本发明涉及陶瓷铸造成型技术领域，特别是涉及一种陶瓷型的制备方法。
背景技术：
陶瓷型铸造法在20世纪50年代开始出现，由于耐火材料高温条件下的热稳定性较好，相较于传统的砂型铸造方法，其精度和表面粗糙度均得到较高的提升。但是由于制作陶瓷型的工艺较复杂，生产周期长，制造成本高，而且有灌浆的工序，导致整个工艺过程难以实现机械化和自动化，制约了陶瓷型铸造的发展与广泛应用。
光固化打印成型技术具有打印过程全自动，成型效率高的特点，本发明正是从这一点出发，对陶瓷型的制备方法进行的改进。
技术实现要素：
基于上述缺陷，本发明的目的在于提供一种陶瓷型的制备方法，该方法可增强陶瓷型的力学性能，提高生产效率，满足陶瓷型上下型合型装配精度要求，同时又保证了陶瓷型铸件的质量。
上述目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供的陶瓷型的制备方法，包括以下步骤：
s1，制备陶瓷浆料；
s2，使用三维建模软件设计出结构模型，所述结构模型包括复型面壳体和与所述复型面壳体连接的背衬，其中，所述背衬是具有梯度结构的背衬；
s3，以陶瓷浆料为原料，使用结构模型，利用光固化打印机输出，打印出生坯；
s4，所述生坯经过清洗、干燥，在400℃～600℃下进行脱脂，在1000℃～1600℃下烧结2～6小时，获得具有梯度结构背衬的陶瓷型。
优选地，在步骤s2中，所述复型面壳体为薄壳，厚度为0.3mm～5mm。更优选地，所述复型面壳体的厚度为0.3mm～3mm。
优选地，在步骤s2中，所述梯度结构可以为上下通孔结构，拓扑网格结构，孔隙率渐变网格结构，以及由多个单元组成的结构等中的一种或多种。优选地，所述梯度结构可以由多种结构组合形成多层结构。
更优选地，在步骤s2中，当所述梯度结构为上下通孔结构时，通孔尺寸范围0.5mm～5mm。当所述梯度结构为拓扑网格结构时，最小实体特征结构大于0.5mm，孔尺寸范围0.5mm～5mm。当所述梯度结构为孔隙率渐变网格结构时，最小实体特征结构大于0.5mm，孔尺寸范围0.5mm～5mm。
优选地，在步骤s1中，制备陶瓷浆料包括以下步骤：在光敏树脂中加入分散剂，使用分散盘搅拌4min～6min，混合均匀得到第一混合料；将陶瓷粉体加入到所述第一混合料中，加入锆球并球磨10h～12h，混合均匀得到第二混合料；在所述第二混合料中加入填料以及光引发剂，球磨2h～3h，混合均匀，真空除泡，得到稳定且均匀的陶瓷浆料。
优选地，制备陶瓷浆料的组分按重量份计，包括：陶瓷粉体60～90重量份，光敏树脂10～40重量份，填料1～5重量份，分散剂1～5重量份，光引发剂1～5重量份。
优选地，所述光敏树脂包括光敏丙烯酸树脂、光敏环氧树脂等中的一种或几种混合。所述陶瓷粉包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化钙、碳化硼、氮化硼等中的一种或几种的混合。所述填料包括石墨、碳粉、有机纤维、玻璃纤维等中的一种或几种的混合。所述分散剂包括聚丙烯酰胺、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇等中的一种或几种的混合。所述光引发剂包括1-羟基环己基苯基甲酮、苯甲酰甲酸甲酯、1-羟基环己基苯基甲酮等中的一种或几种的混合。
优选地，在步骤s2中，使用三维建模软件设计尺寸为46mm×67mm×17mm的轮胎模型，背部为网格状的孔隙结构，网格直径2mm。
优选地，在步骤s2中，使用三维建模软件设计直径为52mm的校徽模型，背部为网格背衬结构，其网格尺寸为3mm×3mm。
有益效果：
本发明陶瓷型的制备方法，以陶瓷浆料为原料，使用三维建模软件设计出具有梯度结构背衬的结构模型，并利用光固化打印机打印输出具有梯度结构背衬的陶瓷型，该方法缩短了陶瓷型生产周期，大大提高了生产效率，节约了制备成本，增强了陶瓷型的力学性能和透气性能，显著提高了陶瓷型的尺寸精度与表面光洁度，既满足陶瓷型上下型合型装配精度要求，同时又保证了陶瓷型铸件的质量。
本发明制备过程简单环保，制备出的陶瓷型表面质量好，精度高，该制备方法适用范围广，可用于不同陶瓷材料与不同形状的陶瓷型制作中；生产过程全部自动化，降低了人为因素对产品质量的影响，制备过程避开了传统的陶瓷型铸造的注浆过程，有效减少了模型翻制过程中的尺寸损失，本发明的制备方法自动化程度高，批次稳定，可实现自动化、机械化、批量化的生产陶瓷型。
附图说明
图1是本发明陶瓷型的制备方法的流程示意图；
图2是本发明中实施例1轮胎模陶瓷型的结构示意图；
图3是本发明中实施例1轮胎模陶瓷型的孔隙背衬的结构示意图；
图4是本发明中实施例2校徽陶瓷型的结构示意图；
图5是梯度结构为多个单元组成的结构时的单元结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：
图1示意性的示出了本发明陶瓷型的制备方法的流程；图2示意性的示出了实施例1轮胎模陶瓷型的整体结构；图3示意性的示出了实施例1轮胎模陶瓷型的孔隙背衬的结构；图4示意性的示出了实施例2校徽陶瓷型的整体结构；图5示意性地示出了当梯度结构为由多个单元组成的结构时的单元结构。如图1所示，本发明提供一种陶瓷型的制备方法，包括以下步骤：制备陶瓷浆料；使用三维建模软件设计出结构模型，所述结构模型包括复型面壳体和与所述复型面壳体连接的背衬，其中，所述背衬是具有梯度结构的背衬；以陶瓷浆料为原料，使用结构模型，利用光固化打印机输出，打印出生坯；所述生坯经过清洗、干燥，在400℃～600℃下进行脱脂，在1000℃～1600℃下烧结2～6小时，获得具有梯度结构背衬的陶瓷型。本发明按照以上顺序进行，但实际操作时顺序不限于此。本发明以陶瓷浆料为原料，设计具有梯度结构背衬的结构模型，利用光固化打印机技术输出，从而获得的具有梯度结构背衬的陶瓷型，其力学性能和透气性能大大增强，尺寸精度和表面光洁度大大提高，该方法缩短了陶瓷型生产周期，提高了生产效率，节约了制备成本，既能满足陶瓷型上下型合型装配精度要求，同时又保证了陶瓷型铸件的质量。
本发明中，制备陶瓷浆料的组分按重量份计，包括：陶瓷粉体60～90重量份，光敏树脂10～40重量份，填料1～5重量份，分散剂1～5重量份，光引发剂1～5重量份。更优选地，所述光敏树脂为30～40重量份，所述填料为1～3重量份，所述分散剂为3～4重量份，所述光引发剂为4～5重量份。
制备陶瓷浆料步骤包括：在光敏树脂中加入分散剂，使用分散盘搅拌4min～6min，混合均匀得到第一混合料；将陶瓷粉体加入到所述第一混合料中，加入锆球并球磨10h～12h，混合均匀得到第二混合料；在所述第二混合料中加入填料以及光引发剂，球磨2h～3h，混合均匀，真空除泡，得到稳定且均匀的陶瓷浆料。本发明通过改进制备陶瓷浆料的配方，提高浆料的打印性能，实现力学性能强、设计结构高精度成形，获得成形情况较好，表面质量优良的陶瓷型。
所述光敏树脂包括光敏丙烯酸树脂、光敏环氧树脂等中的一种或几种混合。所述陶瓷粉体包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化钙、碳化硼、氮化硼等中的一种或几种的混合。所述填料包括石墨、碳粉、有机纤维、玻璃纤维等中的一种或几种的混合。所述分散剂包括聚丙烯酰胺、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇等中的一种或几种的混合。所述光引发剂包括1-羟基环己基苯基甲酮、苯甲酰甲酸甲酯、1-羟基环己基苯基甲酮等中的一种或几种的混合。
本发明中，使用三维建模软件设计出的结构模型包括复型面壳体和与所述复型面壳体连接的背衬。其中，所述复型面壳体为薄壳，厚度为0.3mm～5mm，进一步优选为0.3mm～3mm，使得力学性能能够满足浇注需求，且脱壳更容易，其中，复形面是指铸型内腔，其有复制形状的能力。所述背衬是具有梯度结构的背衬，可以为上下通孔结构，拓扑网格结构，孔隙率渐变网格结构，以及由多个单元组成的结构等中的一种或多种。例如所述梯度结构可以为孔状，网状，网格状等结构中的一种或多种组合。在所述上下通孔结构中通孔尺寸范围0.5mm～5mm。在所述拓扑网格结构中，最小实体特征结构大于0.5mm，孔尺寸范围0.5mm～5mm。在所述孔隙率渐变网格结构中，最小实体特征结构大于0.5mm，孔尺寸范围0.5mm～5mm。所述梯度结构也可以由多种结构组合形成多层结构，也可以是由多个单元组成的更为复杂的背衬结构，如图5所示，所述单元可以是由六个分别指向上下左右前后的圆柱通过端部连接而成的立体结构。本发明使用光固化3d打印机及打印技术，包括激光扫描光固化技术及dlp面投影光固化技术等，采用光固化增材制造技术，使用特定配方的光固化陶瓷浆料，实现设计结构的高精度成型，获得了具有薄壳-梯度结构背衬的陶瓷型，该结构可以很好地适应陶瓷型的力学性能和透气性能，尺寸精度与表面光洁度显著提高，且满足陶瓷型上下型合型装配精度要求，同时该薄壳-梯度结构背衬的陶瓷型的质量也得到了保证，制备该结构陶瓷型的方法缩短了陶瓷型生产周期，大大提高了生产效率，节约了制备成本。
下面结合本发明的两个具体实施例及附图对本发明进行清楚完整的描述：
实施例1
按照重量份数计，将30份光敏树脂与3份聚丙烯酰胺分散剂混合，使用分散盘机械搅拌5min，在向混合液中加入60份1:1的1600目和3000目氧化硅粉体，使用球磨机球磨搅拌10h，再加入1份石墨填料和5份苯甲酰甲酸甲酯光引发剂，使用球磨机球磨搅拌2h，随后抽真空除泡即可获得稳定且均匀的陶瓷浆料。
使用三维建模软件设计大小为46mm×67mm×17mm的轮胎模型，复型面壳体为厚度2mm的薄壳100，背部设计网格状的孔隙结构的背衬200，网格直径2mm，将网格状的孔隙结构的轮胎模型文件导入到光固化打印机中进行固化成型。固化后取下模型进行清洗干燥，在400℃下进行脱脂，1200℃下烧结5小时，即制备出具有孔隙背衬结构的氧化硅轮胎模陶瓷型，如图2和图3所示。
实施例2
按照重量份数计，将30份光敏树脂与3份聚丙烯酰胺分散剂混合，使用分散盘机械搅拌5min，在向混合液中加入60份氧化铝粉体，使用球磨机球磨搅拌10h，再加入1份石墨填料和5份苯甲酰甲酸甲酯光引发剂，使用球磨机球磨搅拌2h，随后抽真空除泡即可获得稳定且均匀的陶瓷浆料。
使用三维建模软件设计直径为52mm的校徽模型，复型面壳体为厚度2mm的薄壳100，模型背部设计网格的背衬200，其网格为3mm×3mm网格。将设计好的网格背衬校徽模型导入光固化打印机中固化成型。取下模型后清洗干燥，在600℃下进行脱脂，1500下烧结4小时，制备出具有网格背衬结构的氧化铝校徽陶瓷型，如图4所示。
上述两个实施例通过光固化技术打印出的带有薄壳-梯度结构背衬的陶瓷型，其力学性能能够满足浇注的要求，脱壳更容易；且两种陶瓷型的尺寸精度与表面光洁度提高；能满足陶瓷型上下型合型装配精度要求，同时又能保证陶瓷型铸件的质量。
