本發(fā)明屬于快速精密鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于3d打印技術(shù)的氧化鈣基陶瓷鑄型制造方法。

背景技術(shù)：

目前，在國內(nèi)外廣泛使用的用于近凈成形精密鑄造的陶瓷鑄型主要有氧化硅基和氧化鋁基兩種。氧化硅基陶瓷使用溫度為1520℃～1560℃，在1500℃～1550℃的澆注條件下，成品率較高，但當(dāng)使用溫度大于1550℃時，高溫性能極差，因此氧化硅基陶瓷不適用于更高溫度的高溫合金澆注條件；氧化鋁基陶瓷具有高的耐火度、化學(xué)穩(wěn)定性好、良好的熱穩(wěn)定性、抗蠕變性能好、無晶型轉(zhuǎn)變等優(yōu)點，其使用溫度大于1550℃，最高可達(dá)1850℃。雖然氧化鋁基陶瓷鑄型相比氧化硅基陶瓷鑄型具有一些優(yōu)良的性能，但是氧化鋁基陶瓷鑄型的脫芯非常困難，通常會帶來40％的廢品率，這也是長期以來一直阻礙其廣泛應(yīng)用的主要原因。

氧化鈣熔點為2572℃，沸點為2850℃，且高溫下飽和蒸汽壓比其他堿性氧化物低。因此，氧化鈣可承受很高的使用溫度；化學(xué)熱穩(wěn)定性好，在高溫下不與鈦等金屬反應(yīng)，可以提高葉片的表面質(zhì)量；氧化鈣陶瓷熱膨脹系數(shù)與高溫合金相近，金屬液凝固時能與金屬同步收縮，能避免由于應(yīng)力引起的熱脹裂，且其抗蠕變性能好，具有可以滿足新一代超高溫合金葉片的鑄造使用要求；氧化鈣基陶瓷型芯易于脫除，避免了脫芯對葉片的腐蝕，降低了脫芯難度和成本；氧化鈣原料易于獲取且價格低廉。因此，氧化鈣是一種制造空心葉片陶瓷鑄型的理想材料。但是氧化鈣基陶瓷鑄型的制備無論是材料設(shè)計還是制造工藝都比較復(fù)雜，且氧化鈣容易吸潮水化，也加大了氧化鈣基陶瓷鑄型的制造難度。因此，制造出具有良好綜合性能、制造精度以及具有良好抗水化性的氧化鈣基陶瓷鑄型具有重大意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種基于3d打印技術(shù)的氧化鈣基陶瓷鑄型制造方法，基于粉床和非水基粘接劑的3d打印技術(shù)，可一次成形制造型芯、型殼一體化氧化鈣陶瓷鑄型，具有良好綜合性能、制造精度和抗水化性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括以下步驟：

步驟一，將40μm、20μm和5μm的氧化鈣陶瓷粉末按照50：35：15的質(zhì)量比進(jìn)行顆粒級配和表面有機(jī)化處理；

步驟二，將有機(jī)化處理后的氧化鈣陶瓷粉體、礦化劑粉體和增強(qiáng)短纖維均勻混合，得到3d打印用的氧化鈣基陶瓷粉體；

步驟三，建立氧化鈣基陶瓷鑄型的三維cad模型并建立分層和掃描路徑的數(shù)據(jù)；

步驟四，將氧化鈣基陶瓷鑄型的制作數(shù)據(jù)導(dǎo)入3d打印機(jī)，并利用步驟二制備的陶瓷粉末進(jìn)行3d打印成形，得到氧化鈣基陶瓷鑄型素胚；

步驟五，對氧化鈣基陶瓷鑄型素胚進(jìn)行真空脫脂處理；

步驟六，對脫脂的氧化鈣基陶瓷鑄型進(jìn)行真空反應(yīng)熔滲強(qiáng)化處理；

步驟七，對熔滲強(qiáng)化后的氧化鈣基鑄型坯體在大氣中進(jìn)行高溫強(qiáng)化燒結(jié)，制得高強(qiáng)度的氧化鈣基陶瓷鑄型。

步驟八，對氧化鈣基陶瓷鑄型進(jìn)行表面防水化處理。

所述步驟一中，氧化鈣陶瓷粉末的粒度為2μm～40μm。

所述步驟一中，表面有機(jī)化處理是選用kh50硅烷偶聯(lián)劑為原料，在氧化鈣陶瓷粉末表面生成一層有機(jī)膜，具體方法如下：

第一步，將硅烷偶聯(lián)劑與無水乙醇均勻混合，配制成有機(jī)化溶液，有機(jī)化溶液中硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，無水乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％；

第二步，按3:1的質(zhì)量比將已完成顆粒級配的氧化鈣粉末與有機(jī)化溶液充分均勻混合，制得混合漿料；

第三步，將混合漿料在室溫下靜置3～5h，再將置于真空干燥箱內(nèi)，粉末完全干燥后得到表面有機(jī)化處理的氧化鈣陶瓷粉末。

所述步驟二中，礦化劑為納米zro2、納米mgo和納米y2o3中的一種或者三種的混合物，其加入量為氧化鈣粉體質(zhì)量的2％～5％；

所述步驟二中，增強(qiáng)短纖維為zro2纖維，其長度為0.5mm～2mm，其加入量為氧化鈣粉體質(zhì)量的2％～5％；

所述步驟四中，3d打印工藝為基于粉床的樹脂基粘接劑3d打印工藝，其粘接劑為光敏樹脂基粘接劑，光敏樹脂基粘接劑中含有80％的光敏樹脂，10％的乙醇，5％的光引發(fā)劑，5％的著色劑。

所述步驟五中，真空脫脂是將氧化鈣陶瓷鑄型置于真空脫脂爐中，加熱至1200℃，保溫3h，進(jìn)行脫脂預(yù)燒結(jié)。

所述步驟六中，真空反應(yīng)熔滲是將脫脂后的氧化鈣陶瓷鑄型與金屬鈣顆?；蛘呓饘冁V顆粒置于真空熔滲裝置中，加熱至熔滲金屬熔點溫度，保溫熔滲2h。

所述步驟七中，高溫強(qiáng)化燒結(jié)是將熔滲后的氧化鈣陶瓷鑄型置于大氣燒結(jié)爐中加熱至1500～1600℃，保溫3h，進(jìn)行強(qiáng)化燒結(jié)。

所述步驟八中，對氧化鈣基陶瓷鑄型表面進(jìn)行防水處理方法為：將步驟七中制備的氧化鈣基陶瓷鑄型置于200℃～300℃的二氧化碳?xì)夥障渲?，在鑄型表面原位生成致密的碳酸鈣層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、基于粉床粘接成型的3dp工藝可以快速制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄型，尤其是鑄型的型芯、型殼一次成形，能夠避免傳統(tǒng)熔模鑄造過程中組模造成的偏芯、穿孔等缺陷有利于保證鑄件的尺寸精度；

2、氧化鈣基陶瓷鑄型的制造面臨的最大困難就是氧化鈣的水化問題，本發(fā)明中采用的3d打印工藝采用了樹脂基粘接劑，且制造過程在真空干燥環(huán)境中進(jìn)行，使得氧化鈣不與水產(chǎn)生接觸，能夠有效避免氧化鈣的水化；其次，本發(fā)明通過添加適量的礦化劑如氧化鋯、氧化釔等，既可以促進(jìn)氧化鈣基陶瓷鑄型的燒結(jié)，又能夠提高鑄型燒結(jié)后的抗水化性；

3、本發(fā)明制備出的氧化鈣基陶瓷鑄型可以有效解決氧化鋁基陶瓷鑄型脫芯難、廢品率高的技術(shù)難題，可大大提高制造成品率，并且使用溫度高，高溫性能好，可滿足更高溫度的精密鑄造。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實施例1：

1)選取40μm、20μm和5μm的氧化鈣陶瓷粉末按照50:35:15的質(zhì)量比進(jìn)行顆粒級配并混合均勻；

2)將上述混合均勻的粉末進(jìn)行表面有機(jī)化處理，具體操作為：

(1)將硅烷偶聯(lián)劑與無水乙醇均勻混合，配制成有機(jī)化溶液，有機(jī)化溶液中硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，無水乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％；

(2)按3:1的質(zhì)量比將顆粒級配后的氧化鈣粉末與有機(jī)化溶液充分均勻混合，制得混合漿料；

(3)將混合漿料在室溫下靜置3～5h，再將置于真空干燥箱內(nèi)，粉末完全干燥后得到表面有機(jī)化處理的氧化鈣陶瓷粉末；

3)向有機(jī)化處理后的氧化鈣陶瓷粉體中加入5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米zro2礦化劑粉體和5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.5mm～2mm的zro2短纖維，并將其均勻混合，得到3d打印用的氧化鈣基陶瓷粉體；

3)建立氧化鈣基陶瓷鑄型的三維cad模型并建立分層和掃描路徑的數(shù)據(jù)；

4)將氧化鈣基陶瓷鑄型的制作數(shù)據(jù)導(dǎo)入3d打印機(jī)，進(jìn)行3d打印成形，得到氧化鈣基陶瓷鑄型素胚；

5)對氧化鈣基陶瓷素胚在真空脫脂爐中加熱至1200℃，保溫3h，進(jìn)行脫脂預(yù)燒結(jié)；

6)將脫脂后的氧化鈣陶瓷鑄型與金屬鎂顆粒按1:2的質(zhì)量置于真空熔滲裝置中，加熱至650℃，保溫熔滲2h；；

7)對熔滲強(qiáng)化后的氧化鈣基鑄型坯體置于大氣燒結(jié)爐中，加熱至1550℃，保溫3h，進(jìn)行高溫強(qiáng)化燒結(jié)，制得高強(qiáng)度的氧化鈣基陶瓷鑄型；

8)將上述過程制備得到的氧化鈣基陶瓷鑄型置于200℃℃的二氧化碳?xì)夥障渲校阼T型表面原位生成致密的碳酸鈣層。

實施例2：

步驟一，將40μm、20μm和5μm的氧化鈣陶瓷粉末按照50：35：15的質(zhì)量比進(jìn)行顆粒級配和表面有機(jī)化處理，表面有機(jī)化處理是選用kh50硅烷偶聯(lián)劑為原料；

步驟二，將硅烷偶聯(lián)劑與無水乙醇均勻混合，配制成有機(jī)化溶液，有機(jī)化溶液中硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，無水乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％；

步驟三，按3:1的質(zhì)量比將已完成顆粒級配的氧化鈣粉末與有機(jī)化溶液充分均勻混合，制得混合漿料；

步驟四，將混合漿料在室溫下靜置3h，再將置于真空干燥箱內(nèi)，粉末完全干燥后得到表面有機(jī)化處理的氧化鈣陶瓷粉末；

步驟五，將有機(jī)化處理后的氧化鈣陶瓷粉體、礦化劑粉體和增強(qiáng)短纖維均勻混合，得到3d打印用的氧化鈣基陶瓷粉體，礦化劑為納米mgo，其加入量為氧化鈣粉體質(zhì)量的2％，增強(qiáng)短纖維為zro2纖維，其長度為0.5mm，其加入量為氧化鈣粉體質(zhì)量的2％；

步驟六，建立氧化鈣基陶瓷鑄型的三維cad模型并建立分層和掃描路徑的數(shù)據(jù)；

步驟七，將氧化鈣基陶瓷鑄型的制作數(shù)據(jù)導(dǎo)入3d打印機(jī)，并利用步驟二制備的陶瓷粉末進(jìn)行3d打印成形，得到氧化鈣基陶瓷鑄型素胚，3d打印工藝為基于粉床的樹脂基粘接劑3d打印工藝，其粘接劑為光敏樹脂基粘接劑，光敏樹脂基粘接劑中含有80％的光敏樹脂，10％的乙醇，5％的光引發(fā)劑，5％的著色劑；

步驟八，將氧化鈣陶瓷鑄型置于真空脫脂爐中，加熱至1200℃，保溫3h，進(jìn)行脫脂預(yù)燒結(jié)；

步驟九，將脫脂后的氧化鈣陶瓷鑄型與金屬鈣顆粒置于真空熔滲裝置中，加熱至850℃，保溫熔滲2h，完成對脫脂的氧化鈣基陶瓷鑄型進(jìn)行真空反應(yīng)熔滲強(qiáng)化處理；

步驟十，高溫強(qiáng)化燒結(jié)是將熔滲后的氧化鈣陶瓷鑄型置于大氣燒結(jié)爐中加熱至1500℃，保溫3h，進(jìn)行強(qiáng)化燒結(jié)，制得高強(qiáng)度的氧化鈣基陶瓷鑄型；

步驟十一，將上述步驟制備得到的氧化鈣基陶瓷鑄型置于300℃的二氧化碳?xì)夥障渲校阼T型表面原位生成致密的碳酸鈣層。

實施例3：

步驟一，將40μm、20μm和5μm的氧化鈣陶瓷粉末按照50：35：15的質(zhì)量比進(jìn)行顆粒級配和表面有機(jī)化處理，表面有機(jī)化處理是選用kh50硅烷偶聯(lián)劑為原料；

步驟二，將硅烷偶聯(lián)劑與無水乙醇均勻混合，配制成有機(jī)化溶液，有機(jī)化溶液中硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，無水乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％；

步驟三，按3:1的質(zhì)量比將已完成顆粒級配的氧化鈣粉末與有機(jī)化溶液充分均勻混合，制得混合漿料；

步驟四，將混合漿料在室溫下靜置5h，再將置于真空干燥箱內(nèi)，粉末完全干燥后得到表面有機(jī)化處理的氧化鈣陶瓷粉末；

步驟五，將有機(jī)化處理后的氧化鈣陶瓷粉體、礦化劑粉體和增強(qiáng)短纖維均勻混合，得到3d打印用的氧化鈣基陶瓷粉體，礦化劑為納米y2o3，其加入量為氧化鈣粉體質(zhì)量的5％，增強(qiáng)短纖維為zro2纖維，其長度為2mm，其加入量為氧化鈣粉體質(zhì)量的5％；

步驟六，建立氧化鈣基陶瓷鑄型的三維cad模型并建立分層和掃描路徑的數(shù)據(jù)；

步驟七，將氧化鈣基陶瓷鑄型的制作數(shù)據(jù)導(dǎo)入3d打印機(jī)，并利用步驟二制備的陶瓷粉末進(jìn)行3d打印成形，得到氧化鈣基陶瓷鑄型素胚，3d打印工藝為基于粉床的樹脂基粘接劑3d打印工藝，其粘接劑為光敏樹脂基粘接劑，光敏樹脂基粘接劑中含有80％的光敏樹脂，10％的乙醇，5％的光引發(fā)劑，5％的著色劑；

步驟八，將氧化鈣陶瓷鑄型置于真空脫脂爐中，加熱至1200℃，保溫3h，進(jìn)行脫脂預(yù)燒結(jié)；

步驟九，將脫脂后的氧化鈣陶瓷鑄型與金屬鈣顆粒置于真空熔滲裝置中，加熱至850℃，保溫熔滲2h，完成對脫脂的氧化鈣基陶瓷鑄型進(jìn)行真空反應(yīng)熔滲強(qiáng)化處理；

步驟十，高溫強(qiáng)化燒結(jié)是將熔滲后的氧化鈣陶瓷鑄型置于大氣燒結(jié)爐中加熱至1600℃，保溫3h，進(jìn)行強(qiáng)化燒結(jié)，制得高強(qiáng)度的氧化鈣基陶瓷鑄型；

步驟十一，將上述步驟制備得到的氧化鈣基陶瓷鑄型置于150℃的二氧化碳?xì)夥障渲?，在鑄型表面原位生成致密的碳酸鈣層。

實施例4：

步驟一，將40μm、20μm和5μm的氧化鈣陶瓷粉末按照50：35：15的質(zhì)量比進(jìn)行顆粒級配和表面有機(jī)化處理，表面有機(jī)化處理是選用kh50硅烷偶聯(lián)劑為原料；

步驟二，將硅烷偶聯(lián)劑與無水乙醇均勻混合，配制成有機(jī)化溶液，有機(jī)化溶液中硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，無水乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％；

步驟三，按3:1的質(zhì)量比將已完成顆粒級配的氧化鈣粉末與有機(jī)化溶液充分均勻混合，制得混合漿料；

步驟四，將混合漿料在室溫下靜置4h，再將置于真空干燥箱內(nèi)，粉末完全干燥后得到表面有機(jī)化處理的氧化鈣陶瓷粉末；

步驟五，將有機(jī)化處理后的氧化鈣陶瓷粉體、礦化劑粉體和增強(qiáng)短纖維均勻混合，得到3d打印用的氧化鈣基陶瓷粉體，礦化劑為納米zro2、納米mgo和納米y2o3三種的混合物，其混合比例為質(zhì)量比等于1:1:1，其加入量為氧化鈣粉體質(zhì)量的3％，增強(qiáng)短纖維為zro2纖維，其長度為1.2mm，其加入量為氧化鈣粉體質(zhì)量的4％；

步驟六，建立氧化鈣基陶瓷鑄型的三維cad模型并建立分層和掃描路徑的數(shù)據(jù)；

步驟七，將氧化鈣基陶瓷鑄型的制作數(shù)據(jù)導(dǎo)入3d打印機(jī)，并利用步驟二制備的陶瓷粉末進(jìn)行3d打印成形，得到氧化鈣基陶瓷鑄型素胚，3d打印工藝為基于粉床的樹脂基粘接劑3d打印工藝，其粘接劑為光敏樹脂基粘接劑，光敏樹脂基粘接劑中含有80％的光敏樹脂，10％的乙醇，5％的光引發(fā)劑，5％的著色劑；

步驟八，將氧化鈣陶瓷鑄型置于真空脫脂爐中，加熱至1200℃，保溫3h，進(jìn)行脫脂預(yù)燒結(jié)；

步驟九，將脫脂后的氧化鈣陶瓷鑄型與金屬鎂顆粒置于真空熔滲裝置中，加熱至650℃，保溫熔滲2h，完成對脫脂的氧化鈣基陶瓷鑄型進(jìn)行真空反應(yīng)熔滲強(qiáng)化處理；

步驟十，高溫強(qiáng)化燒結(jié)是將熔滲后的氧化鈣陶瓷鑄型置于大氣燒結(jié)爐中加熱至1550℃，保溫3h，進(jìn)行強(qiáng)化燒結(jié)，制得高強(qiáng)度的氧化鈣基陶瓷鑄型；

步驟十一，將上述步驟制備得到的氧化鈣基陶瓷鑄型置于180℃的二氧化碳?xì)夥障渲?，在鑄型表面原位生成致密的碳酸鈣層。