一种铸造用陶瓷型壳的制备方法

本发明涉及铸造，尤其涉及一种铸造用陶瓷型壳的制备方法。

背景技术：

1、在传统的陶瓷型壳铸造生产工艺中，一种是利用熔模铸造方法，在蜡模上逐层涂覆耐火材料和粘结剂(如水玻璃、硅溶胶或是硅酸乙酯水解液)混合而成的浆料来制成陶瓷型壳，期间还要有撒砂等工艺过程，可以实现铸件的陶瓷型壳铸造；另一种方法是利用硅酸乙酯作为粘结剂通过直接灌浆方法来制成陶瓷型壳。

2、熔模铸造方法制造陶瓷型壳的工艺，由于其制造工艺复杂，生产周期长，制造成本高，型壳的废品率较高，限制了其应用范围。

3、在单件或下批量铸件生产领域，3d打印具有显著的优势，其生产效率高、周期短、工艺简单，可以自由打印出复杂型壳。因此，3d打印陶瓷型壳也逐渐在铸造领域得以应用。

4、现阶段的3d打印陶瓷型壳是通过陶瓷粉末或浆料进行逐层堆叠来构建型壳的，每一层的厚度会影响最终型壳的表面质量，打印层越薄，表面越平滑，但打印时间会增加，打印层越厚，生产效率高，但会降低表面质量，另外，由于3d打印所用的陶瓷材料与传统的铸造型壳材料不同，在烧结过程中，不同的材料可能会表现出不同的收缩率，这也会影响打印后的型壳表面精度，虽然3d打印型壳可以通过砂光、抛光和涂覆等后处理步骤来提高表面质量，但这些步骤并不能完全消除打印过程中产生的层状纹理，因此，现阶段3d打印出的陶瓷型壳无法达到传统铸造型壳的精度和表面光洁度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种铸造用陶瓷型壳的制备方法，来解决现阶段3d打印出的陶瓷型壳无法达到传统铸造型壳的精度和表面光洁度的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供了一种铸造用陶瓷型壳的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、s1、制备造型用的模样；

5、s2、将铸造薄膜覆盖在模样上，并通过负压抽吸将铸造薄膜紧密贴附在模样表面；

6、s3、在覆膜完成的模样表面进行打印，将具有自硬性能的陶瓷浆料均匀铺展在模样上，边打印边硬化；

7、s4、当陶瓷浆料紧密覆盖在模样表面并完全硬化成陶瓷层时，将陶瓷层从模样上取下得到陶瓷型壳。

8、在上述技术方案的基础上，优选的，在模样表面打印之前，还包括在覆膜完成的模样上放置砂箱，使陶瓷浆料的打印在砂箱中完成。

9、在上述技术方案的基础上，优选的，在步骤s3过程中，通过在砂箱中通入暖风或真空对陶瓷浆料进行脱水，使陶瓷层快速硬化完成。

10、在上述技术方案的基础上，优选的，所述的自硬性能的陶瓷浆料包含以下组分按重量百分比计的配比：粘结剂10-20％，耐火材料60-70％，填充材料5-10％，促进剂1-3％，抗裂剂0.1-0.5％，湿润剂0.5-1％，消泡剂0.1-0.5％，其余为水。

11、进一步，优选的，所述粘结剂为硅溶胶或水玻璃，其硅酸模数为20-40，耐火材料为矽砂、刚玉砂、铝矾土砂的一种或几种，其粒度范围为100-270目，填充材料为氧化铝粉或氧化钛粉，其粒度小于10微米，促进剂为碳酸钠或碳酸钙，用于加快硅溶胶的硬化速度，抗裂剂为聚丙烯纤维或木质素纤维，用于提高型壳的抗裂性能，湿润剂为聚乙二醇或脂肪醇聚氧乙烯醚，用于改善浆料的润湿性，消泡剂为硅油，用于降低浆料中的气泡产生。

12、更进一步，优选的，所述自硬性能的陶瓷浆料的制备步骤包括：

13、步骤一、在混合器中先加入所需重量比例的耐火材料和填充材料，搅拌均匀；

14、步骤二、在混合的耐火材料和填充材料中，加入预定比例的抗裂剂，继续搅拌以均匀分布纤维；

15、步骤三、分别预备两个溶液，一个是促进剂溶液，另一个是粘接剂溶液，然后将这两个溶液同时倾入含有耐火材料、填充材料和抗裂剂的混合器中；

16、步骤四、在混合过程中，缓慢添加湿润剂和消泡剂，边搅拌边添加，直到完全混合均匀，形成均质的陶瓷浆料。

17、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s4还包括步骤如下：

18、步骤s41、在陶瓷层完全硬化后，先将陶瓷层滞留在模样表面不取出，并在陶瓷层表面放置型砂，使型砂充填整个砂箱中；

19、步骤s42、在砂箱顶面覆盖铸造薄膜，然后对砂箱进行抽真空处理，同时模样表面的铸造薄膜释放负压抽吸操作，待砂箱形成一定真空度后，将砂箱从模样中取出，形成铸型。

20、优选的，所述型砂为干砂或带有自硬粘结剂的树脂砂或水玻璃砂。

21、优选的，所述抽真空处理的真空度为30～70kpa。

22、优选的，所述铸造薄膜选自聚乙烯薄膜、乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜和聚乙烯醇薄膜中的一种或几种。

23、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

24、(1)本发明公开的铸造用陶瓷型壳的制备方法，通过将陶瓷浆料打印与v法铸造相结合，实现了高精度、高表面质量的型壳制造，并具有高效率、经济性以及广泛的适用性。

25、(2)在中小型铸件的生产中，本实施例所公开的陶瓷型壳因其制备方法的高效性，可以显著提高生产效率。与传统v法铸造相比，这种陶瓷型壳能够快速制备，且由于其结构的优化，可以在不损害型壳性能的前提下多次使用，减少了因型壳制备所需时间而影响的铸件生产周期，同时，多次使用的特性直接降低了型壳的单件成本。

26、(3)通过在砂箱内进行陶瓷浆料的打印可以有效地限制型壳的最终尺寸和形状，由于砂箱的边界为陶瓷浆料提供了一个物理限制，这对于保持型壳的一致性和重复性尤为重要，特别是在批量生产中小型铸件型壳时。同时，将打印过程限制在砂箱内，可以有效地防止陶瓷浆料在施加到模样表面时的溢流。这不仅有助于保持工作区的清洁，还确保了浆料的有效利用，避免了浆料的浪费。

27、(4)通过通入暖风或应用真空可以显著加速陶瓷浆料中水分的蒸发，从而加快浆料的硬化过程。从而缩短型壳的制备时间，提高生产效率。快速的脱水和硬化过程有助于减少型壳在干燥过程中可能出现的裂纹或变形，因为这可以减少干燥过程中材料内部的应力。因此，这种方法不仅加速了制备过程，也提高了型壳的最终质量。

28、(5)通过本发明提供的陶瓷浆料制备步骤，可以制备出具有自硬性能的陶瓷浆料，这种浆料能够在自然条件下快速硬化，无需烧结，从而简化了陶瓷型壳的制备工艺，降低了能耗，并提高了生产效率。此外，通过精确控制各种组分的比例和制备过程，可以确保型壳具有良好的耐火性、抗裂性和表面质量，满足高质量铸造的需求。

29、(6)通过利用型砂作为辅助材料，既保持了陶瓷型壳的优良性能，又通过结合抽真空技术，提高了陶瓷型壳的强度和厚度，解决了传统方法在制备大型铸件型壳时面临的挑战。此外，该方法还能够在一定程度上缩短制备时间，提高生产效率。

技术特征：

1.一种铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于：在模样表面打印之前，还包括在覆膜完成的模样上放置砂箱，使陶瓷浆料的打印在砂箱中完成。

3.如权利要求2所述的铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于：在步骤s3过程中，通过在砂箱中通入暖风或真空对陶瓷浆料进行脱水，使陶瓷层快速硬化完成。

4.如权利要求1所述的铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于：所述的自硬性能的陶瓷浆料包含以下组分按重量百分比计的配比：粘结剂10-20％，耐火材料60-70％，填充材料5-10％，促进剂1-3％，抗裂剂0.1-0.5％，湿润剂0.5-1％，消泡剂0.1-0.5％，其余为水。

5.如权利要求4所述的铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为硅溶胶或水玻璃，其硅酸模数为20-40，耐火材料为矽砂、刚玉砂、铝矾土砂的一种或几种，其粒度范围为100-270目，填充材料为氧化铝粉或氧化钛粉，其粒度小于10微米，促进剂为碳酸钠或碳酸钙，用于加快硅溶胶的硬化速度，抗裂剂为聚丙烯纤维或木质素纤维，用于提高型壳的抗裂性能，湿润剂为聚乙二醇或脂肪醇聚氧乙烯醚，用于改善浆料的润湿性，消泡剂为硅油，用于降低浆料中的气泡产生。

6.如权利要求4所述的铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，所述自硬性能的陶瓷浆料的制备步骤包括：

7.如权利要求2所述的铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于：步骤s4还包括步骤如下：

8.如权利要求7所述的铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于：所述型砂为干砂或带有自硬粘结剂的树脂砂或水玻璃砂。

9.如权利要求7所述的铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于：所述抽真空处理的真空度为30～70kpa。

10.如权利要求1所述的铸造用陶瓷型壳的制备方法，其特征在于：所述铸造薄膜选自聚乙烯薄膜、乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜和聚乙烯醇薄膜中的一种或几种。

技术总结本发明提出了一种铸造用陶瓷型壳的制备方法，涉及铸造技术领域，所述制备方法包括以下步骤：S1、制备造型用的模样；S2、将铸造薄膜覆盖在模样上，并通过负压抽吸将铸造薄膜紧密贴附在模样表面；S3、在覆膜完成的模样表面进行打印，将具有自硬性能的陶瓷浆料均匀铺展在模样上，边打印边硬化；S4、当陶瓷浆料紧密覆盖在模样表面并完全硬化成陶瓷层时，将陶瓷层从模样上取下得到陶瓷型壳。本发明公开的铸造用陶瓷型壳的制备方法，通过将陶瓷浆料打印与V法铸造相结合，实现了高精度、高表面质量的型壳制造，并具有高效率、经济性以及广泛的适用性。技术研发人员：董选普,周楚昊,郭树人,曹华堂,刘鑫旺,李贝贝,王坤受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16