專利名稱：一種空心葉片陶瓷鑄型的光固化直接制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空心葉片陶瓷鑄型的光固化直接制造方 法，主要包括陶瓷漿料制備，空心葉片鑄型三維模型的生成，空心葉片陶瓷鑄型素坯的光 固化成形，陶資鑄型素坯的干燥和陶資鑄型的脫脂和燒結(jié)工藝。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)發(fā)展，能源問題日漸突出，提高能源利用效率成為工業(yè)發(fā)展的必由之路。工 業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)是目前高效、潔凈的能源動力系統(tǒng)之一，但是其制造技術(shù)異常復(fù)雜，其中葉片 的制造技術(shù)是燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。燃?xì)廨啓C(jī)工作過程中，燃?xì)廨啓C(jī)葉片要長時間承 受高溫、高壓氣流的沖擊，而且為了提高燃?xì)廨啓C(jī)功率，渦輪前溫度逐漸提高，其服役溫 度往往超過燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)葉片金屬熔點(diǎn)，為此燃?xì)廨啓C(jī)葉片要設(shè)計成空心葉片，且內(nèi)部 要包含復(fù)雜的冷卻通道，通過冷卻介質(zhì)對葉片進(jìn)行高效冷卻。由于燃?xì)廨啓C(jī)葉片外形精度 要求高，屬于薄壁結(jié)構(gòu)件，最小壁厚可達(dá)0. 3mm ~ 0.6mm ，因此熔模精密鑄造技術(shù)廣泛 應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)葉片的制造。
傳統(tǒng)的葉片熔模鑄造的基本過程是首先通過壓模機(jī)制備陶瓷型芯；其次將陶瓷型芯 裝配到蠟?zāi)Ｄ＞咧?，接著注入石蠟，形成包含有陶瓷型芯的蠟?zāi)?蠟?zāi)５耐庑闻c葉片外形 相同)；接著在蠟?zāi)１砻嫱繏焯沾蓾{料、撒砂制備型殼，在高壓蒸汽爐中熔化石蠟，獲得 帶有型芯的型殼，并對型殼進(jìn)行焙燒，去除殘存的有機(jī)物；最后澆注高溫金屬液體，待其 冷卻后，采用沖幾械方式或化學(xué)方式或者兩種相結(jié)合的方式除去陶瓷型芯、型殼獲得鑄件。
由于陶覺型芯裝配到蠟?zāi)Ｄ＞哌^程中存在定位誤差和裝配誤差，同時穩(wěn)定性較差，以 及后續(xù)注蠟、涂料、撒砂、脫蠟等過程費(fèi)時、工藝繁瑣而且成本較大，從而直接影響陶瓷 型殼的制造周期和成本，影響最終的鑄件制造周期、成本以及制作效率。目前利用傳統(tǒng)的 制作方法，葉片的成品率只有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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種空心葉片陶瓷鑄型的光固化直接制造方法，該方法將光 固化快速成型技術(shù)與陶乾成形工藝結(jié)合應(yīng)用到空心葉片陶乾鑄型的制造工藝中，能夠制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷鑄型，簡化空心葉片生產(chǎn)工藝、縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn) 成本，同時保證鑄件的質(zhì)量。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案1、 一種空心葉片陶瓷鑄型的 光固化直接制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 制備預(yù)混液
預(yù)混液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成為60 - 80%的溶液，該溶劑為去離子水、硅溶膠；其余部分 為有機(jī)物溶質(zhì)丙烯酰胺和N-N'亞曱基雙丙烯酰胺；該有機(jī)物溶質(zhì)中，丙烯酰胺質(zhì)量分 數(shù)為90 - 96%, N-N'亞曱基雙丙烯酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4-10%;將丙烯酰胺和N-N'亞曱 基雙丙烯跣胺加入所述溶劑中，使其全部溶解，得到預(yù)混液；
制備陶瓷漿料
按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成為40%-85%的陶瓷粉末和15°/。-60%的預(yù)混液，稱取備用；將陶瓷粉 末逐次加入預(yù)混液中，并加入分散劑，其質(zhì)量為陶瓷粉末質(zhì)量的0.1 - 0. 8%，球磨1 - 3小 時，使各組分混合均勻；然后，加入水基光引發(fā)劑，其質(zhì)量為預(yù)混液質(zhì)量的0. 3-2%,攪拌 或球磨混合，得到分散均勻的陶瓷漿料。
制作陶瓷鑄型素坯
根據(jù)空心葉片模型得到空心葉片鑄型的三維模型，輸入光固化成型機(jī)，在光固化成型 機(jī)上利用所述陶瓷漿料直接制作空心葉片陶瓷鑄型素坯，并將得到的陶瓷鑄型素坯沖洗干 凈，除去表面吸附的陶瓷漿料；
干燥
將干凈的陶瓷鑄型素坯放入干燥劑聚乙二醇中8-10個小時，使其收縮停止，取出并 在水中沖洗干凈，放入烘干箱中，使其徹底干燥； 焙燒成型
將干燥后的陶資鑄型素坯放入高溫焙燒爐中進(jìn)行脫脂和燒結(jié)，最后得到空心葉片陶瓷 鑄型。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)和特點(diǎn)還在于
(1)所述陶乾粉末為氧化硅、氧化鋁或穩(wěn)定氧化鋯；在制備陶瓷漿料時，氧化硅質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為45-78%,氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50 - 84%，穩(wěn)定氧化鋯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65 - 88%;所述 陶瓷粉末的中徑在0.1-10 n m之間 所述氧化硅陶瓷粉末可選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)10 ~ 30 %的中 徑1. 8微米粉末和70 ~ 90 %的中徑8微米粉末的級配混合物；或者直接采用中徑5微米粉 末。所述陶瓷漿料粘度最好小于3000mpa - s。
5(2) 制備預(yù)混液的溶液采用硅溶膠和甘油的混合物，其質(zhì)量比范圍為3: 2-9: 1。
(3) 所述水基光引發(fā)劑為光引發(fā)劑1173。
(4) 所述制作陶瓷鑄型素坯，采用干燥劑聚乙二醇的分子量為400- 1000。
(5) 分散劑為聚丙烯酸鈉或聚丙烯酸銨。
(6) 陶瓷粉末采用氧化硅的焙燒成型步驟具體為將干燥后的陶瓷鑄型素坯》文入高溫 焙燒爐中，以每小時100-200° C升溫至200。 C,保溫l-2小時；然后以每小時60-120
° C升溫至600。 C，保溫l-2小時，使有機(jī)物全部裂解；再以每小時300。 C升溫至1200 ° C,保溫l-2小時；最后隨爐冷卻至室溫；或
陶瓷粉末采用氧化鋁的焙燒成型步驟具體為將干燥后的陶瓷鑄型素坯放入高溫焙燒 爐中，以每小時100-200° C升溫至200。 C,保溫l-2小時；然后以每小時60 - 120° C升 溫至600° C,保溫l-2小時，使有機(jī)物全部裂解；再以每小時300。 C升溫至1500。 C， 保溫l-2小時；最后隨爐冷卻至室溫；或
陶瓷粉末采用穩(wěn)定氧化鋯的焙燒成型步驟具體為將干燥后的陶瓷鑄型素坯放入高溫 焙燒爐中，以每小時100-200° C升溫至200。 C,保溫l-2小時；然后以每小時60-120 。C升溫至600。 C，保溫l-2小時，使有機(jī)物全部裂解；再以每小時300。 C升溫至1550 ° C,保溫l-2小時；最后隨爐冷卻至室溫。
本發(fā)明的直接陶瓷鑄型制造技術(shù)與傳統(tǒng)的熔模鑄造工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)無需制 造高精度的壓注模具和蠟?zāi)Ｄ＞?，制殼、制芯周期短，簡化了鑄型的制造工藝，降低了制 造成本；能夠制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷鑄型，降低了制造成本。
本發(fā)明一次成形鑄型，型芯與型殼在制造過程中自然連成整體，保證了二者之間的 相互位置精度，沒有裝配誤差；提高具有薄壁、復(fù)雜內(nèi)腔的空心葉片鑄件的合格率。 本發(fā)明采用同一種陶瓷材料制造陶瓷鑄型，有利于保證鑄件的尺寸精度。


圖1所示為一種空心葉片的橫截面圖，圖中的標(biāo)號分別表示1、冷卻通道；2、內(nèi)壁; 3、外壁；
圖2中，其中a和b分別是該空心葉片的包含了澆注系統(tǒng)的鑄型軸測剖視圖和俯視圖； c和d分別表示去除頂蓋以及冒口后的鑄型軸測圖和橫截面圖。圖中的標(biāo)號分別表示為 10、型芯；20、型殼；30、澆口及澆道；40、冒口； 50、頂蓋。
具體實(shí)施方式
參照圖1，某燃?xì)廨啓C(jī)空心葉片包含內(nèi)壁2和外壁3，在壁和葉片中間均設(shè)計由冷卻 通道l,壁厚不均勻，內(nèi)腔及外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
參照圖2，為根據(jù)圖l燃?xì)廨啓C(jī)空心葉片得到的一體化陶瓷鑄型。該鑄型由一體化的 陶瓷型殼20、型芯10組成，同時還包括高溫金屬鑄造所需的澆注系統(tǒng)(澆口及澆道30、 冒口40)。根據(jù)空心葉片的三維模型，利用商用三維軟件系統(tǒng)得到空心葉片的三維實(shí)體負(fù) 型，然后在該負(fù)型上添加澆注系統(tǒng)(含澆口和冒口 )，最終得到一體化鑄型的三維實(shí)體造型。 實(shí)施例1
稱取硅溶膠800g,甘油200g，混合使其互溶，將240g丙烯酰胺，10g N-N'亞曱基 雙丙烯酰胺加入上述溶液中，使其全部溶解，得到透明預(yù)混液。
在上述預(yù)混液中，逐次加入8 m m氧化硅粉末2120g和1. 8 m m氧化珪粉末530g (質(zhì)量
分?jǐn)?shù)為70%)，分散劑聚丙烯酸鈉8ml (為陶瓷粉末質(zhì)量的0. 3%)，每次加入上述粉末后球磨
3小時，最后加入8ml (為預(yù)混液質(zhì)量的0. 8W光引發(fā)劑1173(2-羥基-曱基苯基丙烷-1-酮)，
球磨l小時，使光引發(fā)劑與漿料充分混合，得到M均勻的陶瓷漿料。
將陶瓷漿料加入光固化成型機(jī)(SPS450B，陜西恒通智能機(jī)器有限公司制造)樹脂槽中；
采用三維實(shí)體建模軟件PRO/E,對葉片的三維模型進(jìn)行處理，得到葉片鑄型的三維實(shí)體模
型；將該三維實(shí)體模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件RPData，進(jìn)行加支撐和分層處理，并輸出處理過
的數(shù)據(jù)文件；將該文件導(dǎo)入制作控制程序RPBuild,進(jìn)行三維實(shí)體鑄型的制作；待鑄型素
坯制造完成后，從網(wǎng)板上取下陶瓷素坯，在水中沖洗干凈；
將干凈的陶瓷鑄型素坯放入聚乙二醇(PEG400) 8個小時，使其收縮停止，取出在水中 沖洗干凈，放入電熱風(fēng)烘干箱中，升溫至45'C,使其徹底干燥；
將干燥后的鑄型放入高溫焙燒爐中焙燒，工藝如下室溫入爐，以120'C/h的升溫速 率升至200'C,保溫l小時；以6(TC/h的升溫速率升至600°C,保溫2小時，再以300。C /h的升溫速率升至1200°C，保溫2小時；最后隨爐冷卻至室溫取出。 實(shí)施例2
稱取硅'溶膠875g，將356. 25g丙烯酰胺，18. 75g N - N'亞曱基雙丙烯酰胺加入硅溶膠 中，使其全部溶解，得到透明預(yù)混液。
在上述預(yù)混液中，逐次加入8 u m氧化硅粉末794. 5g和1. 8 n m氧化硅粉末340. 5g (質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為47. 5%)，介敉劑聚丙烯酸鈉8ml (為陶瓷粉末質(zhì)量的0. 7%)，每次加入粉末后球 磨3小時，最后加入12ml (為預(yù)混液質(zhì)量的1. 2W光引發(fā)劑1173( 2-羥基-曱基苯基丙烷-l-酮)，球磨l小時，使光引發(fā)劑與漿料充分混合，得到分散均勻的陶瓷漿料。將陶瓷漿料加入光固化成型機(jī)(SPS450B,陜西恒通智能機(jī)器有限公司制造)樹脂槽中； 采用三維實(shí)體建模軟件PRO/E,對葉片的三維模型進(jìn)行處理，得到葉片鑄型的三維實(shí)體模 型；將該三維實(shí)體模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件RPData，進(jìn)行加支撐和分層處理，并輸出處理過 的數(shù)據(jù)文件；將該文件導(dǎo)入制作控制程序RPBuild,進(jìn)行三維實(shí)體鑄型的制作；待鑄型素 坯制造完成后，從網(wǎng)板上取下陶瓷素坯，在水中沖洗干凈；
將干凈的陶瓷鑄型素坯放入聚乙二醇(PEG1000溶液)9個小時，使其收縮停止，取出 在水中沖洗干凈，放入電熱風(fēng)烘干箱中，升溫至45。C，使其徹底干燥；
將干燥后的鑄型放入高溫焙燒爐中焙燒，工藝如下室溫入爐，以150。C/h的升溫速 率升至200。C，保溫l小時；以60t:/h的升溫速率升至600°C,保溫2小時，再以300X3 /h的升溫速率升至120(TC,保溫l小時；最后隨爐冷卻至室溫取出。 實(shí)施例3
稱取去離子水525g，甘油225g,混合使其互溶，將450g丙烯酰胺，50gN-N'亞曱基 雙丙烯酰胺加入上述溶液中，使其全部溶解，得到透明預(yù)混液。
在上述預(yù)混液中，逐次加入5 m m氧化硅粉末1766g (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58. 5%),分牧劑聚丙 烯酸銨9ml (為陶瓷粉末質(zhì)量的0. 5%)，每次加入粉末后球磨3小時，最后加入18ml (為預(yù) 混液質(zhì)量的1.8W光引發(fā)劑1173 ( 2-羥基-曱基苯基丙烷-l-酮)，球磨l小時，使光引發(fā) 劑與漿料充分混合，得到分散均勻的陶瓷漿料。
將陶瓷漿料加入光固化成型機(jī)(SPS450B，陜西恒通智能機(jī)器有限公司制造)樹脂槽中； 釆用三維實(shí)體建模軟件PRO/E,對葉片的三維模型進(jìn)行處理，得到葉片鑄型的三維實(shí)體模 型；將該三維實(shí)體模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件RPData,進(jìn)行加支撐和分層處理，并輸出處理過 的數(shù)據(jù)文件；將該文件導(dǎo)入制作控制程序RPBuild,進(jìn)行三維實(shí)體鑄型的制作；待鑄型素 坯制造完成后，從網(wǎng)板上取下陶瓷素坯，在水中沖洗干凈；
將干凈的陶資鑄型素坯放入聚乙二醇(PEG400) 10個小時，使其收縮停止，取出在水中 沖洗干凈，放入電熱風(fēng)烘千箱中，升溫至45'C,使其徹底干燥；
將干燥后的鑄型放入高溫焙燒爐中焙燒，工藝如下室溫入爐，以180'C/h的升溫速 率升至200。C,保溫l小時；以90。C/h的升溫速率升至600TC,保溫2小時，再以300。C /h的升溫速率升至1200TC,保溫2小時；最后隨爐冷卻至室溫取出。 實(shí)施例4
稱取硅溶膠900g，甘油100g，丙烯酰胺240g, N-N'亞曱基雙丙烯酰胺10g,混合使 其全部溶解，得到透明預(yù)混液；在上述預(yù)混液中，逐次加入2 n m氧化鋁粉末1697g (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57. 5%),分狀劑聚丙 烯酸鈉4ml (為陶瓷粉末質(zhì)量的0. 2W ，每次加入粉末后球磨2小時，最后加入8ml (為預(yù)混 M量的0.8%)光引發(fā)劑1173，球磨1小時，使光引發(fā)劑與漿料充分混合，得到M均勻 的陶瓷漿料；
將陶瓷漿料加入光固化成型機(jī)(SPS450B,陜西恒通智能機(jī)器有限公司制造)樹脂槽中； 采用三維實(shí)體建模軟件PRO/E,對葉片的三維模型進(jìn)行處理，得到葉片鑄型的三維實(shí)體模 型；將該三維實(shí)體模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件RPData,進(jìn)行加支撐和分層處理，并輸出處理過 的數(shù)據(jù)文件；將該文件導(dǎo)入制作控制程序RPBuild,進(jìn)行三維實(shí)體鑄型的制作；待鑄型素 坯制造完成后，從網(wǎng)板上取下陶瓷素坯，在水中沖洗干凈；
將干凈的陶瓷素坯放入聚乙二醇(PEG400) 10個小時，使其收縮停止，取出在水中沖洗 干凈，放入電熱風(fēng)烘干箱中，升溫至45'C使其徹底干燥；
將干燥后的鑄型放入高溫焙燒爐中焙燒，工藝如下室溫入爐，以120。C/h的升溫速 率升至200。C，保溫1小時；以90°C/h的升溫速率升至600°C,保溫1小時，再以300°C /h的升溫速率升至1500°C，保溫2小時；最后隨爐冷卻至室溫取出。 實(shí)施例5
稱取去離子水612. 5g,甘油262. 5g，丙烯酰胺356. 25g， N-N'亞曱基雙丙烯酰胺 18.75g,混合使其全部溶解，得到透明預(yù)混液；
在上述預(yù)混液中，逐次加入5pm氧化鋁粉末2640g (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為67.8%),分散劑聚 丙烯酸銨14ml (為陶瓷粉末質(zhì)量的0. 5%),每次加入粉末后球磨2小時，最后加入12ml (為 預(yù)混M量的1.2%)光引發(fā)劑1173，球磨1小時，使光引發(fā)劑與漿料充分混合，得到^t 均勻的陶瓷漿料；
將陶瓷漿料加入光固化成型機(jī)(SPS450B，陜西恒通智能機(jī)器有限公司制造)樹脂槽中； 采用三維實(shí)體建模軟件PRO/E，對葉片的三維模型進(jìn)行處理，得到葉片鑄型的三維實(shí)體模 型；將該三維實(shí)體模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件RPData,進(jìn)行加支撐和分層處理，并輸出處理過 的數(shù)據(jù)文件；將該文件導(dǎo)入制作控制程序RPBuild，進(jìn)行三維實(shí)體鑄型的制作；待鑄型素 坯制造完成后，從網(wǎng)板上取下陶瓷素坯，在水中沖洗干凈；
將干凈的陶資素坯放入聚乙二醇(PEGIOOO溶液)8個小時，使其收縮停止，取出在水 中沖洗干凈，放入電熱風(fēng)烘干箱中，升溫至45'C使其徹底干燥；將干燥后的鑄型放入高溫焙燒爐中焙燒，工藝如下室溫入爐，以150'C/h的升溫速 率升至20(TC，保溫1小時；以90C/h的升溫速率升至600匸，保溫2小時，再以300X: /h的升溫速率升至1500'C，保溫2小時；最后隨爐冷卻至室溫取出。 實(shí)施例6
稱取去離子水750g,丙烯酰胺450g, N-N'亞甲基雙丙烯酰胺50g,混合使其全部溶 解，得到透明預(yù)混液；
在上述預(yù)混液中，逐次加入8 m m氧化鋁粉末3960g (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76%)，分散劑聚丙 烯酸鈉28ml (為陶瓷粉末質(zhì)量的0. 7%),每次加入粉末后球磨2小時，最后加入18ml (為預(yù) 混液質(zhì)量的1.8%)光引發(fā)劑1173,球磨l小時，使光引發(fā)劑與漿料充分混合，得到分散均 勻的陶瓷漿料；
將陶瓷漿料加入光固化成型機(jī)(SPS450B，陜西恒通智能機(jī)器有限公司制造)樹脂槽中； 采用三維實(shí)體建模軟件PRO/E，對葉片的三維模型進(jìn)行處理，得到葉片鑄型的三維實(shí)體模 型；將該三維實(shí)體模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件RPData，進(jìn)行加支撐和分層處理，并輸出處理過 的數(shù)據(jù)文件；將該文件導(dǎo)入制作控制程序RPBuild，進(jìn)行三維實(shí)體鑄型的制作；待鑄型素 坯制造完成后，從網(wǎng)板上取下陶瓷素坯，在水中沖洗干凈；
將干凈的陶資素坯放入聚乙二醇(PEGIOOO溶液)9個小時，使其收縮停止，取出在水 中沖洗干凈，放入電熱風(fēng)烘干箱中，升溫至45X:使其徹底干燥；
將干燥后的鑄型i文入高溫焙燒爐中焙燒，工藝如下室溫入爐，以180'C/h的升溫速 率升至200t:,保溫1小時；以60'C/h的升溫速率升至600。C，保溫2小時，再以300°C /h的升溫速率升至1500X:,保溫2小時；最后隨爐冷卻至室溫取出。 實(shí)施例7
稱取^圭溶膠800g，甘油200g，混合使其互溶，將237. 5g丙歸酰胺，12. 5g N - N'亞甲 基雙丙烯跣胺加入上述溶液中，使其全部溶解，得到透明預(yù)混液。
在上述預(yù)混液中，逐次加入0.1 n m穩(wěn)定氧化鋯粉末2562g (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為67. 2%),分散 劑聚丙烯酸銨13ml(為陶瓷粉末質(zhì)量的0.5%)，每次加入粉末后進(jìn)行球磨3小時，最后加 入7ml (為預(yù)混液質(zhì)量的0. 7%)光引發(fā)劑1173，球磨1小時，使光引發(fā)劑與漿料充分混合， 得到^fc均勻的陶瓷漿料；
將陶瓷漿料加入光固化成型機(jī)(SPS450B，陜西恒通智能機(jī)器有限公司制造)樹脂槽中； 采用三維實(shí)體建模軟件PRO/E,對葉片的三維模型進(jìn)行處理，得到葉片鑄型的三維實(shí)體模型；將該三維實(shí)體模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件RPData，進(jìn)行加支撐和分層處理，并輸出處理過 的數(shù)據(jù)文件；將該文件導(dǎo)入制作控制程序RPBuild,進(jìn)行三維實(shí)體鑄型的制作；
將干凈的陶瓷素坯放入聚乙二醇(濃度為60%的PEG1000 ) 10個小時，使其收縮停止， 取出在水中沖洗干凈，放入電熱風(fēng)烘干箱中，升溫至45'C使其徹底干燥；
將干燥后的鑄型放入高溫焙燒爐中焙燒，工藝如下室溫入爐，以180'C/h的升溫速 率升至200。C,保溫l小時；以90°C/h的升溫速率升至600。C,保溫1小時，再以300°C /h的升溫速率升至1550°C,保溫2小時；最后隨爐冷卻至室溫取出。 實(shí)施例8
稱取去離子水787. 5g，甘油87. 5g,混合使其互溶，將360g丙烯酰胺，15g N-N'亞 曱基雙丙烯酰胺加入上述溶液中，使其全部溶解，得到透明預(yù)混液。
在上述預(yù)混液中，逐次加入0. 5 in m穩(wěn)定氧化鋯粉末3986g (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76.1%),分散 劑聚丙烯酸鈉12ml(為陶瓷粉末質(zhì)量的0.3%),每次加入粉末后進(jìn)行球磨3小時，最后加 入12ml (為預(yù)混^"量的1. 2%)光引發(fā)劑1173,球磨1小時，使光引發(fā)劑與漿料充分混合， 得到分散均勻的陶瓷漿料；
將陶瓷漿料加入光固化成型機(jī)(SPS450B，陜西恒通智能機(jī)器有限公司制造)樹脂槽中； 采用三維實(shí)體建模軟件PRO/E,對葉片的三維模型進(jìn)行處理，得到葉片鑄型的三維實(shí)體模 型；將該三維實(shí)體模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件RPData，進(jìn)行加支撐和分層處理，并輸出處理過 的數(shù)據(jù)文件；將該文件導(dǎo)入制作控制程序RPBuild,進(jìn)行三維實(shí)體鑄型的制作；
將干凈的陶瓷素坯放入聚乙二醇(濃度為60%的PEG1000 ) 9個小時，使其收縮停止， 取出在水中沖洗干凈，放入電熱風(fēng)烘干箱中，升溫至45'C使其徹底干燥；
將干燥后的鑄型放入高溫焙燒爐中焙燒，工藝如下室溫入爐，以120'C/h的升溫速 率升至200°C,保溫2小時；以90°C/h的升溫速率升至600C保溫1小時，再以300°C /h的升溫速率升至1500'C，保溫2小時；最后隨爐冷卻至室溫取出。 實(shí)施例9
稱取去離子水750g,混合使其互溶，將475g丙烯酰胺，25g N-N'亞曱基雙丙烯酰胺 加入上述溶液中，使其全部溶解，得到透明預(yù)混液。
在上述預(yù)混液中，逐次加入1 nm穩(wěn)定氧化鋯粉末5980g (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82. 7%)，分散劑 聚丙烯酸鈉48ml(為陶瓷粉末質(zhì)量的0.8°/。)，每次加入粉末后進(jìn)行球磨3小時，最后加入 18ml(為預(yù)混M量的1.8%)光引發(fā)劑1173，球磨1小時，使光引發(fā)劑與漿料充分混合， 得到^Hfc均勻的陶瓷漿料；
11將陶瓷漿料加入光固化成型機(jī)(SPS45 0B,陜西恒通智能機(jī)器有限公司制造)樹脂槽中； 采用三維實(shí)體建模軟件PRO/E，對葉片的三維模型進(jìn)行處理，得到葉片鑄型的三維實(shí)體模 型；將該三維實(shí)體模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件RPData,進(jìn)行加支撐和分層處理，并輸出處理過 的數(shù)據(jù)文件；將該文件導(dǎo)入制作控制程序RPBuild，進(jìn)行三維實(shí)體鑄型的制作；
將干凈的陶瓷素坯放入聚乙二醇(PEG400 ) 8個小時，使其收縮停止，取出在水中沖洗 干凈，放入電熱風(fēng)烘干箱中，升溫至45'C使其徹底干燥；
將干燥后的鑄型放入高溫焙燒爐中焙燒，工藝如下室溫入爐，以12(TC/h的升溫速 率升至200°C,保溫1小時；以60°C/h的升溫速率升至600°C,保溫2小時，再以300°C /h的升溫速率升至1500°C,保溫2小時；最后隨爐冷卻至室溫取出。
權(quán)利要求
1、一種空心葉片陶瓷鑄型的光固化直接制造方法，基于光固化成型機(jī)，其特征在于，該方法包括以下步驟制備預(yù)混液預(yù)混液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成為60-80％的溶液，該溶劑為去離子水、硅溶膠；其余部分為有機(jī)物溶質(zhì)丙烯酰胺和N-N′亞甲基雙丙烯酰胺；該有機(jī)物溶質(zhì)中，丙烯酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90-96％，N-N′亞甲基雙丙烯酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4-10％；將丙烯酰胺和N-N′亞甲基雙丙烯酰胺加入所述溶劑中，使其全部溶解，得到預(yù)混液；制備陶瓷漿料按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成為40％-85％的陶瓷粉末和15％-60％的預(yù)混液，稱取備用；將陶瓷粉末逐次加入預(yù)混液中，并加入分散劑，其質(zhì)量為陶瓷粉末質(zhì)量的0.1-0.8％，球磨1-3小時，使各組分混合均勻；然后，加入水基光引發(fā)劑，其質(zhì)量為預(yù)混液質(zhì)量的0.3-2％，攪拌或球磨混合，得到分散均勻的陶瓷漿料；制作陶瓷鑄型素坯根據(jù)空心葉片模型得到空心葉片鑄型的三維模型，輸入光固化成型機(jī)，在光固化成型機(jī)上利用所述陶瓷漿料直接制作空心葉片陶瓷鑄型素坯，并將得到的陶瓷鑄型素坯沖洗干凈，除去表面吸附的陶瓷漿料；干燥將干凈的陶瓷鑄型素坯放入干燥劑聚乙二醇中8-10個小時，使其收縮停止，取出并在水中沖洗干凈，放入烘干箱中，使其徹底干燥；焙燒成型將干燥后的陶瓷鑄型素坯放入高溫焙燒爐中進(jìn)行脫脂和燒結(jié)，最后得到空心葉片陶瓷鑄型。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種空心葉片陶瓷鑄型的光固化直接制造方法，其特征在于， 所述陶瓷粉末為氧化硅、氧化鋁或穩(wěn)定氧化鋯；在制備陶瓷漿料時，氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 45-78%,氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50 - 84 % ,穩(wěn)定氧化鋯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65 - 88 % 。
3、 如權(quán)利要求2所述的一種空心葉片陶瓷鑄型的光固化直接制造方法，其特征在于， 所述陶瓷粉末的中徑在0.1-10,之間。
4、如權(quán)利要求1所述的一種空心葉片陶乾鑄型的光固化直接制造方法，其特征在于， 制備預(yù)混液的溶劑釆用硅溶膠和甘油的混合物或去離子水與甘油的混合物，其質(zhì)量比范圍 為3: 2~9: 1。
5 、如權(quán)利要求1所述的一種空心葉片陶瓷鑄型的光固化直接制造方法，其特征在于， 所述7jc基光引發(fā)劑為光引發(fā)劑1173。
6、 如權(quán)利要求1所述的一種空心葉片陶瓷鑄型的光固化直接制造方法，其特征在于， 所述制作陶瓷鑄型素坯，采用干燥劑聚乙二醇的分子量為400- 1000。
7、 如權(quán)利要求l所述的一種空心葉片陶瓷鑄型的光固化直接制造方法，其特征在于， 分散劑為聚丙烯酸鈉或聚丙烯酸銨。
8、 如權(quán)利要求l所述的一種空心葉片陶瓷鑄型的光固化直接制造方法，其特征在于， 陶瓷粉末采用氧化硅的焙燒成型步驟具體為將干燥后的陶瓷鑄型素坯放入高溫焙燒爐 中，以每小時100-200。C升溫至200°C,保溫1-2小時；然后以每小時60 - 120°C升溫至 600°C,保溫l-2小時，使有機(jī)物全部裂解；再以每小時300。C升溫至1200°C,保溫1-2 小時；最后隨爐冷卻至室溫；或陶瓷粉末采用氧化鋁的焙燒成型步驟具體為將干燥后的陶瓷鑄型素坯》認(rèn)高溫焙燒 爐中，以每小時100-200。C升溫至200°C，保溫1-2小時；然后以每小時60 - 120°C升溫 至600。C,保溫1-2小時，使有機(jī)物全部裂解；再以每小時300°C升溫至1500°C，保溫1-2 小時；最后隨爐冷卻至室溫；或陶瓷粉末采用穩(wěn)定氧化鋯的焙燒成型步驟具體為將干燥后的陶瓷鑄型素坯放入高溫 焙燒爐中，以每小時100-200°C升溫至200°C，保溫1-2小時；然后以每小時60 - 120°C 升溫至600。C，保溫l-2小時，使有機(jī)物全部裂解；再以每小時300。C升溫至1550°C，保 溫1-2小時；最后隨爐冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于光固化工藝直接制作空心葉片陶瓷鑄型的制造方法，該方法首先將陶瓷粉末與預(yù)混液均勻混合后制備陶瓷漿料；其次根據(jù)空心葉片模型得到包含澆注系統(tǒng)的空心葉片鑄型模型，將陶瓷漿料在光固化成型機(jī)上根據(jù)空心葉片鑄型模型直接制作陶瓷鑄型素坯；然后對陶瓷鑄型素坯脫水得到干燥的陶瓷鑄型；最后將干燥的陶瓷鑄型放入高溫焙燒爐中進(jìn)行脫脂和燒結(jié)，制成空心葉片陶瓷鑄型。該陶瓷鑄型可用于空心葉片的鑄造，替代傳統(tǒng)熔模鑄造中的多層陶瓷型殼及型芯制造工藝。該方法無需傳統(tǒng)工藝中的熔模制作、掛漿和撒砂工序，具有工藝簡單、周期短、成本低、見效快等特點(diǎn)。
文檔編號C04B35/622GK101306950SQ20081015011
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日
發(fā)明者盧秉恒, 吳海華, 周偉召, 李滌塵, 陳張偉 申請人:西安交通大學(xué)