專利名稱：一種復雜微構件的微熔模精鑄成形方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微熔模精鑄成形方法。
背景技術：
隨著MEMS產品應用范圍的不斷擴展，具有更優(yōu)異使用性能的金屬微構件備受重視。目前，微細電火花技術、超精密加工技術以及LIGA技術可以制備金屬微構件，但存在著生產效率低，工藝復雜，設備昂貴，可加工材料種類少等不足。微熔模精密鑄造成形方法是在傳統(tǒng)熔模鑄造工藝的基礎上發(fā)展而來，可高效、近終成形具有復雜微結構的多種金屬材料微構件。傳統(tǒng)熔模鑄造工藝多采用蠟膜制作構件模型，鑄型材料使用石英或剛玉等耐火材料(磷酸基或硅酸基粘結劑)，熔融金屬重力澆注或真空澆注成形。但由于微構件尺寸在微 米尺度，蠟模的強度過低，同時普通型殼材料的表面粗糙度較高，影響微構件的成形完整性與表面質量，此外由于表面效應的影響，重力澆注也很難使微構件成形。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，目的是獲得形狀完整，表面質量高的金屬復雜微構件。本發(fā)明復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，按以下步驟進行一、利用微注塑工藝制備塑料微模型；二、將粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去離子水按I : 36 42的質量比混合，得混合物，然后向混合物中加入石膏緩凝劑，攪拌10 20s，然后在真空條件下攪拌15 40s，得到石膏漿料，將石膏漿料在真空狀態(tài)下澆入裝有塑料微模型的鋼套中，包埋塑料微模型，形成石膏鑄型；三、待石膏鑄型干燥后，將石膏鑄型從鋼套中取出，放入電阻爐中燒結，燒結過程中升溫速度為3K/min，先加熱到200°C保溫lh，然后接著加熱到600°C，并保溫lh，燒結結束后石膏鑄型隨爐冷卻至室溫；四、將步驟三燒結后的石膏鑄型鑲嵌到石墨模套內，并將石墨模套安裝到離心機上；五、將合金放入陶瓷坩堝，加熱至合金的熔點以上30 50°C，并保溫30 60min，使合金熔化，對石膏鑄型進行預熱，預熱溫度為合金熔點之下100°C至合金熔點之上100°C，然后啟動離心機，使離心轉速達到500 2500rpm,然后立即把熔化的合金注入帶有石膏鑄型的石墨模套內，保持30s，然后關停離心機；六、待石膏鑄型冷卻到室溫，打開石墨模套，取出石膏鑄型，去掉表面的石膏，然后用丙酮清洗，干燥，即獲得金屬微構件；其中步驟二中石膏緩凝劑為混合物質量的O. 05% ;步驟五中所述合金為鋅合金、鋁合金、銅合金、金合金、銀合金、錫合金或鎂合金。本發(fā)明在現(xiàn)有的金屬微構件微細加工體系之外，提出了金屬微構件制備技術，并能夠成形現(xiàn)有工藝無法實現(xiàn)的復雜三維結構(如內孔結構)，一次近終成形，無需后續(xù)加工，微構件成形完整，表面質量優(yōu)異，是目前最適合成形具有三維復雜結構的金屬微構件的微細成形方法。本發(fā)明在制備石膏漿料時加入了石膏緩凝劑，可有效延長石膏鑄型的初凝時間，提高到20min左右，能夠延長超聲注入的時間，更加有效的細化鑄型組織，組織尺寸降低至5 15 μ m，并且可以降低鑄型的表面粗糙度，從而保證鑄件尺寸精度，提高鑄件的耐腐蝕性和耐磨性以及加工性能等。


圖I為具體實施方式
七中步驟一制備的塑料微模型實物圖；圖2為具體實施方式
七中獲得的金屬微圓絲構件圖。
具體實施例方式本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，按以下步驟進行一、利用微注塑工藝制備塑料微模型；二、將粒度小于200目的α或β半水硬石膏和 去離子水按I : 36 42的質量比混合，得混合物，然后向混合物中加入石膏緩凝劑，攪拌10 20s，然后在真空條件下攪拌15 40s，得到石膏漿料，將石膏漿料在真空狀態(tài)下澆入裝有塑料微模型的鋼套中，包埋塑料微模型，形成石膏鑄型；三、待石膏鑄型干燥后，將石膏鑄型從鋼套中取出，放入電阻爐中燒結，燒結過程中升溫速度為3K/min，先加熱到200°C保溫lh，然后接著加熱到60(TC，并保溫lh，燒結結束后石膏鑄型隨爐冷卻至室溫；四、將步驟三燒結后的石膏鑄型鑲嵌到石墨模套內，并將石墨模套安裝到離心機上；五、將合金放入陶瓷坩堝，加熱至合金的熔點以上30 50°C，并保溫30 60min，使合金熔化，對石膏鑄型進行預熱，預熱溫度為合金熔點之下100°C至合金熔點之上100°C，然后啟動離心機，使離心轉速達到500 2500rpm，然后立即把熔化的合金注入帶有石膏鑄型的石墨模套內，保持30s,然后關停離心機；六、待石膏鑄型冷卻到室溫，打開石墨模套，取出石膏鑄型，去掉表面的石膏，然后用丙酮清洗，干燥，即獲得金屬微構件；其中步驟二中石膏緩凝劑為混合物質量的O. 05% ;步驟五中所述合金為鋅合金、鋁合金、銅合金、金合金、銀合金、錫合金或鎂合金。步驟二中石膏緩凝劑為購買得到。本實施方式在現(xiàn)有的金屬微構件微細加工體系之外，提出了金屬微構件制備技術，并能夠成形現(xiàn)有工藝無法實現(xiàn)的復雜三維結構(如內孔結構)，一次近終成形，無需后續(xù)加工，微構件成形完整，表面質量優(yōu)異，是目前最適合成形具有三維復雜結構的金屬微構件的微細成形方法。本實施方式在制備石膏漿料時加入了石膏緩凝劑，可有效延長石膏鑄型的初凝時間，提高到20min左右，能夠延長超聲注入的時間，更加有效的細化鑄型組織，組織尺寸降低至5 15 μ m，并且可以降低鑄型的表面粗糙度，從而保證鑄件尺寸精度，提高鑄件的耐腐蝕性和耐磨性以及加工性能等。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去離子水按I : 40的質量比混合。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟五中將合金放入陶瓷坩堝，加熱至合金的熔點以上40°C。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟五中保溫40 50min。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟五中使離心轉速達到1000 2000rpm。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟五中使離心轉速達到1500rpm。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
七以長20_，直徑分別為100μπι、200μπι、300μπι和400 μ m的微
圓絲為例，說明本實施方式復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，步驟如下一、利用微注塑 工藝制備塑料微模型；二、將粒度小于200目的α半水硬石膏和去離子水按I : 40的質量比混合，得混合物，然后向混合物中加入石膏緩凝劑，攪拌15s，然后在真空條件下攪拌30s，得到石膏漿料，將石膏漿料在真空狀態(tài)下澆入裝有塑料微模型的鋼套中，包埋塑料微模型，形成石膏鑄型；三、待石膏鑄型干燥后，將石膏鑄型從鋼套中取出，放入電阻爐中燒結，燒結過程中升溫速度為3K/min，先加熱到200°C保溫lh，然后接著加熱到600°C，并保溫lh，燒結結束后石膏鑄型隨爐冷卻至室溫；四、將步驟三燒結后的石膏鑄型鑲嵌到石墨模套內，并將石墨模套安裝到離心機上；五、將Zn-4% Al合金放入陶瓷坩堝，加熱至440°C，并保溫30min，使Zn-4% Al合金熔化，對石膏鑄型進行預熱，預熱溫度為270°C，然后啟動離心機，使離心轉速達到1500rpm，然后立即把熔化的Zn_4% Al合金注入帶有石膏鑄型的石墨模套內，保持30s，然后關停離心機；六、待鑄型冷卻到室溫，打開石墨模套，取出石膏鑄型，去掉表面的石膏，然后用丙酮清洗，干燥，即獲得金屬微圓絲構件；其中步驟二中石膏緩凝劑為混合物質量的O. 05%。本實施方式步驟一制備的塑料微模型實物如圖I所示。本實施方式獲得的金屬微圓絲構件如圖2所示。本實施方式方法無需后續(xù)加工，可一次近終成形,微構件成形完整,表面質量優(yōu)異，是目前最適合成形具有三維復雜結構的金屬微構件的微細成形方法。
權利要求
1.一種復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，其特征在于復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，按以下步驟進行一、利用微注塑工藝制備塑料微模型；二、將粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去離子水按I : 36 42的質量比混合，得混合物，然后向混合物中加入石膏緩凝劑，攪拌10 20s，然后在真空條件下攪拌15 40s，得到石膏漿料，將石膏漿料在真空狀態(tài)下澆入裝有塑料微模型的鋼套中，包埋塑料微模型，形成石膏鑄型；三、待石膏鑄型干燥后，將石膏鑄型從鋼套中取出，放入電阻爐中燒結，燒結過程中升溫速度為3K/min，先加熱到200°C保溫lh，然后接著加熱到600°C，并保溫lh，燒結結束后石膏鑄型隨爐冷卻至室溫；四、將步驟三燒結后的石膏鑄型鑲嵌到石墨模套內，并將石墨模套安裝到離心機上；五、將合金放入陶瓷坩堝，加熱至合金的熔點以上30 50°C，并保溫30 60min，使合金熔化，對石膏鑄型進行預熱，預熱溫度為合金熔點之下100°C至合金熔點之上100°C，然后啟動離心機，使離心轉速達到500 2500rpm，然后立即把熔化的合金注入帶有石膏鑄型的石墨模套內，保持30s，然后關停離心機；六、待石膏鑄型冷卻到室溫，打開石墨模套，取出石膏鑄型，去掉表面的石膏，然后用丙酮清洗，干燥，即獲得金屬微構件；其中步驟二中石膏緩凝劑為混合物質量的O. 05% ;步驟五中所述合金為鋅合金、鋁合金、銅合金、金合金、銀合金、錫合金或鎂合金。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，其特征在于步驟二中將粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去離子水按I : 40的質量比混合。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的一種復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，其特征在于步驟五中將合金放入陶瓷坩堝，加熱至合金的熔點以上40°C。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，其特征在于步驟五中保溫40 50min。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，其特征在于步驟五中使離心轉速達到1000 2000rpm。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，其特征在于步驟五中使離心轉速達到1500rpm。
全文摘要
一種復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，涉及一種微熔模精鑄成形方法。本發(fā)明提供一種復雜微構件的微熔模精鑄成形方法，目的是獲得形狀完整，表面質量高的金屬復雜微構件。方法一、利用微注塑工藝制備塑料微模型；二、將石膏漿料澆入裝有塑料微模型的鋼套中，形成石膏鑄型；三、將石膏鑄型取出，燒結，冷卻至室溫；四、將燒結后的石膏鑄型鑲嵌到石墨模套內，并將石墨模套安裝到離心機上；五、把熔化的合金注入帶有石膏鑄型的石墨模套內，離心鑄造；六、待石膏鑄型冷卻到室溫，取出石膏鑄型，去掉表面的石膏，清洗，干燥，即獲得金屬微構件。本發(fā)明方法無需后續(xù)加工，可一次近終成形，微構件成形完整，表面質量優(yōu)異。用于金屬微構件成形領域。
文檔編號B22D13/06GK102688988SQ20121020096
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權日2012年6月18日
發(fā)明者任明星, 李邦盛 申請人:哈爾濱工業(yè)大學