特种铸造4第四章_陶瓷型铸造

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1、第四章第四章陶瓷型铸造陶瓷型铸造陶瓷型铸造l陶瓷型铸造定义l陶瓷型铸造分类l陶瓷型铸造的优缺点l陶瓷型铸造工艺l陶瓷型铸造的应用4.1 概述概述4.1.1 定义：陶瓷型铸造是以硅酸乙酯为粘结剂，与耐火材料、催化剂和一些附加物混合搅拌成浆料，然后将浆料灌注成铸砂，在催化剂的作用下，液态的浆料逐渐发生胶凝、固化，再经过焙烧最终形成陶瓷型的铸型（芯）的一种精密铸造成形方法。 用陶瓷浆料制成铸型生产铸件的铸造方法，陶瓷型铸造是在砂型熔模铸造的基础上发展起来的一种新工艺。陶瓷型是利用质地较纯、热稳定性较高的耐火材料作造型材料；用硅酸乙酯水解液作粘结剂，在催化剂的作用下，经灌浆、结胶、起模、焙烧等工序而制

2、成的。由于使用的耐火材料成分及其外观都与陶瓷相似，故称为陶瓷型。采用这种铸造方法浇出的铸件，具有较高的尺寸精度和表面光洁度，所以这种方法又叫陶瓷型精密铸造。 4.2 陶瓷型分类： 陶瓷型的制造方法可分为两大类：一类是全部采用陶瓷浆料制造铸型法；另一类就是采用底套（相当于砂型的背砂层）表面再灌陶瓷浆料以制陶瓷型的方法。底套又分砂套和金属底套两种； 小型陶瓷型铸件，常采用全部以陶瓷浆料制造的陶瓷型，其造型过程如下所示。 1、首先将模型固定于模板上 2、再套上砂箱 3、然后将预先调好的陶瓷浆料倒入砂箱 4、将上表面刮平，等待结胶硬化 5、待浆料一旦出现弹性即可进行起模 6、随即点火喷烧（吹压缩空气助

3、燃） 7、待火熄灭后，移入高温炉中喷烧即成所需的陶瓷型。 另一类就是带底套的陶瓷型。生产中常采用带底套的复合铸型，即与液体金属直接接触的面层，灌注陶瓷浆料，而其余部分用砂套或金属套代替。 完全陶瓷型铸造完全陶瓷型铸造砂套陶瓷型铸造砂套陶瓷型铸造 目前生产上应用最广泛的是CO2水玻璃砂底套陶瓷型。CO2水玻璃套有强度高，透气性好制作简便道优点。其特殊之处，在于事先要准备两个模型，一个用于灌陶瓷浆料的铸件模（A模），另一个用于制造底套（B模）其尺寸较（A 模）大 陶瓷型铸件表面粗糙度可达Ra101.25微米,尺寸精度高达35级,能达到少无切削加工的目的。陶瓷型铸造生产周期短，金属利用率高。最大铸件

4、可达十几吨，陶瓷型铸造模具的使用寿命可与用机械加工方法制成的模具相媲美，而制造成本则比用机械加工方法制成的模具低。小结：陶瓷型铸造的特点：铸件的表面质量好：表面光洁度高； 尺寸精度高。可以铸造大型铸件。投资少，投产快，生产准备周期短。原材料价格昂贵。小批量生产，难于实现机械化自动化。6.3 陶瓷型铸造工艺 工艺流程： 6.3.1 陶瓷型所用的造型材料 陶瓷型所用的造型材料包括耐火材料、粘结剂、催化剂、脱模剂、透气剂等。 1耐火材料，陶瓷型所用的耐火材料要求杂质少，熔点高和高温热膨胀系数小。可作陶瓷型的耐火材料有刚玉粉、铝矾土、碳化硅及锆砂粉等。 2粘结剂，陶瓷型常用的粘结剂是硅酸乙酯水解液。

5、3催化剂，陶瓷浆料所用的催化剂有氢氧化钙、氧化镁、氢氧化钠以及氧化钙等。 脱膜剂，常用的脱模剂有上光腊，变压器油，机油、有机硅油及凡士林等。 5透气剂，在陶瓷浆料中加入透气剂以改善陶瓷型的透气性。常用的透气剂是双氧水，其加入量为耐火粉料重量的0203%。 陶瓷型所用的造型材料 （1）耐火材料 决定陶瓷型使用性能的主要因素是耐火材料。因此，合理选用耐火材料是关系到陶瓷型工艺的关键问题。选用耐火材料时需要考虑三方面的问题；物理性能、化学成分和粒度以及粒度的分布。表9-1列出了陶瓷型铸造常用的耐火材料的物理性能与化学成分。 表6-1 陶瓷型用耐火材料的性能及成分名称化学成分（质量分数，）性 能Al2

6、O3SiO2ZrO2Fe2O3CaOMgO熔点/密度/(g/cm3)线胀系数/K-1硅砂2.0970.517132.6512.5106刚玉970.250.1520453.95028.6106棕刚玉9519003.95028.6106煤矸石4146545111.50.40.8170017902.622.655.0106铝钒土80.00.81.40.70.418003.23.4(5.05.8106莫来石67.018002.83.15.4106锆砂0.3033.065.00.42430796106 （2）粘结剂 陶瓷型常用的粘结剂是硅酸乙酯，硅酸乙酯经过水解才具有粘结能力。水解时要加水、盐酸及乙醇等

7、化学物质。水解后产生硅溶胶，再在催化剂的作用下，转变成凝胶，将耐火材料牢固粘结在一起，形成铸型。水解硅酸乙酯粘结剂，由于不含Na2O等杂质，表面张力大和粘度小，故粘结性能好。 硅酸乙酯只有经过水解反应后，才能变为硅酸胶体溶液。所谓的水解反应就是硅酸乙酯和水及溶剂酒精，通过酸的催化作用而发生的反应，其实质是硅酸乙酯中的乙氧基C2H5O被水中的羟基（OH）所取代，同时发生聚缩反应。水解反应方程式如下： （C2H5O）4Si+2H2OSiO2+4C2H5OH 水解反应的主要原材料有硅酸乙酯、乙醇、盐酸和水。 （a）硅酸乙酯40 硅酸乙酯是由四氯化硅和无水乙 醇经化学反应而制得，即 SiCL4+4C2

8、H5OH（C2H5O）4Si+HCL 陶瓷型铸造通常用硅酸乙酯-32（3034SiO2）和硅酸乙酯-40（3842SiO2）。其主要物理性能见表9-2。实验证明，在采用相同的SiO2含量条件下，硅酸乙酯-40比硅酸乙酯-32的强度高.硅酸乙酯的杂质含量低，耐火度高，因而实践中首选硅酸乙酯-40。 表4-2 工业硅酸乙酯SiO2及杂质的含量和主要物理性能SiO2（质量分数，）酸度（HCl）（质量分数，）粘度（20）/（mm2/s）密度（20）/(g/cm3)硅酸乙酯-40 40.68 0.015 3.0 1.05硅酸乙酯-32 30.67 0.04 0.95 0.944 （b）乙醇 由于硅酸乙酯

9、与水不相溶解，但是，两者都溶解于乙醇，所以硅酸乙酯-40的水解是在乙醇水的溶液中进行的。硅酸乙酯水解时要严格控制水的加入量，计算时要考虑乙醇中的含水量。 （c）盐酸 为了加速硅酸乙酯水解反应过程和将水解液的酸碱度控制在稳定性最大的范围内，一般要加入盐酸，它能够与硅酸乙酯发生化学反应，生成易水解的氯化正硅酸乙酯中间产物。 （d）水 陶瓷型制作时一般用工业蒸馏水，由于自来水中含有氯离子等杂质，它会使硅酸乙酯水解液产生白色絮状物析出，而影响表层的强度。 （e）其他附加物 为了提高陶瓷型的强度、韧性和防止出现裂纹，水解反应中加入少量的硫酸、醋酸、硼酸或甘油等。 （3）硅酸乙酯水解液的配料计算 为使硅酸

10、乙酯水解液具有稳定性好、成壳强度高和合适的硬化速度等特性，水解液需有合适的成分含量，其中主要的是加水量的计算。加水量应使水解后硅酸乙酯中的H2O和SiO2的有适当的摩尔比，一般控制在0.250.75之间。溶剂的加入量直接影响到水解液中的SiO2含量，水解液中SiO2的含量应控制在1822，当SiO2的含量在20时，型壳的强度最高。水解液的pH值一般在12，相应的盐酸含量约为0.036%0.36%，一般取0.2。 根据以上原则，可计算出水解100g硅酸乙酯所需加水量、溶剂及盐酸的用量。水解液的具体配方如表9-3。 表4-3 硅酸乙酯40的水解液配方表硅酸乙酯水乙 醇盐 酸技术指标硅酸乙酯-40

11、蒸馏水体积分数为96.5% 体积分数为36.5% 密度为1.189g/ cm3加入量 100g 11.25g 138.75ml 适 量 （4）陶瓷浆料催化剂 水解硅酸乙酯即硅酸胶体，其自身的胶凝时间很长，而作为陶瓷型的粘结剂时必须缩短其胶凝时间。因此应加入催化剂来加速和控制其凝固时间。催化剂的种类很多，国外常用有机胺类，国内常用Ca(OH)2或MgO等。 目前国内陶瓷型浆料常用的催化剂为分析纯的粉末状氢氧化钙，应保存在密封的玻璃容器中，以防止吸潮而失去作用。在生产大件时，由于浆料过多，为了使催化剂搅拌均匀便于灌浆，结胶时间控制在8l0min左右，而一般的小件结胶时间为35min。 （5） 分型