(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110434288 A(43)申请公布日 2019.11.12
(21)申请号 2019107323.6(22)申请日 2019.08.26
(71)申请人 沃尔曼科技张家港有限公司
地址 215625 江苏省苏州市张家港市锦丰
镇锦乐路1号(72)发明人 余建波 任忠鸣
(74)专利代理机构 北京高沃律师事务所 11569
代理人 赵晓琳(51)Int.Cl.
B22C 9/04(2006.01)B22C 23/02(2006.01)
权利要求书1页 说明书6页 附图1页
(54)发明名称
一种纤维陶瓷型壳及其制备方法
(57)摘要
本发明提供了一种纤维陶瓷型壳及其制备方法，属于熔模精密铸造领域。本发明采用玻璃纤维作为背层撒砂材料，有效克服了浆料由于添加纤维导致的混合不均匀及涂挂困难等问题，与传统莫来石撒砂材料交替制备型壳背层，使得玻璃纤维被浆料层良好的包裹，在型壳内部形成了层状受力骨架，增加了型壳基体的连续性，实现了型壳内玻璃纤维的均匀分布，有效增强型壳强度，同时，由于玻璃纤维作为撒砂材料质量较轻，易被浆料粘附和包裹，因此可适当降低背层浆料粘度，降低了背层型壳厚度。
CN 110434288 ACN 110434288 A
权 利 要 求 书
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1.一种纤维陶瓷型壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供面层浆料；
提供第一背层浆料和第二背层浆料；用所述面层浆料对蜡模挂浆，形成面层型壳；用所述第一背层浆料对所述面层型壳挂浆，然后用莫来砂进行撒砂，形成第一背层型壳；
用所述第二背层浆料对所述第一背层型壳挂浆，然后用玻璃纤维进行撒砂，形成第二背层型壳；
用所述第一背层浆料对所述第二背层型壳挂浆，然后用莫来砂进行撒砂，形成第三背层型壳，得到预制体；
将所述预制体依次进行封浆、脱模和焙烧，得到所述纤维陶瓷型壳。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一背层浆料包括莫来石粉、硅溶胶、润湿剂和消泡剂，所述莫来石粉和硅溶胶的质量比为2.3～2.7:1。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第二背层浆料包括莫来石粉、硅溶胶、润湿剂和消泡剂，所述莫来石粉和硅溶胶的质量比为2.2～2.5:1。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第二背层浆料的粉液比低于第一背层浆料。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维的长度为4～6mm。6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维的用量为型壳总质量的2％～4％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述形成第一背层型壳时，所述莫来砂的粒径为50～100目。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述形成第三背层型壳时，所述莫来砂的粒径为30～60目。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述形成第三背层型壳后还包括重复形成第二背层型壳和第三背层型壳的步骤。
10.权利要求1～9任一项所述的制备方法制得的纤维陶瓷型壳，其特征在于，所述纤维陶瓷型壳的厚度为6～10mm，所述纤维陶瓷型壳中玻璃纤维的质量含量为型壳总质量的2％～4％。
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说 明 书
一种纤维陶瓷型壳及其制备方法
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技术领域
[0001]本发明涉及熔模精密铸造技术领域，尤其涉及一种纤维陶瓷型壳及其制备方法。背景技术
[0002]熔模精密铸造工艺中，型壳制备技术对铸件的质量会产生很大的影响。为了使制得的型壳具备较高的室温强度，可以选择增加型壳层数，但使得型壳制备工艺更加复杂，降低了型壳的散热性和溃散性。现阶段型壳粘结剂多采用硅溶胶，但以硅溶胶型壳常温强度较低、残留强度较高、干燥速度慢、制壳周期长，严重制约了硅溶胶型壳的发展。[0003]在型壳制备过程中，为了提高硅溶胶型壳的各方面性能，纤维增强复合型壳的工艺越来越受到关注。通常将纤维材料添加至背层浆料中，当型壳焙烧后会形成微孔隙，同时存留型壳内部骨架中纤维，提高了型壳强度和透气性。但纤维材料会增大浆料粘度，使浆料流动性变差，涂层不易均匀甚至堆积，使型壳厚度增加，影响型壳质量。发明内容
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纤维陶瓷型壳及其制备方法。本发明提供的制备方法将玻璃纤维作为撒砂材料，使玻璃纤维被浆料层良好的包裹，能够降低背层浆料粘度，进而降低背层型壳厚度。[0005]为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：[0006]本发明提供了一种纤维陶瓷型壳的制备方法，包括以下步骤：[0007]提供面层浆料；
[0008]提供第一背层浆料和第二背层浆料；[0009]用所述面层浆料对蜡模挂浆，形成面层型壳；[0010]用所述第一背层浆料对所述面层型壳挂浆，然后用莫来砂进行撒砂，形成第一背层型壳；[0011]用所述第二背层浆料对所述第一背层型壳挂浆，然后用玻璃纤维进行撒砂，形成第二背层型壳；[0012]用所述第一背层浆料对所述第二背层型壳挂浆，然后用莫来砂进行撒砂，形成第三背层型壳，得到预制体；
[0013]将所述预制体依次进行封浆、脱模和焙烧，得到所述纤维陶瓷型壳。[0014]优选地，所述第一背层浆料包括莫来石粉、硅溶胶、润湿剂和消泡剂，所述莫来石粉和硅溶胶的质量比为2.3～2.7:1。[0015]优选地，所述第二背层浆料包括莫来石粉、硅溶胶、润湿剂和消泡剂，所述莫来石粉和硅溶胶的质量比为2.2～2.5:1。[0016]优选地，所述第二背层浆料的粉液比低于第一背层浆料。[0017]优选地，所述玻璃纤维的长度为4～6mm。[0018]优选地，所述玻璃纤维的用量为型壳总质量的2％～4％。
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说 明 书
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优选地，所述形成第一背层型壳时，所述莫来砂的粒径为50～100目。
[0020]优选地，所述形成第三背层型壳时，所述莫来砂的粒径为30～60目。[0021]优选地，所述形成第三背层型壳后还包括重复形成第二背层型壳和第三背层型壳的步骤。
[0022]本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的纤维陶瓷型壳，所述纤维陶瓷型壳的厚度为6～10mm，所述纤维陶瓷型壳中玻璃纤维的质量含量为型壳总质量的2％～4％。
[0023]本发明提供了一种纤维陶瓷型壳的制备方法，包括以下步骤：提供面层浆料；提供第一背层浆料和第二背层浆料；用所述面层浆料对蜡模挂浆，形成面层型壳；用所述第一背层浆料对所述面层型壳挂浆，然后用莫来砂进行撒砂，形成第一背层型壳；用所述第二背层浆料对所述第一背层型壳挂浆，然后用玻璃纤维进行撒砂，形成第二背层型壳；用所述第一背层浆料对所述第二背层型壳挂浆，然后用莫来砂进行撒砂，形成第三背层型壳，得到预制体；将所述预制体依次进行封浆、脱模和焙烧，得到所述纤维陶瓷型壳。本发明采用玻璃纤维作为背层撒砂材料，有效克服了浆料由于添加纤维导致的混合不均匀及涂挂困难等问题，与传统莫来石撒砂材料交替制备型壳背层，使得玻璃纤维被浆料层良好的包裹，在型壳内部形成了层状受力骨架，增加了型壳基体的连续性，实现了型壳内玻璃纤维的均匀分布，有效增强型壳强度，同时，由于玻璃纤维作为撒砂材料质量较轻，易被浆料粘附和包裹，因此可适当降低背层浆料粘度，降低了背层型壳厚度。实施例的数据表明，本发明制得的纤维陶瓷型壳的厚度为6～10mm，烧结强度为9.8～12.0MPa，所述纤维陶瓷型壳中玻璃纤维的质量含量为型壳总质量的2％～4％。
附图说明
[0024]图1为本发明制得的维陶瓷型壳的结构示意图，其中空白部分为蜡模结构，1为面层浆料，2为莫来砂，3第一背层浆料，4为莫来砂，5为第二背层浆料，6为玻璃纤维，7为第三背层浆料，8为莫来砂。具体实施方式
[0025]本发明提供了一种纤维陶瓷型壳，包括以下步骤：[0026]提供面层浆料；
[0027]提供第一背层浆料和第二背层浆料；[0028]用所述面层浆料对蜡模挂浆，形成面层型壳；[0029]用所述第一背层浆料对所述面层型壳挂浆，然后用莫来砂进行撒砂，形成第一背层型壳；[0030]用所述第二背层浆料对所述第一背层型壳挂浆，然后用玻璃纤维进行撒砂，形成第二背层型壳；[0031]用所述第一背层浆料对所述第二背层型壳挂浆，然后用莫来砂进行撒砂，形成第三背层型壳，得到预制体；
[0032]将所述预制体依次进行封浆、脱模和焙烧，得到所述纤维陶瓷型壳。[0033]本发明提供面层浆料。在本发明中，所述面层浆料优选包括电熔刚玉、硅溶胶、润
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说 明 书
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湿剂和消泡剂，所述电熔刚玉和硅溶胶的质量比优选为2.7～3.2:1，更优选为3:1。在本发明中，所述电熔刚玉的粒径优选为320～350目。在本发明中，所述润湿剂优选为润湿剂JFC，所述消泡剂优选为正丁醇，所述面层浆料中润湿剂和消泡剂的质量分数地优选为0.1～0.3％，更优选为0.2％。[0034]在本发明中，所述硅溶胶中SiO2的质量含量优选为25～30％。[0035]本发明对所述面层浆料的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得即可。
[0036]本发明提供第一背层浆料和第二背层浆料。[0037]在本发明中，所述第一背层浆料优选包括莫来石粉、硅溶胶、润湿剂和消泡剂，所述莫来石粉和硅溶胶的质量比优选为2.3～2.7:1。在本发明中，所述莫来石粉的粒径优选为180～200目。本发明对所述硅溶胶、润湿剂和消泡剂的具体种类与上述方案一致，在此不再赘述；本发明对所述第一背层浆料的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得即可。[0038]在本发明中，所述第二背层浆料优选包括莫来石粉、硅溶胶、润湿剂和消泡剂，所述莫来石粉和硅溶胶的质量比优选为2.2～2.5:1。在本发明中，所述莫来石粉的粒径优选为180～200目。本发明对所述硅溶胶、润湿剂和消泡剂的具体种类与上述方案一致，在此不再赘述；本发明对所述第二背层浆料的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得即可。[0039]在本发明中，所述第二背层浆料的粉液比优选低于第一背层浆料。[0040]本发明用所述面层浆料对蜡模挂浆，形成面层型壳。在本发明中，所述挂浆完成后，优选用100～120目的莫来砂撒砂，形成面层型壳，更优选为110目。本发明对所述挂浆的参数没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的挂浆方式即可。[0041]在本发明中，所述蜡模优选经过清洗处理后再使用。本发明对所述清洗的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。[0042]形成面层型壳后，本发明用所述第一背层浆料对所述面层型壳挂浆，然后用莫来砂进行撒砂，形成第一背层型壳。在本发明中，所述形成第一背层型壳时，所述莫来砂的粒径优选为50～100目，且撒砂均匀。[0043]形成第一背层型壳后，本发明用所述第二背层浆料对所述第一背层型壳挂浆，然后用玻璃纤维进行撒砂，形成第二背层型壳。在本发明中，所述玻璃纤维的长度优选为4～6mm，更优选为5mm。[0044]在本发明中，所述玻璃纤维的用量优选为型壳总质量的2％～4％。[0045]形成第二背层型壳后，本发明用所述第一背层浆料对所述第二背层型壳挂浆，然后用莫来砂进行撒砂，形成第三背层型壳，得到预制体。在本发明中，所述形成第三背层型壳时，所述莫来砂的粒径优选为30～60目，且撒砂均匀。[0046]在本发明中，所述第二背层型壳的厚度低于第一背层型壳和第三背层型壳。在本发明中，所述第二背层型壳的厚度优选为0.8～1.2mm，所述第一背层型壳和第三背层型壳的厚度地优选为1.0～2.0mm。[0047]在本发明中，所述形成第三背层型壳后优选还包括重复形成第二背层型壳和第三背层型壳的步骤。在本发明中，所述重复的次数优选为1～5次。
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得到预制体后，本发明将所述预制体依次进行封浆、脱模和焙烧，得到所述纤维陶
瓷型壳。
[0049]本发明对所述封浆和脱模的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。在本发明中，所述封浆优选使用所述第一背层浆料。[0050]在本发明中，所述焙烧的温度优选为900～1200℃，更优选为1000℃，时间优选为1～2h，更优选为2h。
[0051]本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的纤维陶瓷型壳，所述纤维陶瓷型壳的厚度为6～10mm，所述纤维陶瓷型壳中玻璃纤维的质量含量为型壳总质量的2％～4％。
[0052]在本发明中，所述纤维陶瓷型壳优选依次包括面层浆料层、莫来砂层、第一背层浆料层、莫来砂层、第二背层浆料层、玻璃纤维层、第三背层浆料层和莫来砂层。[0053]图1为本发明制得的维陶瓷型壳的结构示意图，图1为左右对称的图，其中空白部分为蜡模结构，1为面层浆料，2为莫来砂，3第一背层浆料，4为莫来砂，5为第二背层浆料，6为玻璃纤维，7为第三背层浆料，8为莫来砂。[0054]为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的纤维陶瓷型壳及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。[0055]实施例1[0056](1)将350目的电熔刚玉与硅溶胶(SiO2含量为30％)按照质量比3.2：1的配方量混合均匀，同时分别加入浆料质量0.3％的润湿剂(JFC)和消泡剂(正丁醇)，搅拌后得到面层浆料；
[0057]将清洗后的蜡模进行面层浆料涂挂，涂挂均匀后采用120目的莫来砂撒砂，得到面层型壳。[0058](2)将200目莫来石粉与硅溶胶按照质量比2.7:1的配方量混合均匀，同时分别加入浆料质量0.3％的润湿剂(JFC)和消泡剂(正丁醇)，搅拌后得到第一背层浆料；[0059]将200目莫来石粉与硅溶胶按照质量比2.5:1的配方量混合均匀，同时分别加入浆料质量0.3％的润湿剂(JFC)和消泡剂(正丁醇)，搅拌后得到第二背层浆料；[0060](3)使用第一背层浆料、100目莫来砂对蜡模进行挂浆、撒砂、干燥，制备第一层背层型壳厚度为1.7mm；[0061](4)使用第二背层浆料、4mm的玻璃纤维对上述型壳进行挂浆、撒砂、干燥得到第二层背层型壳，厚度为1.2mm；[0062](5)使用第一背层浆料、60目莫来砂对上一层型壳进行挂浆、撒砂、干燥得到第三层背层型壳厚度为1.8mm；
[0063]重复上述步骤(4)～(5)使得型壳背层为5层后，使用第一背层浆料进行封浆、脱蜡、焙烧，得到纤维陶瓷型壳，焙烧的温度为900℃，时间为2h。[00]本实施例制得的纤维陶瓷型壳的厚度为8mm，型壳厚度相比传统工艺明显降低，透气性显著提高，减少了型壳干燥时间，缩短了生产周期，常温强度为4.0MPa，烧结强度为9.6MPa，分别提升了50％和67％(与不使用玻璃纤维相比)，烧结收缩大大降低，降低了60％，玻璃纤维的质量含量为2％。[0065]实施例2
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(1)将330目的电熔刚玉与硅溶胶(SiO2含量为30％)按照质量比3：1的配方量混合
均匀，同时分别加入浆料质量0.2％的润湿剂(JFC)和消泡剂(正丁醇)，搅拌后得到面层浆料；
[0067]将清洗后的蜡模进行面层浆料涂挂，涂挂均匀后采用110目的莫来砂撒砂，得到面层型壳。[0068](2)将200目莫来石粉与硅溶胶按照质量比2.5:1的配方量混合均匀，同时分别加入浆料质量0.2％的润湿剂(JFC)和消泡剂(正丁醇)，搅拌后得到第一背层浆料；[0069]将200目莫来石粉与硅溶胶按照质量比2.3:1的配方量混合均匀，同时分别加入浆料质量0.2％的润湿剂(JFC)和消泡剂(正丁醇)，搅拌后得到第二背层浆料；[0070](3)使用第一背层浆料、80目莫来砂对蜡模进行挂浆、撒砂、干燥，制备第一层背层型壳厚度为1.6mm；[0071](4)使用第二背层浆料、5mm的玻璃纤维对上述型壳进行挂浆、撒砂、干燥得到第二层背层型壳，厚度为1.0mm；[0072](5)使用第一背层浆料、50目莫来砂对上一层型壳进行挂浆、撒砂、干燥得到第三层背层型壳厚度为1.7mm；
[0073]重复上述步骤(4)～(5)使得型壳背层为7层后，使用第一背层浆料进行封浆、脱蜡、焙烧，得到纤维陶瓷型壳，焙烧的温度为1200℃，时间为1.5h。[0074]本实施例制得的纤维陶瓷型壳的厚度为10mm，型壳厚度相比传统工艺明显降低，透气性显著提高，减少了型壳干燥时间，缩短了生产周期，常温强度为4.95MPa，烧结强度为11.02MPa，分别提升了80％和95％(与不使用玻璃纤维相比)，烧结收缩大大降低，降低了52％，玻璃纤维的质量含量为3％。[0075]实施例3[0076](1)将320目的电熔刚玉与硅溶胶(SiO2含量为30％)按照质量比2.7：1的配方量混合均匀，同时分别加入浆料质量0.3％的润湿剂(JFC)和消泡剂(正丁醇)，搅拌后得到面层浆料；
[0077]将清洗后的蜡模进行面层浆料涂挂，涂挂均匀后采用100目的莫来砂撒砂，得到面层型壳。[0078](2)将180目莫来石粉与硅溶胶按照质量比2.7:1的配方量混合均匀，同时分别加入浆料质量0.3％的润湿剂(JFC)和消泡剂(正丁醇)，搅拌后得到第一背层浆料；[0079]将180目莫来石粉与硅溶胶按照质量比2.5:1的配方量混合均匀，同时分别加入浆料质量0.3％的润湿剂(JFC)和消泡剂(正丁醇)，搅拌后得到第二背层浆料；[0080](3)使用第一背层浆料、60目莫来砂对蜡模进行挂浆、撒砂、干燥，制备第一层背层型壳厚度为1.5mm；[0081](4)使用第二背层浆料、6mm的玻璃纤维对上述型壳进行挂浆、撒砂、干燥得到第二层背层型壳，厚度为1.2mm；[0082](5)使用第一背层浆料、30目莫来砂对上一层型壳进行挂浆、撒砂、干燥得到第三层背层型壳厚度为1.6mm；
[0083]重复上述步骤(4)～(5)使得型壳背层为5层后，使用第一背层浆料进行封浆、脱蜡、焙烧，得到纤维陶瓷型壳，焙烧的温度为900℃，时间为2h。
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本实施例制得的纤维陶瓷型壳的厚度为6mm，型壳厚度相比传统工艺明显降低，透
气性显著提高，减少了型壳干燥时间，缩短了生产周期，常温强度为4.35MPa，烧结强度为10.30MPa，分别提升了％和78％(与不使用玻璃纤维相比)，烧结收缩大大降低，降低了40％，玻璃纤维的质量含量为4％。
[0085]以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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说 明 书 附 图
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