【摘 要】
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熔模精密铸造中,陶瓷壳型/芯的制备,需要先制造蜡模模具,然后制备蜡模模样,经组装蜡模、重复6～7次涂料和撒砂、干燥、脱脂、焙烧等工序,过程复杂、耗时长、成本高、自由度受限。本文基于增材制造原理的浆料挤出方法在无需模具情况下直接成形陶瓷壳型/芯。研制构建了双头挤出成形装置及控制系统,并系统研究了陶瓷壳型/芯材料、性能及成形精度。本论文研究为直接制备熔模精密铸造用整体陶瓷壳型/芯提供了一种新的方法,具
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“复杂陶瓷铸造型芯分层沉积挤出成型及其精确控制研究（NO.51775204）”；
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熔模精密铸造中,陶瓷壳型/芯的制备,需要先制造蜡模模具,然后制备蜡模模样,经组装蜡模、重复6～7次涂料和撒砂、干燥、脱脂、焙烧等工序,过程复杂、耗时长、成本高、自由度受限。本文基于增材制造原理的浆料挤出方法在无需模具情况下直接成形陶瓷壳型/芯。研制构建了双头挤出成形装置及控制系统,并系统研究了陶瓷壳型/芯材料、性能及成形精度。本论文研究为直接制备熔模精密铸造用整体陶瓷壳型/芯提供了一种新的方法,具有重要的理论和实际意义。本文的主要内容如下:（1）构建了双头挤出成形装备的机械系统,包括三维运动机构、双头协调机构和浆料挤出机构。三维运动机构采用“成形平台随Z轴升降式”,利于坯体形状保持;双头协调机构控制挤出头协同成形,避免非工作态挤出头剐蹭到已成形坯体;浆料挤出机构采用“气压驱动式”挤出,成本低廉,具有良好适用性。（2）开发了双头挤出成形装备的控制系统,包括运动控制系统、双头协同控制系统和温度控制系统,并绘制控制系统原理图。运动控制系统包括步进电机、驱动器及行程限位开关,实现X/Y/Z三轴协调运动;双头协同控制系统包括双头位置移动控制和协同挤出控制,实现双头协同挤出成形;温度控制系统包括加热板及温度传感器,实现成形平台温度调节。（3）研究了分层挤出成形3mol.%钇稳定氧化锆（3YSZ）陶瓷壳型性能及精度。实验研究了纳米Ti O2含量对3YSZ基陶瓷壳型性能影响,烧结温度为1550℃、Ti O2含量4.35wt.%时,试样弯曲强度328±5MPa,线收缩率18.31%;通过改变Si O2含量进一步改善3YSZ基陶瓷壳型收缩性能,Si O2含量8.4wt.%时,试样线性收缩率15.66%,弯曲强度208MPa。优化了成形参数,陶瓷壳型侧表面精度最优为Ra=20.012μm。（4）探究了双头挤出成形整体陶瓷壳型/芯。测试了Si O2含量对Ca O基陶瓷型芯性能影响,Ca CO3与Si O2摩尔比C/S=2.71时,1300℃烧结试样线性收缩率为15.64%,与陶瓷壳型收缩相匹配;优化了成形参数,陶瓷型芯X、Y、Z轴向尺寸偏差最优为-0.12mm、-0.10mm、0.27mm,侧表面精度Ra=18.515μm,并制备了整体陶瓷壳型/芯。
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