專利名稱：在陶瓷制品表面包鑄超薄層有色金屬的方法及其制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在陶瓷制品表面包鑄超薄層金屬的方法，以及按這種方法制造的產(chǎn)品。
眾所周知，陶瓷制品具有外表美觀，耐腐蝕，耐熱的優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)，建筑和日常生活用品上，但也存在著質(zhì)地脆、易碎的缺點(diǎn)。為了克服上述缺點(diǎn)，人們設(shè)想過在陶瓷制品的表面上包一層金屬，例如，銅、錫，這種設(shè)想對日常生活用品，特別是對某些工藝品，使它既能克服陶瓷制品的缺點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新，提高使用價(jià)值和觀賞價(jià)值。為此，人們曾試圖用粘結(jié)劑在泥塑制品上涂覆金屬粉未的方法用于陶瓷制品上，但是，由于涂覆的金屬粉未與陶瓷制品的結(jié)合強(qiáng)度低，涂覆層的厚度薄，且由于粘結(jié)劑本身不耐熱，這樣就容易產(chǎn)生剝落。還有的人試圖用薄的金屬薄片包裹的方法來實(shí)現(xiàn)上述目的，但由于工藝復(fù)雜，金屬薄片與陶瓷制品之間不能形成緊密的接觸，特別是金屬薄片端邊的連接，以及遇到復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀，如兩端尺寸比中間部分大的時(shí)候，這種工藝更難于解決。隨著鑄造工藝的發(fā)展，人們試圖用精密鑄造和脫蠟鑄造的方法來實(shí)現(xiàn)上述目的，但是由于工藝復(fù)雜，成本高，更主要的是難于在陶瓷制品上實(shí)現(xiàn)包鑄厚度在1毫米以下的超薄層金屬層，另一方面，即使使用精密鑄造和失蠟鑄造工藝也難于在結(jié)構(gòu)形狀極為復(fù)雜的陶瓷制品上實(shí)現(xiàn)超薄層金屬包鑄。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種簡單易行，能在各種形狀的陶瓷制品上包鑄有色金屬的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供在陶瓷制品上有包鑄超薄層有色金屬的產(chǎn)品。
按照本發(fā)明在陶瓷制品上包鑄超薄層有色金屬的方法，是按照下述步驟進(jìn)行。
1、對欲包鑄的陶瓷制品進(jìn)行預(yù)加工把欲包鑄的陶瓷制品的腔內(nèi)用混有水玻璃的石英砂充填壓實(shí)，然后加熱使之硬化，這樣做類似于造型的泥芯，其目的在于防止?jié)沧r(shí)金屬液流入陶瓷制品的腔內(nèi)。這是本發(fā)明區(qū)別于已有技術(shù)的一個(gè)主要特征。
2、對陶瓷制品包鑄超薄層有色金屬的表面掛蠟掛蠟用的蠟液是用工業(yè)用石蠟制備，將其放入干凈的容器中，逐漸加熱到56℃-58℃，使之充分液化。將已進(jìn)行預(yù)加工的陶瓷制品浸入蠟液，并加以轉(zhuǎn)動，讓蠟液粘附在陶瓷制品上，但不包括陶瓷制品的開口部份，通常在2-3秒鐘后取出，立即放入冷水中冷卻，以防止變形。取出后在自然條件下風(fēng)干固化，通常需1-2小時(shí)。
掛蠟的過程實(shí)際上是為包鑄確定型腔(具體的在后面再說明)，所以掛蠟工藝是直接確定所包鑄的有色金屬層的厚度。通常為1毫米，對于包鑄流動性較好的有色金屬，其厚度可減少到0.5毫米。掛蠟的厚度應(yīng)力求均勻，表面必須完整，無裂縫，無氣泡等。
但是，為了在包鑄的有色金屬層上能出現(xiàn)所要求的圖案時(shí)，可在所形成的掛蠟的蠟層表面上用浮雕、鑲嵌等方法預(yù)先成形。這是本發(fā)明區(qū)別于已有技術(shù)的一個(gè)重要特征。
3、制造澆注用的澆口和冒口，并與已掛蠟的陶瓷制品焊接在一起按照本發(fā)明的在陶瓷制品上包鑄超薄層有色金屬層的方法所使用的澆口和冒口也是用石蠟制成。
澆口的形狀是圓弧形錐狀澆口，其錐度由上向下漸縮，厚度略大于陶瓷制品上掛蠟的厚度，采取上述結(jié)構(gòu)是適應(yīng)超薄包鑄的需要，亦即為了提高澆注速度。
冒口是實(shí)心的圓錐體，這與型砂鑄造中用的冒口相類似。
澆口和冒口與掛蠟后的陶瓷制品用蠟液或焊刀加熱焊接。為了對下面的工藝方法敘述簡便起見，只提掛蠟的陶瓷制品，在這種情況下所說的掛蠟的陶瓷制品也包含與之焊接在一起的澆口和冒口。
4、在掛蠟之后的陶瓷制品上形成型殼按照本發(fā)明的陶瓷制品上包鑄超薄層有色金屬的方法，它不需要象通常的鑄造方法那樣需要用砂箱造型，而是在掛蠟的陶瓷制品上掛涂涂料和石英砂等，經(jīng)處理后，使之在掛蠟后的陶瓷制品上形成類似于殼體的型殼，該型殼的作用與砂型的作用相同。這也是本發(fā)明區(qū)別已有技術(shù)的又一個(gè)重要特征。
在掛蠟后的陶瓷制品上形成型殼分以下三步進(jìn)行。
第一步，是直接在掛蠟后的陶瓷制品的蠟層表面上形成面層。
在形成面層之前，首先要配制面層涂料，面層涂料的配方包括酸性水玻璃(模數(shù)2.7-3.4，比重1.3)270-300目的石英砂，與酸性水玻璃的重量比為1.2∶1正辛醇，占涂料重量的0.02-0.05%，表面活化劑，占涂料重量的0.02-0.05%，面層涂料的配制是先將酸性水玻璃倒入容器內(nèi)，開動攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌的同時(shí)，加入已用少許水稀釋的表面活化劑，如op-10和正辛醇，最后加入270-300目的石英砂，攪拌至均勻，通常需2小時(shí)。然后將配制好的涂料用容積為100立方毫米的流杯粘度計(jì)測試粘度。粘度應(yīng)為40-50秒。
將已掛蠟的陶瓷制品浸入面層涂料中，并稍加轉(zhuǎn)動，待涂料已均勻地涂覆在陶瓷制品上后立即取出，撒以50-100目的石英砂，該石英砂層應(yīng)該均勻，不留空白，然后自然干燥30分鐘，放入濃度為20-24%的氯化銨溶液中，使其硬化，取出在自然條件下干燥30-90分鐘。這樣就形成面層。
第二步，在完成面層涂覆之后，再在該面層的表面形成過渡層。
在形成過渡層之前，也需先配制過渡層涂料，該涂料的配方為酸性水玻璃(模數(shù)2.7-3.4，比重1.3)270-300目的石英砂，與酸性水玻璃重量比為1.1∶1。
過渡層涂料的制備方法與面層涂料的制備方法基本相同，除在攪拌時(shí)不加入正辛醇和表面活化劑外。制備好的過渡層涂料用容積為100立方毫米的流杯粘度計(jì)測量粘度，粘度應(yīng)為30-35秒。
將已完成面層加工的陶瓷制品浸入過渡層涂料中，稍加轉(zhuǎn)動，使涂料均勻地涂覆在陶瓷制品上后立即取出，撒以50-100目的石英砂，然后自然干燥15-30分鐘，再放入濃度為20-24%的氯化銨溶液中浸泡1-2分鐘后取出，在自然條件下干燥15-30分鐘，這樣就形成第二層過渡層。
第三步，是在形成過渡層的表面上再形成加強(qiáng)層。
在形成加強(qiáng)層之前，需先制備加強(qiáng)層涂料，其配方為酸性水玻璃(模數(shù)2.7-3.4，比重1.3)140-270目的鋁釩土粉，與酸性水玻璃重量比為1.1∶1。
加強(qiáng)層涂料的制備方法與過渡層相同，其差異只是將140-270目的鋁釩土粉替代過渡層涂料中的270-300目的石英粉。配制好的加強(qiáng)層涂料用容積為100立方毫米的流杯粘度計(jì)測試粘度，加強(qiáng)層涂料的粘度為20-35秒。
將已完成過渡層加工的陶瓷制品浸入加強(qiáng)層涂料中，稍加轉(zhuǎn)動，使涂料均勻地涂覆在陶瓷制品上后立即取出，撒以10-30目的石英砂，然后自然干燥15-30分鐘，再放入濃度為20-24%的氯化銨溶液中硬化，浸泡1-2分鐘后取出，在自然條件下干燥不少于4-8小時(shí)。這樣就形成第三層加強(qiáng)層，亦即制成型殼。
經(jīng)過上述三步所形成的型殼的厚度一般在4-6厘米左右，它完全能適應(yīng)超薄層有色金屬包鑄的需要。
5、脫蠟形成型殼的陶瓷制品需經(jīng)過脫蠟處理，這道工序的實(shí)質(zhì)就是把型殼內(nèi)的蠟層，包括蠟制的澆口和冒口(嚴(yán)格地說，這里所說的用蠟制的澆口和冒口實(shí)際上就是澆注時(shí)的澆口和冒口的型芯)，在澆注前將它們從型殼中去掉，使得陶瓷制品與外面所包圍的型殼之間形成一個(gè)間隙和澆注用的澆口和冒口，這個(gè)間隙也就成為陶瓷制品上包鑄超薄層有色金屬時(shí)的型腔，也就是說，它是用于接受所澆注的金屬，顯然，這是本發(fā)明的在陶瓷制品上包鑄超薄層有色金屬方法與已有技術(shù)的又一個(gè)重要的區(qū)別。
脫蠟前應(yīng)對已制成型殼的陶瓷制品進(jìn)行清理，必要時(shí)，可以浸入干凈的水或0.5-1%的氯化銨溶液內(nèi)清洗。
脫蠟液是用濃度為3-5%的氯化銨溶液，溶液溫度為95℃-98℃(切忌溶液沸騰)，由于蠟的溶點(diǎn)低，比重小，溶化后將浮升至液面，從而形成型腔。
脫蠟之后，用濃度為2-3%的硼酸水溶液清洗，所使用的溶液溫度為98℃-100℃，直至蠟液全部清除，然后自然干燥4-8小時(shí)。
6、焙燒澆鑄將其開口的一端向下，置于已裝填底砂的焙燒管上面或焙燒籃中，送進(jìn)加熱裝置中進(jìn)行焙燒。加熱裝置可以是電爐，或用天燃?xì)鉅t，或者是其它任何合適的加熱裝置。
焙燒的溫度取決于欲包鑄的有色金屬的熔點(diǎn)，它應(yīng)接近或高于所澆有色金屬的熔點(diǎn)的溫度，例如，包鑄黃銅時(shí)澆注溫度為980-1050℃，其保溫的溫度為950℃-1100℃，目的在于充分消除型殼內(nèi)可能殘留的蠟質(zhì)和結(jié)晶水，并保證被澆注的有色金屬能充滿型腔中的任何部位。
澆注時(shí)，是將在高溫下的型殼從加熱裝置中移出，從澆口中注入已熔融的有色金屬。
7、鑄后處理鑄后處理是讓澆鑄后的型殼在自然條件下冷卻，然后將陶瓷制品腔內(nèi)充填的混有水玻璃的石英砂和在包鑄的有色金屬層以外的型殼部分，以及澆冒口清除或割除掉。這樣就制成包鑄有色金屬層的陶瓷制品。
包鑄超薄層有色金屬的陶瓷制品的表面具有4-6級的表面光潔度，其外表面與有色金屬制品無異，但由于包鑄了有色金屬層，因此，手持時(shí)具有金屬感，但重量又低于金屬制品。
采取上述方法制成的超薄層有色金屬的包鑄陶瓷制品，尤其是工藝品，更顯出其觀賞和使用價(jià)值。
下面通過實(shí)施例來說明用上述工藝方法所制造的在陶瓷制品上包鑄有超薄層有色金屬的制品。
例1

圖1所示是一個(gè)用宜興陶土制成的紫砂壺的剖面圖，它包括一個(gè)中空的壺體1，在其一側(cè)有一個(gè)與之相通的中空的壺嘴2，另一側(cè)是手柄3。在洗凈的壺體1和壺嘴2內(nèi)充填混有水玻璃的石英砂，直至兩者的開口處4、5，然后在開口處4、5分別用水玻璃封住。在此應(yīng)特別注意的是充填時(shí)必須充填結(jié)實(shí)，以防止在焙燒和澆注時(shí)下陷。在開口處4、5涂覆的水玻璃應(yīng)能使其密封，以防止在燒注時(shí)由于有間隙而將熔融的金屬流入。
然后用前述的方法對紫砂壺掛蠟，以便在紫砂壺的外表面形成一層均勻的蠟層6，掛蠟的蠟層厚度一般小于1毫米，優(yōu)選的是0.50-0.30毫米。
為了在包鑄有色金屬后的紫砂壺上形成各種圖案或文字，這時(shí)需在蠟層上用眾所周知的浮雕、鏤雕、鑲嵌等方法制成各種圖案或文字，以便在澆鑄金屬后就可以形成相應(yīng)的圖案或文字。
然后將澆口7和冒口8分別與已掛蠟的紫砂壺用蠟液焊接，如圖1所示，澆口7和胃口8是在壺體1的上部(按圖示方向)。
在完成表面修飾和焊接澆口7和冒口8之后，按前述的方法在掛蠟的紫砂壺上先后形成面層9、過渡層10和加強(qiáng)層11，從而制成紫砂壺的型殼。
制成的型殼經(jīng)清洗后進(jìn)行脫蠟處理，脫蠟的方法如前所述，脫蠟之后，圖1中所示的澆口7和冒口8及在紫砂壺外表面的蠟層都將去掉，從而形成實(shí)際上的澆口7和冒口8以及型腔。這樣為澆注金屬作好了準(zhǔn)備。
之后將已制成的型殼按圖1所示將開口端向下，在其下面墊了用石英砂制成的中空錐體的管12，并放入加熱裝置內(nèi)加熱。
在本實(shí)施例中，澆注的金屬材料是鋁，鋁液的澆注溫度為720-750℃，鑒此，為防止型殼在焙燒后從加熱裝置中移出時(shí)可能產(chǎn)生的溫度下降，為了進(jìn)行補(bǔ)償，型殼是在700℃-750℃的高溫下焙燒，焙燒時(shí)，保溫時(shí)間為1-1.5小時(shí)，然后將型殼從加熱裝置中移出，立即將熔融的鋁從澆口7中澆入。冷卻后，去掉紫砂壺外面的型殼，澆、胃口以及壺體內(nèi)和壺嘴2內(nèi)的石英砂，從而制成包鑄超薄層鋁的紫砂壺。
例2圖2所示的是陶土制的仿古酒杯的照片，它與例1不同的在于澆注的金屬是錫，錫的澆注溫度為280-350℃，已制成的型殼的酒杯在350-400℃的高溫下焙燒保溫1-2小時(shí)，然后從加熱裝置中移出并注入已熔融的金屬錫，從而制成用錫包鑄的仿古酒杯。如圖2所示，里面是一層陶土制仿古酒杯13，其外面一層是包鑄的超薄層的錫14。
從上述實(shí)施例來看，對本專業(yè)普通技術(shù)人員不難理解，包鑄的金屬可以不限于這些，它可以是各種有色金屬，當(dāng)然也可以是貴金屬，如鉑、金、銀。關(guān)鍵是型殼的焙燒溫度必須接近或高于欲澆注的金屬(或合金)的熔點(diǎn)，高出的程度應(yīng)足以保證欲澆注的金屬(或合金)在完成澆注操作過程中能讓欲澆注的金屬液充滿型腔的各個(gè)部位。
通過上述實(shí)施例，本專業(yè)的普通技術(shù)人員不難理解，盡管所例舉的例子屬于日常生活用品和工藝品，但是將上述方法應(yīng)用于其它領(lǐng)域也是顯而易見的。
按照本發(fā)明公開的陶瓷制品上包鑄超薄層金屬的方法及其制品的構(gòu)思下，本專業(yè)的普通技術(shù)人員可以做出其它變換和改進(jìn)，但這些變換和改進(jìn)都在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在陶瓷制品上包鑄超薄層有色金屬的方法，其特征在于所說的方法包括將陶瓷制品的內(nèi)腔用混有水玻璃的石英砂充填，然后加熱使其硬化；在陶瓷制品包鑄超薄層金屬的表面上用石蠟制成蠟液掛涂；將蠟制的澆口和冒口焊接到已掛蠟的陶瓷制品上；在包括焊接了澆口和冒口的，已掛蠟的陶瓷制品上形成由面層、過渡層和加強(qiáng)層所組成的型殼；對已成型的型殼的陶瓷制品脫蠟；將脫蠟后的陶瓷制品放在用石英砂制的石英砂管上，并一起置于加熱裝置內(nèi)焙燒，焙燒的溫度應(yīng)接近或高于欲澆鑄的金屬的熔點(diǎn)，且應(yīng)保證在整個(gè)澆注過程中能使欲澆鑄的金屬能充滿型腔的各個(gè)部份；從加熱裝置中移出型殼，并澆入已熔融的欲包鑄的金屬；待澆鑄的金屬冷卻后清除型殼、澆口、冒口和陶瓷制品內(nèi)腔中的充填物。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說的由面層過渡層和加強(qiáng)層所組成的型殼是按下列步驟制作的先將酸性水玻璃進(jìn)行攪拌，并加入表面活化劑OP-10和正辛醇，所加入的表面活化劑OP-10和正辛醇的重量分別為所制成的面層涂料重量的0.02-0.05%，再加入與酸性水玻璃的重量比為1.2∶1的270-300目的石英砂，并攪拌得基本均勻，從而制成面層涂料，該涂料在用容積為100立方毫米的流杯粘度計(jì)測試，粘度應(yīng)為40-50秒;將已掛蠟的陶瓷制品(含已焊接的澆口和胃口)浸入所說的面層涂料中，均勻后取出并撒以50-100目的石英砂，自然干燥后，浸入濃度為20-24%的氯化銨溶液中硬化，然后取出自然干燥，以此形成面層;然后制備過渡層涂料，該涂料是將酸性水玻璃進(jìn)行攪拌，所說的酸性水玻璃和石英砂的重量比為1∶1.1，并充分地進(jìn)行攪拌制成涂料，所制成的過渡層涂料用容器為100立方毫米的流杯粘度計(jì)測試，其粘度應(yīng)在30-35秒范圍內(nèi);將形成面層的陶瓷制品浸入所說的過渡層涂料中，待均勻后取出并撒以50-100目的石英砂，經(jīng)自然干燥后，放入濃度為20-24%的氯化銨中浸泡硬化，然后取出自然干燥，以此形成過渡層;再制備加強(qiáng)層涂料，該涂料是將酸性水玻璃進(jìn)行攪拌，然后加入140-270目的鋁釩土粉，將形成過渡層的陶瓷制品浸入所說的加強(qiáng)層涂料中，待均勻涂覆后取出撒以10-30目的石英砂，自然干燥后放入濃度為20-24%的氯化銨溶液中硬化，然后取出經(jīng)自然干燥形成加強(qiáng)層。
3.按照權(quán)利要求1或2所說的方法，其特征在于所說的包鑄的金屬是有色金屬。
4.按照權(quán)利要求3所說的方法，其特征在于所說的有色金屬包括銅、錫、鋁及其合金中的任一種。
5.一種按權(quán)利要求1或2所述方法制成的包鑄超薄層有色金屬的陶瓷制品，其特征在于所說的陶瓷制品的表面包鑄一層厚度小于1毫米的金屬層。
6.按照權(quán)利要求5所說的陶瓷制品，其特征在于所說的有色金屬層的厚度在0.5-0.3毫米范圍內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的陶瓷制品，其特征在于所說的有色金屬是銅、錫、鋁及合金中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在陶瓷制品上包鑄超薄層金屬的方法，它包括在陶瓷制品內(nèi)腔充填混有水玻璃的石英砂并用水玻璃封住、掛蠟、焊澆、冒口，制型殼、去蠟，對型殼加溫到高于欲澆注金屬的澆注溫度，澆注及冷卻處理各工序。本發(fā)明還公開了用上述方法制備的產(chǎn)品。該方法適用于有色金屬及其合金。具有操作簡便，成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B22C9/04GK1061923SQ9210007
公開日1992年6月17日 申請日期1992年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月14日
發(fā)明者張煥麒 申請人:張煥麒