制殼用耐火材料及粘結劑型殼介紹

面層型殼直接接觸金屬液,影響型殼致密性鑄件表面質量，背層型殼則影響型殼強度，即影響鑄件的尺寸精度

1.有足夠的耐火度

2.好的熱化學穩(wěn)定性

3.均勻且不大的熱膨脹系數(shù)

4.合適的粒度

5.價廉、無毒

耐火材料的基本要求、認識目前一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點二、鋁硅系耐火材料簡介目前二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點該體系有下列材料可做耐火材料：石英SiO2剛玉Al2O3高嶺土Al2O3?2SiO2莫來石3Al2O3?2SiO2鋁礬土Al2O3>48%目前三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點請看圖左方的石英目前四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點三、石英（SiO2晶體）又稱硅砂有七種晶體β石英α石英γ鱗石英β鱗石英α鱗石英β方石英α方石英目前五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點

a)b)c)三種晶型硅氧四面體的結合方式a)α方石英b)α鱗石英c)β石英目前六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點同種晶體轉變時能量要得小,故容易進行轉變,如:β石英α石英573℃不同晶體間轉變需能量要多,故較難進行.自然界的石英為β石英。目前七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點●熔點1713℃●酸性，熱化學穩(wěn)定性差●大（12.5×10-6/℃）而不均勻的熱膨脹系數(shù)不是一種性能好的制殼材料應用：精度不高的鑄件上石英目前八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點四、石英玻璃（SiO2非晶體）

●熔點1713℃

●酸性、熱化學穩(wěn)定性差

●小(0.5×10-6/℃)而均勻的熱膨脹系數(shù)是一種性能較好的制殼材料應用：高精度鑄件型殼、陶瓷型芯上目前九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點請看圖右方的剛玉目前十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點五、剛玉（Al2O3）●熔點2050℃●中性、熱化學穩(wěn)定性好●較?。?.6×10-6/℃）而均勻的熱膨脹系數(shù)是一種性能好的制殼材料應用：精度高的高合金鋼件上目前十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點請看Al2O348%處的高嶺土目前十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點六、高嶺土分生、熟兩種。生料一般不用，因在加熱中會發(fā)生下列反應Al2O3?2SiO2?2H2O→Al2O3?2SiO2+2H2OAl2O3?2SiO2→Al2O3+2SiO23Al2O3+2SiO2→3Al2O3?2SiO2SiO2（無定形）→SiO2（方石英或玻璃相）目前十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點熟高嶺土●

熔點1700～1790℃●

弱酸性，熱化學穩(wěn)定性較好●

較小（5.0×10-6/℃）而均勻的熱膨脹系數(shù)是一種性能較好的背層制殼耐火材料應用：背層制殼耐火材料目前十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點生高嶺土●在熔模鑄造中一般不用●在用水玻璃型殼生產(chǎn)低精度鑄件時,可加在背層型殼中起增強型殼強度的作用，如沈陽粘土、無錫白泥等耐火粘土。目前十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點鋁礬土是指Al2O3>48%的鋁硅系化合物,化學成分變化范圍大目前十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點七、鋁釩土(Al2O3﹥48%）分生、熟兩種。生料是由高嶺土和水鋁石組成，加熱時會發(fā)生一系列化學反應：水鋁石Al2O3·3H2O→Al2O3+3H2O高嶺土Al2O3?2SiO2?2H2O→Al2O3?2SiO2+2H2OAl2O3?2SiO2→Al2O3+2SiO23Al2O3+2SiO2→3Al2O3?2SiO2SiO2（無定形）→SiO2（方石英或玻璃相）目前十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點生鋁礬土在加熱過程中有很多化學、物理變化,故不用。生鋁礬土為水泥(灰)色,熟鋁礬土為淡黃色,容易加以區(qū)分。生鋁礬土目前十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點熟鋁礬土●熔點﹥1700℃●弱酸性，熱化學穩(wěn)定性較好●較?。?.4×10-6/℃）而均勻的熱膨脹系數(shù)應用：背層制殼耐火材料目前十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點八、鋯石（鋯英）ZrO2·SiO2或ZrSiO4是非鋁硅材料其相圖目前二十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點鋯石ZrO2?SiO2或ZrSiO4●熔點＞1948℃●弱酸性，熱化學穩(wěn)定性較好●較?。?.6×10-6/℃）而均勻的熱膨脹系數(shù)是一種性能較好的制殼耐火材料應用：高精度（除高合金鋼外）件面層目前二十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點名稱耐火度（或熔點）℃酸堿性熱膨脹系數(shù)×10-6/℃應用石英1713酸性12.5精度不高件，面、背層石英玻璃1713酸性0.5高精度件型、芯剛玉2050中性8.6高精度件面層（高合金鋼）鋯石＞1948弱酸性4.6高精度件（非高合金鋼）面層高嶺土(熟）1700～1790弱酸性5.0背層鋁礬土(熟）＞1700弱酸性5.4背層目前二十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點目前鋯石粉砂的價格飚升，已高于剛玉粉砂和熔融石英砂粉，能否用剛玉粉砂代替鋯石粉砂呢？能九、鋯石代用問題：目前二十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點國際上已經(jīng)開展鋯英的代用工作，如美國剛玉全部或部分的代用鋯英；國內已用剛玉代替鋯英。目前二十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點代用時應注意代用材料的化學成分和純度，代用材料的粒度，以保證不產(chǎn)生化學粘砂和機械粘砂。目前二十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點十、舊砂回用問題廢型殼的回用是國內外關注的問題，可將廢型殼破碎、過篩后再使用。目前二十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點§3粘結劑及型殼介紹一、概況1.種類水玻璃硅溶膠硅酸乙酯目前二十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點應用高精鑄件：硅溶膠、硅酸乙酯，其中硅溶膠為綠色粘結劑，正在發(fā)展中。

低精鑄件：水玻璃目前二十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點硅溶膠、硅酸乙酯、水玻璃粘結劑中起粘結作用的都是SiO2膠體，又稱硅酸膠體。目前二十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點二、硅酸膠體的幾種形式目前三十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點從溶膠轉變?yōu)閮瞿z、凝膠的過程稱膠凝過程。制殼就是粘結劑從溶膠轉變?yōu)閮瞿z和凝膠的膠凝過程，是一個復雜的物理、化學變化的過程。目前三十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點膠粒結構二氧化硅粒子表面的擴散雙電層及電位三、膠體結構目前三十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點膠粒是在0~100nm的顆粒，1nm=10-6mm，物質在這種粒度時，就具有很多特性，有粘結作用。目前三十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點膠粒合并，則導致膠凝。阻礙膠粒合并的因素：膠粒間帶同性電，同性相斥。膠粒合并的動力：分子運動，合并后總表面積減少，表面自由能下降。四、膠凝過程目前三十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點五、影響膠凝的因素1.電介質影響膠粒結構影響膠粒帶電量目前三十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點影響膠凝的因素1.電介質2.pH值影響膠粒的結構影響膠粒的帶電量目前三十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點影響膠凝的因素1.電介質2.pH值3.SiO2濃度4.溫度影響膠粒的分子運動、改變分子碰撞機會目前三十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點可利用電介質、pH、SiO2濃度、溫度四個因素來改變膠凝時間，提高制殼生產(chǎn)率。但因生產(chǎn)精密鑄件，實際生產(chǎn)中不能利用溫度這一因素。目前三十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點§4硅溶膠及其型殼一、硅溶膠硅溶膠是白色透明的溶膠,在電子顯微鏡下可看到膠體顆粒目前三十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點膠粒結構二氧化硅粒子表面的擴散雙電層及電位目前四十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點密度g/cm3含w（SiO2）1.1625%1.2130%1.2735%1.指標目前四十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點目前四十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點⑤運動粘度反映硅溶膠的粘稠程度影響涂料的粉液比及型殼表面粗糙度及強度目前四十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點⑥膠體粒徑膠體粒子直徑影響其穩(wěn)定性及型殼強度

粒子越小穩(wěn)定性較差，但型殼強度高目前四十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點2.標準 SiO230％Na2O≤0.5％密度g/cm31.20～1.22pH值9～10運動粘度mm2/s≤8膠體粒徑nm8～14目前四十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點二、硅溶膠涂料硅溶膠不用預處理可直接配制涂料1.種類面層涂料影響鑄件表面質量過渡層涂料將面層和背層粘接好背層涂料影響鑄件精度目前四十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點2.組成面層涂料：由耐火材料、粘結劑、潤濕劑、消泡劑等組成過渡層涂料：由耐火材料、粘結劑組成背層涂料：由耐火材料、粘結劑組成目前四十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點濕潤劑濕潤劑是表面活性劑，其分子一般由兩種性質不同的原子基團組成：一種是非極性的親油基團，另一種是極性的親水基團。如聚氧乙烯烷基醇醚（JFC)憎水親水目前四十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點濕潤劑作用示意圖表面活性劑親油基在熔模表面的定向排列表面活性劑有一薄層即可，用量為硅溶膠的千分之一左右。目前四十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點國內使用最多的潤濕劑為JFC，又稱滲透劑EA，全名聚氧乙烯烷基醇醚。目前五十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點消泡劑加濕潤劑后，涂料的表面張力下降，攪拌過程中易將空氣卷入形成氣泡，為此，需加入消泡劑來消泡。消泡劑一般為有機添加劑，如硅樹脂、醇類目前五十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點消泡劑作用是使氣泡表面膜被拉伸變薄而使氣泡破滅目前五十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點3.涂料配方面層涂料過渡層涂料背層涂料硅溶膠/kg101010鋯英粉/kg36～40高嶺土/kg16～1714～15潤濕劑/mL16消泡劑/mL12目前五十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點配方中耐火粉料與粘結劑（硅溶劑）適量比稱粉液比，它直接影響涂料及型殼性能。應加以控制。涂料粉液比高，所制型殼表面致密，鑄件表面質量好；涂料粉液比高，所制型殼強度高，鑄件精度高。目前五十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點但能否達到配方的粉液比，取決于原材料的質量。如硅溶膠的粘度、耐火粉料的粗細和分布（粒度級配）。目前五十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點4.涂料配制硅溶膠→潤濕劑→耐火粉料→消泡劑全部新料部分新料面層24h12h背層10h5h目前五十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點涂料配制時需很長時間攪拌，直到無粉團為止，則可測定涂料粘度，如合格涂料就可待用。目前五十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點國內杯和美國杯、歐洲杯目前五十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點流杯粘度測定終點的確定目前五十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點5.性能控制粘度s密度g/cm3面層 3212.7～2.8過渡層1911.82～1.85背層 1311.81～1.83用流杯粘度加以控制目前六十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點如粘度過高要加硅溶膠加以調整，如粘度過低則加耐火粉調整。目前六十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點三、制殼工藝１.工序清洗蠟模上涂料撒砂干燥反復多次目前六十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點●清洗蠟模去除蠟模上的油污將蠟模放在清洗劑中清洗現(xiàn)用環(huán)保的ZF-301清洗劑代替了有機清洗劑：三氯乙烷、乙醇、丁酮等目前六十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點●上涂料

要各處上到才能形成表面光潔，強度合格的型殼．尤其是面層，對有文字、凹槽、直角處要特別注意，除浸涂涂料外，必要是可以用筆刷涂料，或用壓縮空氣微微的吹局部重要處，防止氣泡等。目前六十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點●撒砂撒砂的作用：加強型殼固定涂料分散膠凝收縮，防止產(chǎn)生穿透性裂紋目前六十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點●干燥利用水分蒸發(fā)，SiO2膠體膠凝濃度增加，最終形成膠凝，這是利用電介質、pH、濃度、溫度四個因素中濃度這一因素讓膠體膠凝、制殼的。目前六十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點2.制殼工藝參數(shù)包括：涂料的種類，撒砂種類和粗細，制殼間的溫度、濕度和風力，干燥時間等目前六十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點層數(shù)參數(shù)面層二層背層封漿涂料種類面層涂料過渡層涂料背層涂料背層涂料撒砂（目）100/120鋯砂30/60鋯砂/高嶺土砂16/30高嶺土砂溫度(℃)22～26濕度(%)60～7040～60風速(m/s)--6～8干燥時間(h)4～6＞8＞12預濕劑浸預濕劑--目前六十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點說明●涂料用三種:面層保證鑄件表面質量過渡層將面、背層粘結好背層保證鑄件精度●高精度鑄件可用兩層面層涂料目前六十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點層數(shù)參數(shù)面層二層背層封漿涂料種類面層涂料過渡層涂料背層涂料背層涂料撒砂（目）100/120鋯砂30/60鋯砂/高嶺土砂16/30高嶺土砂溫度(℃)22～26濕度(%)60～7040～60風速(m/s)--6～8干燥時間(h)4～6＞8＞12預濕劑浸預濕劑--目前七十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點撒砂由細到粗，面層細，逐層加粗用三種砂（100/120、30/60、16/30）以便于鑲嵌，使整個型殼為一整體的型殼兩種不同結構的型殼a）整體型殼b）分層型殼目前七十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點撒砂種類與同層涂料相同相同的耐火材料，其熱膨脹系數(shù)一致，以防止撒砂和涂料分離。目前七十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點撒砂有兩種雨淋撒砂均勻，但勞動強度較大，多用于面層，以保證面層質量目前七十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點沸騰撒砂效率高，但型殼邊角處易撒不上砂，多用于背層目前七十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點層數(shù)參數(shù)面層二層背層封漿涂料種類面層涂料過渡層涂料背層涂料背層涂料撒砂（目）100/120鋯砂30/60高嶺土砂16/30高嶺土砂溫度(℃)22～26濕度(%)60～7040～60風速(m/s)--6～8干燥時間(h)4～6＞8＞12預濕劑浸預濕劑--目前七十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點●影響干燥的因素：T℃、濕度和風力—T℃不變以保證鑄件精度—濕度很重要面層濕度60～70％背層濕度40～60％目前七十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點因面層的主要的矛盾是干得過快，面層型殼易開裂，造成毛刺缺陷，為防止干得過快，面層濕度要高些，60~70%。背層的主要矛盾是干得過慢，生產(chǎn)效率低，為提高生產(chǎn)效率，背層濕度要低些，40~60%目前七十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點a）b）

風速對型殼干燥和硅溶膠中水的蒸發(fā)影響

a）風速對型殼干燥的影響b）風速對硅溶膠中水的蒸發(fā)影響●風力目前七十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點——風力也是影響型殼干燥的重要因素，風力增加，干燥時間減少。從圖可看到風速4m/s比0m/s時干燥速度大5～6倍，希望風力在4～8