快速制備硅溶膠型殼的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多孔陶瓷材料和型殼的制備方法，特別是涉及一種熱固性樹脂制備多孔陶瓷材料和型殼的制備方法，應用于快干復合材料陶瓷型殼的制備工藝技術領域。
【背景技術】
[0002]以硅溶膠作為粘結劑的型殼制殼過程包括了掛漿料、撒沙、干燥、脫蠟、焙燒、性能檢測幾個階段，整個過程中型殼干燥慢，一般每層干燥時間需8?10小時，每個型殼需6?8層，因此導致制殼周期長，影響生產效率。型殼干燥過程就是漿料中的水分不斷蒸發的過程，硅溶膠中自由水的蒸發速率是影響型殼干燥速率的主要因素。為了解決這一問題，人們開始嘗試提高干燥間風速和采用真空干燥的方法縮短型殼干燥時間，收到了一定的效果，但是較快的干燥速度會導致型殼干燥不均勻而引起龜裂。究其原因是增大風速、施加真空能夠促使型殼表層的水分快速揮發，使硅溶膠中自由水和膠粒剝離，加速硅溶膠的固化，但是這種加速固化的過程是分層進行的，往往是表層先固化，固化好的表層會阻礙內層自由水和膠粒的剝離固化，反而加劇了內外層固化的時間間隔，從而使內外層固化強度和收縮偏差變大，最終導致龜裂。因此硅溶膠型殼干燥過程中風速或者真空要控制在一定的范圍內，導致干燥速度很難從根本上提高。
[0003]要快速提高硅溶膠型殼的干燥速率，必須從根本上解決自由水和膠粒的剝離問題，若能夠將每層型殼中自由水和膠粒均勻快速的剝離，就可以從根本上加快硅溶膠的固化速率而不會導致型殼的龜裂。縱觀硅溶膠型殼的制備過程，要實現硅溶膠中自由水和膠粒的均勻快速剝離，首先要著重在均勻上，在硅溶膠型殼制備過程中，陶瓷粉末和硅溶膠是互相接觸的，而且分布均勻，若能夠利用陶瓷粉末將硅溶膠中自由水和膠粒快速剝離，就可以實現硅溶膠型殼的快速干燥，這已經成為影響特種合金部件制備的型殼的生產效率、成品率提高和精密鑄造工藝的主要技術問題。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種快速制備硅溶膠型殼的方法，利用熱固性有機硅樹脂結合陶瓷粉末制備多孔陶瓷粉末，并利用多孔陶瓷粉末快速剝離硅溶膠中的自由水和膠粒，配合強風提高型殼的干燥速率，縮短制殼周期，快速制備硅溶膠型殼。
[0005]為達到上述發明創造目的，采用下述技術方案:
一種快速制備硅溶膠型殼的方法，步驟如下:
a.采用硅樹脂含量為50被％的甲基苯基硅樹脂溶液，按照甲基苯基硅樹脂溶液和陶瓷粉末的體積比為I?3%的混合物配比，將甲基苯基硅樹脂溶液加入硅溶膠型殼制備用陶瓷粉末中，進行混合獲得陶瓷粉末預混料，混合時控制機械攪拌速度10?60rpm/min，攪拌時間20?60分鐘;在進行混合獲得陶瓷粉末預混料時，陶瓷粉末優選采用莫來石或氧化鋁粉制備而成； b.將在所述步驟a中獲得的陶瓷粉末預混料放入高溫焙燒爐中進行燒結，控制升溫速率為10?30°C/min，燒結溫度為1200?1300°C，保溫時間為2?5h，完成燒結后將燒結產物隨爐冷卻后得到多孔陶瓷粉末；
c.將在所述步驟b中獲得的多孔陶瓷粉末作為硅溶膠型殼用的型砂制備快干型殼，在每層型殼干燥過程中施加強風，并控制風速為5?lOm/s，保持干燥時間2?3小時，最終得到硅溶膠型殼。
[0006]作為本發明優選的技術方案，快速制備硅溶膠型殼的方法在所述步驟a中進行混合獲得陶瓷粉末預混料時，采用甲基苯基硅樹脂溶液和陶瓷粉末的體積比為2?3%，混合時控制機械攪拌速度20?60rpm/min，攪拌時間30?60分鐘;在所述步驟c中制備快干型殼時，控制風速為8?10m/s。
[0007]本發明采用有機硅樹脂制備硅溶膠型殼用的型砂，有機硅樹脂是高度交聯的網狀結構的聚有機硅氧烷，它是一種熱固性樹脂，主要以S1-O-Si鍵為分子主鏈，硅原子上連接有機基團的交聯型半無機高聚物。在有機硅樹脂的高分子結構中，存在多個活性基團，這些活性基團會在外在條件下發生交聯反應，形成一種三維網狀結構的產物。甲基苯基硅樹脂是有機硅樹脂的一種，它兼含甲基硅氧鏈節和苯基硅氧鏈節，甲基和苯基的加入會提高其與陶瓷粉料的配伍性。將陶瓷粉末加入有機硅樹脂中，利用有機硅樹脂所形成的三維網狀結構將陶瓷顆粒包覆在其中，通過加熱，硅樹脂形成的納米氧化硅可以和陶瓷粉末中主體成分氧化鋁快速反應，在粉末表面形成大量微、納孔，從而形成多孔的陶瓷粉末。本發明方法制備的多孔陶瓷粉末具有流程簡單、制造方便、周期短等特點，便于規模化生產。
[0008]本發明利用硅樹脂制備多孔陶瓷材料，并將多孔材料用于硅溶膠型殼制備的熔模鑄造技術領域，利用熱固性甲基苯基硅樹脂結合陶瓷粉末制備多孔陶瓷粉末，并將多孔陶瓷粉末用于快速制備硅溶膠型殼。本發明選用甲基苯基硅樹脂溶液混合陶瓷粉末，再將混合料再高溫爐中燒結，通過硅樹脂形成的納米二氧化硅和陶瓷粉末中主體成分氧化鋁快速反應，形成表面具有大量微、納孔的陶瓷粉末，將這種陶瓷粉末作為硅溶膠型殼制備過程中的型砂，利用多孔陶瓷粉末中大量的孔隙吸附硅溶膠中的自由水，從而實現硅溶膠中自由水和膠粒的均勻快速剝離，加快硅溶膠固化，配合強風，提高型殼的干燥速率，加快型殼制備周期。
[0009]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
本發明利用熱固性有機硅樹脂結合陶瓷粉末制備的多孔陶瓷粉末，并將多孔陶瓷粉末應用于制備硅溶膠型殼，的工藝簡單，可操作性強，周期短，成本低廉，利于規模化生產，而且本發明方法制備的硅溶膠型殼，每層干燥速度由傳統的8?10小時縮短至2?3小時，提高了生產效率，所制備的硅溶膠陶瓷型殼性能在素坯階段和燒結階段和傳統工藝基本一致，便于大規模生產。
【具體實施方式】
[0010]本發明的優選實施例詳述如下:
實施例一:
在本實施例中，一種快速制備硅溶膠型殼的方法，其特征在于，步驟如下:
a.采用硅樹脂含量為50被％的甲基苯基硅樹脂溶液，將硅溶膠型殼制備用氧化鋁粉