專利名稱：一種陶瓷鑄型坯體的真空冷凍干燥工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于精密鑄造領域，具體涉及一種陶瓷鑄型坯體的真空冷凍干 燥工藝。
背景技術：
陶瓷鑄型坯體的制備是精密鑄件生產(chǎn)的基礎。目前為了制造復雜形狀 的陶瓷鑄型，人們主要采用濕法成型來制作陶瓷鑄型坯體，即先在粉料中 加入水及分散劑制成漿料，再把漿料灌入模具中，形成坯體。
坯體成型后，必須對其進行干燥，才能進行燒結。傳統(tǒng)的干燥方法是-
(1)蒸發(fā)，這包括對流、輻射、微波等干燥方式；(2)使用液體干燥劑， 如乙醇，聚乙二醇等；(3)使水分通過模具壁內(nèi)的的毛細管排出，而固相 留在模具內(nèi)。如石膏模具，多孔材料模具。用上述幾種干燥方法進行干燥 時，水分都是以液態(tài)的形式存在于坯體中，由內(nèi)部向表面不斷遷移，在坯 體表面蒸發(fā)或擴散。在這個過程中，由于水分不斷減少和液態(tài)水表面張力 的作用，固體顆粒會不斷靠近，擠壓，宏觀上就表現(xiàn)為坯體的收縮，這就 降低了尺寸精度，并造成了坯體的變形，開裂等問題。
為了提高陶瓷鑄型坯體的精度，降低干燥時收縮率，在模具精度一定 的情況下，人們多采用提高固相含量的方法來降低收縮。但是這樣卻增加 了漿料的粘度，降低了流動性，使?jié){料不易完全充滿模具，尤其是形狀復 雜、薄壁或細長的陶瓷鑄型坯體
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對濕法成型陶瓷鑄型坯體時，坯體干燥收縮大， 尺寸精度低，易變形開裂的缺點，提供了一種無需增加漿料粘度，即可使 坯體在干燥時減小收縮，提高尺寸精度，降低變形、開裂的陶瓷鑄型坯體 的真空冷凍干燥工藝。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是
1) 采用濕法成型方式制備固相體積分數(shù)大于50-60%，含水質(zhì)量分數(shù) 為15% 25%的水基陶瓷鑄型坯體；
2) 先將冷凍機預凍至-40°C -90°C，然后把水基陶瓷鑄型坯體放入 冷凍機中，冷凍2-4個小時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；
3) 抽真空使真空腔中的壓力低于15Pa;
4) 以2 8。C/小時的升溫速度使坯體由冷凍后的溫度升至-5。C -10。C， 然后穩(wěn)定在-5°C -10°C直至干透，即鑄型中水分質(zhì)量分數(shù)小于5%;
5) 干透后，即可得到收縮小，無開裂的陶瓷鑄型坯體。 本發(fā)明把冷凍真空干燥應用到陶瓷鑄型坯體的制備中，將物料凍到共
晶點以下后，坯體中水分結成冰晶，在真空狀態(tài)下，供給熱能，坯體中的 冰直接升華為水蒸氣，在這個過程中，由于水分由固態(tài)直接升華成氣態(tài)， 固體顆粒不會受到液體水的表面張力，其受到的收縮力減小，故坯體的總 體收縮量被大大降低，因此降低了陶瓷坯體在干燥階段的收縮率，提高了 尺寸精度，減少了坯體的變形與開裂，特別適用于形狀復雜陶瓷鑄型坯體 的干燥。
具體實施例方式
實施例l，制作4mmX10mmX60ram的長方體試樣，采用濕法成型方式 制備固相體積分數(shù)為55%，含水質(zhì)量分數(shù)為17%的陶瓷漿料，將漿料灌入4mmX10mraX60mm樹脂模具中，約10分鐘后叛料固化；先將冷凍機預凍至 -46°C，然后把水基陶瓷鑄型坯體放入冷凍機中，冷凍2個小時，使水基陶 瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；抽真空使真空腔中的壓力保持在lOPa 左右；以5T/小時的升溫速度使坯體由冷凍后的溫度升至-6°C，然后穩(wěn)定 在-6。C直至干透；干透后，打開充氣閥，關閉真空泵，取出試樣即可得到 收縮小，無開裂的陶瓷鑄型坯體。將本發(fā)明所得的坯體與對流干燥所得的 坯體進行對比后發(fā)現(xiàn)，冷凍真空干燥可使陶瓷坯體在干燥階段的收縮降低 66%。即可得尺寸精度高，變形小的復雜陶瓷鑄型坯體。
實施例2,制作燃汽輪機葉片的復雜陶瓷鑄型，采用濕法成型方式制 備固相體積分數(shù)為50%,含水質(zhì)量分數(shù)為22%的陶瓷漿料，用光固化成型 機制造具有漿料澆注系統(tǒng)的復雜陶瓷鑄型樹脂模具，將漿料灌入樹脂模具 中，約10分鐘后漿料固化；先將冷凍機預凍至一50°C，然后把水基陶瓷鑄 型坯體放入冷凍機中，冷凍4個小時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全 結成冰晶；抽真空使真空腔中的壓力保持在10Pa左右；以5T/小時的升 溫速度使坯體由冷凍后的溫度升至-6°C，然后穩(wěn)定在-6T直至干透；干透 后，最后，打開充氣閥，關閉真空泵，取出試樣即可得到收縮小，無開裂 的陶瓷鑄型坯體。
實施例3:采用濕法成型方式制備固相體積分數(shù)58%，含水質(zhì)量分數(shù)
為16%的陶瓷漿料，然后將漿料灌入所需制備的模具中等漿料固化；先將
冷凍機預凍至-75。C，然后把水基陶瓷鑄型坯體放入冷凍機中，冷凍3個小 時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；抽真空使真空腔中的壓 力保持在10Pa左右；以2。C/小時的升溫速度使坯體由冷凍后的溫度升至 -10°C，然后穩(wěn)定在-10°C直至干透；干透后，即可得到收縮小，無開裂的
陶瓷鑄型坯體。
實施例4:采用濕法成型方式制備固相體積分數(shù)53%，含水質(zhì)量分數(shù) 為19%的陶瓷槳料，然后將漿料灌入所需制備的模具中等漿料固化；先將 冷凍機預凍至-90°C，然后把水基陶瓷鑄型坯體放入冷凍機中，冷凍4個小 時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；抽真空使真空腔中的壓 力為保持在10Pa左右；以8。C/小時的升溫速度使坯體由冷凍后的溫度升 至-5。C，然后穩(wěn)定在-5。C直至干透；干透后，即可得到收縮小，無開裂的 陶瓷鑄型坯體。
實施例5:采用濕法成型方式制備固相體積分數(shù)60%，含水質(zhì)量分數(shù) 為15%的陶瓷漿料，然后將漿料灌入所需制備的模具中等漿料固化；先將 冷凍機預凍至-80。C，然后把水基陶瓷鑄型坯體放入冷凍機中，冷凍2個小 時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；抽真空使真空腔中的壓 力為保持在10Pa左右；以4。C/小時的升溫速度使坯體由冷凍后的溫度升 至-8。C，然后穩(wěn)定在-8。C直至干透；干透后，即可得到收縮小，無開裂的 陶瓷鑄型坯體。
權利要求
1、一種陶瓷鑄型坯體的真空冷凍干燥工藝，其特征在于1)采用濕法成型方式制備固相體積分數(shù)50-60％，含水質(zhì)量分數(shù)為15％～22％的水基陶瓷鑄型坯體；2)先將冷凍機預凍至-40℃～-90℃，然后把水基陶瓷鑄型坯體放入冷凍機中，冷凍2-4個小時，使水基陶瓷鑄型坯體中的水分完全結成冰晶；3)抽真空使真空腔中的壓力低于15Pa；4)以2～8℃/小時的升溫速度使坯體由冷凍后的溫度升至-5℃～-10℃，然后穩(wěn)定在-5℃～-10℃直至干透，即鑄型坯體中水分質(zhì)量分數(shù)小于5％；5)干透后，即可得到收縮小，無開裂的陶瓷鑄型坯體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷鑄型坯體的真空冷凍干燥工藝。其主要過程為將用濕法成型的水基陶瓷鑄型坯體放入真空冷凍干燥機中預凍，待坯體中水分完全結晶后，開始抽真空，并控制物料溫度，使水分由冰直接升華成水蒸汽而被抽走，干透后，即可得到干燥收縮小，無開裂的陶瓷鑄型坯體。本發(fā)明把冷凍真空干燥應用到陶瓷鑄型坯體的制備中，大大降低了陶瓷鑄型在干燥階段的收縮率，提高了尺寸精度，降低了變形、開裂的可能性，特別適用于形狀復雜陶瓷鑄型坯體的干燥。
文檔編號C04B35/622GK101337817SQ200810150610
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月12日 優(yōu)先權日2008年8月12日
發(fā)明者吳海華, 崔鋒錄, 李滌塵, 郭楠楠 申請人:西安交通大學