一种凝胶注模用陶瓷浆料的流动性控制方法技术

本发明专利技术公开了一种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。本发明专利技术可以实现高固相含量陶瓷浆料良好的流动性，满足空心涡轮叶片内部0.5mm排气边、Φ0.4mm冲击孔等微小冷却结构的浆料填充。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光固化快速成形
，涉及。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供，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。本专利技术是通过以下技术方案来实现:，包括以下操作:I)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:去尚子水=10 20:100的质量比,分散剂:去尚子水=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，本专利技术具有以下有益的技术效果:本专利技术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。 本专利技术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。本专利技术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。本专利技术提供的凝胶注模用陶瓷浆料的流动性控制方法，在浇注空心涡轮叶片光固化树脂模具时施加真空环境，并控制流动充型速度，防止浆料充型时发生憋气现象，同时施加超声/振动场，以进一步提高陶瓷浆料的流动性并去除浆料中微小气泡，进一步提高了浆料填充微细结构时的流动性与填充致密性，从而保证负型模具微小结构(气膜孔、冲击孔)的填充。本专利技术提供的凝胶注模用陶瓷浆料的流动性控制方法，可以实现高固相含量陶瓷浆料良好的流动性，满足空心涡轮叶片内部0.5mm排气边、Φ0.4mm冲击孔等微小冷却结构的浆料填充。具体实施例方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术提供，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S充型。具体的以面向空心涡轮叶片高固相含量凝胶注模用陶瓷浆料流动充型能力的控制来进行说明，采用醇/强碱溶液，首先对空心涡轮叶片光固化树脂模具进行表面腐蚀处理，消除光固化快速成型台阶效应，使模具表面粗糙度由Ra20降低至Ra6以下，从而减小陶瓷浆料充型时模具表面产生的流动阻力。采用水基、AM-MBAM体系制备凝胶注模浆料，陶瓷粉体采用球形、类球形α氧化铝粉体，根据合适的粒径比、体积比级配设计原则，并精确控制球磨时间，获得预制的高达65%的固相含量、有较好流动性、表观粘度低于0.4Pa.s的陶瓷浆料。在陶瓷浆料填充空心涡轮叶片光固化树脂模具时，施加真空环境和外加振动场，以进一步提高陶瓷浆料的流动性并去除浆料中微小气泡，从而保证负型模具微小结构(气膜孔、冲击孔)的填充。该方法可以实现高固相含量陶瓷浆料良好的流动性，满足空心涡轮叶片内部0.5mm排气边、Φ0.4mm冲击孔等微小冷却结构的衆料填充。实施例1:针对单层壁冷却空心涡轮叶片，含有宽为0.5mm的排气边。配置500g乙醇/氢氧化钠腐蚀液，其中包括150g无水乙醇与350g浓度为15%氢氧化钠溶液，将光固化树脂模具浸泡入腐蚀液5min,同时施加30kHz的超声振动场,腐蚀完毕后将模具取出用水清洗干净并风干，使用表面粗糙度仪测量模具表面粗糙度为Ra6以下。完全填充该空心涡轮叶片光固化原型树脂模具需要至少160ml陶瓷浆料，凝胶注模用陶瓷浆料的固相含量可达65%。配置96g浓度为15%的凝胶预混液，其中包括72g去离子水，12g丙烯酰胺单体，0·.5g亚甲基双丙烯酰胺交联剂，8.3g质量分数为18%的聚丙烯酸钠分散剂溶液，以及3.2g浓氨水。使用经过级配的规则球形α氧化铝粉体作为陶瓷浆料的固相，共531g，其中包括平均粒径为30um的粉料340g和平均粒径为3um的粉料191g。将陶瓷粉料逐量添加进搅拌溶解均匀的凝胶预混液中，同时使用搅拌机搅拌，直至浆料成粘稠糊状，将浆料分装入行星式球磨机中，按照料球质量比为8:1加入刚玉球磨球开始球磨，Ih后取出，获得有极佳流动性的陶瓷浆料，使用同轴圆筒粘度计测得其表观粘度在0.4Pa.s以下。将空心涡轮叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝胶注模用陶瓷浆料的流动性控制方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁中良，李涤尘，李奕宁，崔笑蕾，荆慧，
申请(专利权)人：西安交通大学，西安瑞特快速制造工程研究有限公司，
类型：发明
国别省市：