[发明专利]一种基于3D打印技术的氧化钙基陶瓷铸型制造方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术的氧化钙基陶瓷铸型制造方法，该方法通过对颗粒级配后的氧化钙陶瓷粉末进行有机化处理后，再加入适量的烧结助剂和增强短纤维混合均匀制成3D打印用氧化钙基陶瓷粉末；然后利用光固化粘接剂与有机化处理后的氧化钙基陶瓷粉末进行3D打印，实现氧化钙基陶瓷铸型素坯的成形；再对氧化钙基陶瓷铸型进行脱脂、反应熔渗以及高温强化烧结，最终得到高强度的氧化钙基陶瓷铸型，并对制备的陶瓷铸型进行表面防水化处理。本方法提高了氧化钙基陶瓷铸型的抗水化性；本发明制得的氧化钙基陶瓷铸型具有优良的高温综合性能，可满足更高温度合金和高温化学性质活泼金属的铸造要求，且型芯易于脱除。

技术领域

本发明属于快速精密铸造技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术的氧化钙基陶瓷铸型制造方法。

背景技术

目前，在国内外广泛使用的用于近净成形精密铸造的陶瓷铸型主要有氧化硅基和氧化铝基两种。氧化硅基陶瓷使用温度为1520℃～1560℃，在1500℃～1550℃的浇注条件下，成品率较高，但当使用温度大于1550℃时，高温性能极差，因此氧化硅基陶瓷不适用于更高温度的高温合金浇注条件；氧化铝基陶瓷具有高的耐火度、化学稳定性好、良好的热稳定性、抗蠕变性能好、无晶型转变等优点，其使用温度大于1550℃，最高可达1850℃。虽然氧化铝基陶瓷铸型相比氧化硅基陶瓷铸型具有一些优良的性能，但是氧化铝基陶瓷铸型的脱芯非常困难，通常会带来40％的废品率，这也是长期以来一直阻碍其广泛应用的主要原因。

氧化钙熔点为2572℃，沸点为2850℃，且高温下饱和蒸汽压比其他碱性氧化物低。因此，氧化钙可承受很高的使用温度；化学热稳定性好，在高温下不与钛等金属反应，可以提高叶片的表面质量；氧化钙陶瓷热膨胀系数与高温合金相近，金属液凝固时能与金属同步收缩，能避免由于应力引起的热胀裂，且其抗蠕变性能好，具有可以满足新一代超高温合金叶片的铸造使用要求；氧化钙基陶瓷型芯易于脱除，避免了脱芯对叶片的腐蚀，降低了脱芯难度和成本；氧化钙原料易于获取且价格低廉。因此，氧化钙是一种制造空心叶片陶瓷铸型的理想材料。但是氧化钙基陶瓷铸型的制备无论是材料设计还是制造工艺都比较复杂，且氧化钙容易吸潮水化，也加大了氧化钙基陶瓷铸型的制造难度。因此，制造出具有良好综合性能、制造精度以及具有良好抗水化性的氧化钙基陶瓷铸型具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于3D打印技术的氧化钙基陶瓷铸型制造方法，基于粉床和非水基粘接剂的3D打印技术，可一次成形制造型芯、型壳一体化氧化钙陶瓷铸型，具有良好综合性能、制造精度和抗水化性。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，将40μm、20μm和5μm的氧化钙陶瓷粉末按照50：35：15的质量比进行颗粒级配和表面有机化处理；

步骤二，将有机化处理后的氧化钙陶瓷粉体、矿化剂粉体和增强短纤维均匀混合，得到3D打印用的氧化钙基陶瓷粉体；

步骤三，建立氧化钙基陶瓷铸型的三维CAD模型并建立分层和扫描路径的数据；

步骤四，将氧化钙基陶瓷铸型的制作数据导入3D打印机，并利用步骤二制备的陶瓷粉末进行3D打印成形，得到氧化钙基陶瓷铸型素胚；

步骤五，对氧化钙基陶瓷铸型素胚进行真空脱脂处理；

步骤六，对脱脂的氧化钙基陶瓷铸型进行真空反应熔渗强化处理；

步骤七，对熔渗强化后的氧化钙基铸型坯体在大气中进行高温强化烧结，制得高强度的氧化钙基陶瓷铸型。

步骤八，对氧化钙基陶瓷铸型进行表面防水化处理。

所述步骤一中，氧化钙陶瓷粉末的粒度为2μm～40μm。

所述步骤一中，表面有机化处理是选用Kh50硅烷偶联剂为原料，在氧化钙陶瓷粉末表面生成一层有机膜，具体方法如下：