存在时)的浆料组合物以及用于步骤(ii)的耐火颗粒可以是任何熔模铸造领域技术人员所已知的那些。耐火材料的典型实例包括(仅为举例)硅石、硅酸锆、铝的硅酸盐、氧化铝。 此外，此方法优选地包括一个在最后的步骤(iii)(或步骤(iv)，当其存在时)之后从壳模中除去可熔模型的步骤，更优选地此方法包括一个烧结所形成的壳模的最终步骤。 烧结可以通过在惯用加热炉中使用惯用烧结程序加热到900℃或以上来完成。在某些实施方案中，可以优选多步的烧结程序。例如，第一步骤涉及以1-5℃/min(优选地1-3℃/min)的加热速率加热到400-700℃的温度，接着是以5-10℃/min的速率加热到至少900℃(优选地约1000℃)的第二步骤。在第一和第二步骤之间可以保温一小段时间(例如小于10分钟)。如果认为必要的话，加热到至少900℃可以在三个或更多步骤内来完成。 本专利技术进一步在于一种可由本专利技术的方法制造的壳模。 下面将参照以下实施例进一步对本专利技术进行说明。 对比实施例1 此对比实施例被视为用于铝合金铸造的现有技术的标准壳的代表，按如下所述构造 将填充的蜡试样浸入第一浆料(一次)30秒，排干60秒。然后通过淋砂法将粗粒灰泥材料沉积到湿浆料表面上(沉积高度约为10cm)。将涂覆的试样放置在干燥圆盘传送带上并在受控的低空气运动条件下干燥所需的时间。延长的干燥从胶体粘结剂中除去水分，强使颗粒凝胶化以形成硬质凝胶。 通过在第二(二次)浆料中浸渍(30秒)继之以排干(60秒)，和随后涂覆灰泥(淋砂法、沉积高度为约10cm)并在每次施加灰泥后干燥所需的时间来涂覆随后的涂层。总计涂覆四个二次涂层。最后，涂覆一个封闭涂层(在二次浆料内浸渍，但不涂覆灰泥)，继之以干燥。 所述一次和二次浆料的规格列于表1中，其它各工艺参数在表2中给出。表1中的胶乳添加剂涉及使用一种水基胶乳系统，它被添加到基体粘结剂中以提高生坯强度和降低烧结强度。 表1用于铝壳制备的浆料规格(所有数字均为wt％) 表2对比实施例1的壳构成规格 对比实施例2 根据对比实施例2的壳模通过使用表1所列浆料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作壳模的方法，依次包括以下步骤：（ｉ）将预成型的可熔模型浸入耐火颗粒和胶体液体粘结剂构成的浆料中，借此在所述模型上形成涂层，（ｉｉ）向所述涂层上沉积耐火材料颗粒，和（ｉｉｉ）干燥，重复步骤（ｉ）－（ｉｉ ｉ）所需多的次数以制备出具有所需涂层数的壳模，所述方法的特征在于，在步骤（ｉｉ）的至少一个执行过程中所述耐火材料颗粒与胶凝形成材料预混合，以借此用所述胶凝形成材料涂覆至少一部分所述耐火颗粒，从而在与涂层接触之后水分被胶凝形成材料吸收，由此导致胶状粘结剂的凝胶化，从而缩短步骤（ｉｉｉ）中干燥所需的时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2004-2-5 0402516.91.一种制作壳模的方法，依次包括以下步骤(i)将预成型的可熔模型浸入耐火颗粒和胶体液体粘结剂构成的浆料中，借此在所述模型上形成涂层，(ii)向所述涂层上沉积耐火材料颗粒，和(iii)干燥，重复步骤(i)-(iii)所需多的次数以制备出具有所需涂层数的壳模，所述方法的特征在于，在步骤(ii)的至少一个执行过程中所述耐火材料颗粒与胶凝形成材料预混合，以借此用所述胶凝形成材料涂覆至少一部分所述耐火颗粒，从而在与涂层接触之后水分被胶凝形成材料吸收，由此导致胶状粘结剂的凝胶化，从而缩短步骤(iii)中干燥所需的时间。2.根据权利要求1的方法，还包括在最终的步骤(iii)之后执行的额外步骤(iv)，施加包含耐火颗粒和胶体液体粘结剂构成的浆料的封闭层，继之以干燥。3.根据权利要求1或2的方法，其中在第一个之后的每次步骤(ii)的重复过程中都施用所述胶凝形成材料涂覆的耐火颗粒。4.根据前面任何一项权利要求的方法，其中步骤(ii)使用淋砂器来实现。5.根据前面任何一项权利要求的方法，其中用于步骤(ii)的胶凝形成材料量不超过用于步骤(ii)的耐火...

【专利技术属性】
技术研发人员：S琼斯，
申请(专利权)人：伯明翰大学，
类型：发明
国别省市：GB[英国]