[发明专利]一种基于浆料直写成型的陶瓷型芯制备方法

说明书

本发明公开了一种基于浆料直写成型的陶瓷型芯制备方法，首先制备高固相含量陶瓷浆料和有机浆料；然后将制备好的陶瓷胶态浆料及有机浆料注入双喷头直写成型设备的两个料筒中，按照模型数据逐层进行陶瓷型芯及支撑的打印，并在每层打印完毕后，利用直写设备配备的喷头喷射冷空气，实现已打印结构的快速冷冻，最终完成陶瓷型芯素坯及支撑的加工；将陶瓷素坯进行冷冻干燥，去除坯体中的水分；将干燥过的坯体放入焙烧炉中进行脱脂和烧结处理，最终获得陶瓷型芯部件。采用本发明的制备方法获得的陶瓷型芯，具有合适的力学性能，高的尺寸精度，可满足高温合金空心叶片的制备需求。

技术领域

本发明属于熔模铸造技术领域，涉及一种基于浆料直写成型的陶瓷型芯制备方法。

背景技术

空心涡轮叶片是航空发动机和燃气轮机的核心热端部件，其结构复杂，工艺实现难度大，加工水平要求高，对整机性能具有决定性影响，其制造技术是制约航空发动机和燃气轮机研发的关键技术瓶颈之一。为满足涡轮叶片的不断提高的冷却需求，在涡轮叶片内部设计有复杂的冷却通道，叶片表面很多各种形状的冷却孔，冷却结构日趋复杂，这些都需要借助于陶瓷型芯才能实现，因此陶瓷型芯成为航空发动机空心叶片铸造必须的耗材之一。目前陶瓷型芯传统成型工艺是热压铸和注塑成型，即将陶瓷粉末与增塑剂混合，在高温下通过压力注入到陶瓷型芯模具，使其充满模具空腔并进行保压，冷却并脱脂后得到复杂形状的陶瓷型芯。由于模具的设计设计加工周期较长，因此采用热压铸和注塑成型工艺制造陶瓷型芯时存在制造成本高，周期长的问题。

3D打印技术作为一种具有工业革命意义的制造技术，已被列入国家战略性新兴产业发展规划，该技术通过增材制造的方式来构建物体，尤其适合复杂结构物体的加工，当前在树脂、金属成型商业化方面已取得突破性的进展，但是陶瓷3D打印技术目前大部分仍未实现商业化。陶瓷浆料直写成型技术是一种新型复杂结构陶瓷成型新方法，可在不需加支撑情况下制备多孔木堆等三维陶瓷骨架(因陶瓷浆料假塑性特性，浆料从喷嘴中挤出后，快速固化，因此可实现无支撑加工悬跨结构)。当前其存在的主要问题在于成形具有无支撑的长悬跨结构的零件时由于陶瓷浆料流变特性导致坍塌现象，且其浆料从喷头中挤出线条的尺寸受平台运动速度、挤出压力等多种因素影响，导致成型零件的尺寸精度和表面精度较低。西安交通大学已公开的专利-一种用于复杂结构零件定向凝固成形的陶瓷铸型制备方法(申请号：201711376350.8)，提出利用双喷头FDM打印设备利用陶瓷铸型，一个喷头打印陶瓷铸型部分，一个喷头打印石蜡支撑，但是两者在打印过程中均需要加热，在同步打印过程中，会导致陶瓷坯体局部脱水、变形等问题，影响铸型的成形精度及质量。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于浆料直写成型的陶瓷型芯制备方法，该方法工艺流程简单，生产效率高，采用本发明的制备方法获得的陶瓷型芯，具有适合的力学性能，高的尺寸精度，可满足高温合金空心叶片的制备需求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种基于浆料直写成型的陶瓷型芯制备方法，包括以下步骤：

1)制备高固相含量铝基陶瓷浆料；

2)制备有机浆料；

3)采用双喷头陶瓷浆料直写设备，将步骤1)制得的铝基陶瓷浆料加入喷头1中用于打印陶瓷型芯实体层，将步骤2)制备的有机浆料加入喷头2中用于打印支撑层；同时将待制备的陶瓷型芯模型数据导入双喷头陶瓷浆料直写设备，使两个喷头同时或先后完成陶瓷型芯实体层和支撑层的当前层打印；

4)在当前层打印完毕后，向当前层喷射冷空气，实现已打印的当前层快速冷冻；

5)重复步骤3)和4)，直至完成待制备的陶瓷型芯素坯打印；

6)将陶瓷素坯进行冷冻干燥去除水分，将干燥后的陶瓷坯体进行脱脂和烧结处理去除支撑，然后再次烧结，冷却后，制得陶瓷型芯。