快速制备硅溶胶型壳的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多孔陶瓷材料和型壳的制备方法，特别是涉及一种热固性树脂制备多孔陶瓷材料和型壳的制备方法，应用于快干复合材料陶瓷型壳的制备工艺技术领域。
【背景技术】
[0002]以硅溶胶作为粘结剂的型壳制壳过程包括了挂浆料、撒沙、干燥、脱蜡、焙烧、性能检测几个阶段，整个过程中型壳干燥慢，一般每层干燥时间需8?10小时，每个型壳需6?8层，因此导致制壳周期长，影响生产效率。型壳干燥过程就是浆料中的水分不断蒸发的过程，硅溶胶中自由水的蒸发速率是影响型壳干燥速率的主要因素。为了解决这一问题，人们开始尝试提高干燥间风速和采用真空干燥的方法缩短型壳干燥时间，收到了一定的效果，但是较快的干燥速度会导致型壳干燥不均匀而引起龟裂。究其原因是增大风速、施加真空能够促使型壳表层的水分快速挥发，使硅溶胶中自由水和胶粒剥离，加速硅溶胶的固化，但是这种加速固化的过程是分层进行的，往往是表层先固化，固化好的表层会阻碍内层自由水和胶粒的剥离固化，反而加剧了内外层固化的时间间隔，从而使内外层固化强度和收缩偏差变大，最终导致龟裂。因此硅溶胶型壳干燥过程中风速或者真空要控制在一定的范围内，导致干燥速度很难从根本上提高。
[0003]要快速提高硅溶胶型壳的干燥速率，必须从根本上解决自由水和胶粒的剥离问题，若能够将每层型壳中自由水和胶粒均匀快速的剥离，就可以从根本上加快硅溶胶的固化速率而不会导致型壳的龟裂。纵观硅溶胶型壳的制备过程，要实现硅溶胶中自由水和胶粒的均匀快速剥离，首先要着重在均匀上，在硅溶胶型壳制备过程中，陶瓷粉末和硅溶胶是互相接触的，而且分布均匀，若能够利用陶瓷粉末将硅溶胶中自由水和胶粒快速剥离，就可以实现硅溶胶型壳的快速干燥，这已经成为影响特种合金部件制备的型壳的生产效率、成品率提高和精密铸造工艺的主要技术问题。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种快速制备硅溶胶型壳的方法，利用热固性有机硅树脂结合陶瓷粉末制备多孔陶瓷粉末，并利用多孔陶瓷粉末快速剥离硅溶胶中的自由水和胶粒，配合强风提高型壳的干燥速率，缩短制壳周期，快速制备硅溶胶型壳。
[0005]为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案:
一种快速制备硅溶胶型壳的方法，步骤如下:
a.采用硅树脂含量为50被％的甲基苯基硅树脂溶液，按照甲基苯基硅树脂溶液和陶瓷粉末的体积比为I?3%的混合物配比，将甲基苯基硅树脂溶液加入硅溶胶型壳制备用陶瓷粉末中，进行混合获得陶瓷粉末预混料，混合时控制机械搅拌速度10?60rpm/min，搅拌时间20?60分钟;在进行混合获得陶瓷粉末预混料时，陶瓷粉末优选采用莫来石或氧化铝粉制备而成； b.将在所述步骤a中获得的陶瓷粉末预混料放入高温焙烧炉中进行烧结，控制升温速率为10?30°C/min，烧结温度为1200?1300°C，保温时间为2?5h，完成烧结后将烧结产物随炉冷却后得到多孔陶瓷粉末；
c.将在所述步骤b中获得的多孔陶瓷粉末作为硅溶胶型壳用的型砂制备快干型壳，在每层型壳干燥过程中施加强风，并控制风速为5?lOm/s，保持干燥时间2?3小时，最终得到硅溶胶型壳。
[0006]作为本发明优选的技术方案，快速制备硅溶胶型壳的方法在所述步骤a中进行混合获得陶瓷粉末预混料时，采用甲基苯基硅树脂溶液和陶瓷粉末的体积比为2?3%，混合时控制机械搅拌速度20?60rpm/min，搅拌时间30?60分钟;在所述步骤c中制备快干型壳时，控制风速为8?10m/s。
[0007]本发明采用有机硅树脂制备硅溶胶型壳用的型砂，有机硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷，它是一种热固性树脂，主要以S1-O-Si键为分子主链，硅原子上连接有机基团的交联型半无机高聚物。在有机硅树脂的高分子结构中，存在多个活性基团，这些活性基团会在外在条件下发生交联反应，形成一种三维网状结构的产物。甲基苯基硅树脂是有机硅树脂的一种，它兼含甲基硅氧链节和苯基硅氧链节，甲基和苯基的加入会提高其与陶瓷粉料的配伍性。将陶瓷粉末加入有机硅树脂中，利用有机硅树脂所形成的三维网状结构将陶瓷颗粒包覆在其中，通过加热，硅树脂形成的纳米氧化硅可以和陶瓷粉末中主体成分氧化铝快速反应，在粉末表面形成大量微、纳孔，从而形成多孔的陶瓷粉末。本发明方法制备的多孔陶瓷粉末具有流程简单、制造方便、周期短等特点，便于规模化生产。
[0008]本发明利用硅树脂制备多孔陶瓷材料，并将多孔材料用于硅溶胶型壳制备的熔模铸造技术领域，利用热固性甲基苯基硅树脂结合陶瓷粉末制备多孔陶瓷粉末，并将多孔陶瓷粉末用于快速制备硅溶胶型壳。本发明选用甲基苯基硅树脂溶液混合陶瓷粉末，再将混合料再高温炉中烧结，通过硅树脂形成的纳米二氧化硅和陶瓷粉末中主体成分氧化铝快速反应，形成表面具有大量微、纳孔的陶瓷粉末，将这种陶瓷粉末作为硅溶胶型壳制备过程中的型砂，利用多孔陶瓷粉末中大量的孔隙吸附硅溶胶中的自由水，从而实现硅溶胶中自由水和胶粒的均匀快速剥离，加快硅溶胶固化，配合强风，提高型壳的干燥速率，加快型壳制备周期。
[0009]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
本发明利用热固性有机硅树脂结合陶瓷粉末制备的多孔陶瓷粉末，并将多孔陶瓷粉末应用于制备硅溶胶型壳，的工艺简单，可操作性强，周期短，成本低廉，利于规模化生产，而且本发明方法制备的硅溶胶型壳，每层干燥速度由传统的8?10小时缩短至2?3小时，提高了生产效率，所制备的硅溶胶陶瓷型壳性能在素坯阶段和烧结阶段和传统工艺基本一致，便于大规模生产。
【具体实施方式】
[0010]本发明的优选实施例详述如下:
实施例一:
在本实施例中，一种快速制备硅溶胶型壳的方法，其特征在于，步骤如下:
a.采用硅树脂含量为50被％的甲基苯基硅树脂溶液，将硅溶胶型壳制备用氧化铝粉