[发明专利]一种凝胶注模用陶瓷浆料的流动性控制方法

说明书

技术领域

本发明属于光固化快速成形技术领域，涉及一种凝胶注模用陶瓷浆料的流动性控制方法。

背景技术

高效冷却航空发动机、燃气轮机空心涡轮叶片内部具有复杂微小的冷却结构，传统的熔模铸造方法将陶瓷型芯与蜡型装配后进行涂挂，化蜡后烧结制成空心涡轮叶片陶瓷铸型，这种方法可以较好的应用于单层壁结构空心叶片，但是很难应用在含有微小冲击孔的双层壁叶片。

基于光固化快速成形和凝胶注模技术制备一体化陶瓷铸型，可以很好地解决双层壁冲击孔无法前期成型或后期加工的问题。其中提出了使陶瓷浆料一次流动充型整个空心涡轮叶片光固化树脂负型模具。而空心涡轮叶片中的典型冷却结构包括细小排气边（<1mm）、微小气膜孔、冲击孔（<Φ0.5mm）等，完全致密填充这种细微结构对陶瓷浆料的流动性提出了很高的要求，同时要保证制备的陶瓷铸型有良好的高温力学性能。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种凝胶注模用陶瓷浆料的流动性控制方法，采用高固相含量凝胶注模用陶瓷浆料，并控制其流动性，使其能够完全填充空心涡轮叶片负型模具内部的微小冷却结构。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种凝胶注模用陶瓷浆料的流动性控制方法，包括以下操作：

1）将甲醇或乙醇与质量浓度为15～20%苛性碱溶液按照质量比为(30～40):(60～70)的比例混合，得到腐蚀液；

将利用光固化快速成形方法制备的光固化树脂模具浸泡在腐蚀液中，同时施加超声振动场，进行表面腐蚀处理，使光固化树脂模具表面粗糙度达到Ra6以下；

腐蚀完毕后将光固化树脂模具取出用水清洗干净并风干；

2）制备粘度在0.4Pa.s以下，固相体积分数不低于65%的凝胶注模用陶瓷浆料；

3）将表面腐蚀处理后的光固化树脂模具放置在超声振动频率为30～40KHz的超声振动场下，并施加振动频率为45～60Hz的机械振动；

将陶瓷浆料置于真空注型机内，施加相对真空度为0.08～0.09MPa的真空环境进行除气，使用加料机构将催化剂、引发剂先后加入陶瓷浆料中，搅拌均匀后开始注型，使陶瓷浆料完全填充入光固化树脂模具中。

所述表面腐蚀处理时，将光固化树脂模具浸泡入腐蚀液中3～5min，同时施加30～40kHz的超声振动场。

所述的陶瓷浆料的制备为：

按有机凝胶单体：去离子水=10～20:100的质量比，分散剂：去离子水=2～4:100的质量比配置预混液，添加浓氨水调节pH为9～10；

按陶瓷粉体：去离子水=70:30～60:40的体积比将陶瓷颗粒加入到预混液，充分进行球磨，得到陶瓷浆料；陶瓷粉体为球形的α氧化铝，包括平均粒径大小为30～40um的粗颗粒和2～5um的细颗粒，粗颗粒与细颗粒体积比为60～66:34～40；

将陶瓷粉体逐量添加至预混液中，使用搅拌机搅拌均匀后，放入行星式球磨机中充分球磨后取出。

所述的有机凝胶单体是按丙烯酰胺：N,N’-亚甲基双丙烯酰胺=20～25：1的质量比的混合；分散剂为质量浓度为18%的聚丙烯酸钠。

将制备好的陶瓷浆料预先置于真空注型机内真空除气，按催化剂：预混液=0.2～0.5：100的质量比、引发剂：预混液=1～2：100的质量比先后加入催化剂、引发剂，经注型机搅拌均匀后开始注型。

所述在陶瓷浆料注入时，光固化模具被置于超声振动器内，超声振动频率为30～40KHz，超声振动器置于机械振动台上，振动频率为45～60Hz，浆料浇注速度控制在3～6ml/s。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的凝胶注模用陶瓷浆料的流动性控制方法，通过改善树脂负型模具表面粗糙度，控制陶瓷粉体颗粒形貌，选定最优化级配方案，使用真空注模和外加超声/机械振动场，实现了高固相含量陶瓷浆料对空心涡轮叶片负型模具内部复杂微小冷却结构的完全致密充型。

本发明提供的凝胶注模用陶瓷浆料的流动性控制方法，预先对空心涡轮叶片光固化树脂模具进行表面腐蚀处理，处理后的树脂模具表粗糙度由Ra20降至Ra6以下，消除光固化快速成型台阶效应，改善模具表面粗糙度，减小了模具表面对陶瓷浆料产生的流动阻力。

本发明提供的凝胶注模用陶瓷浆料的流动性控制方法，通过优化的粗细颗粒级配，保证凝胶注模用陶瓷浆料流动性的同时使其固相含量达到最高，通过控制氧化铝粉体颗粒形貌为规则球形，减弱了浆料流动时颗粒间的摩擦碰撞，极大提高了浆料的流动性。