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1、法拉特精密铸造有限公司制壳耐火材料培训资料 主讲：王 东 2014-4-6,面层型壳直接接触金属液,影响型壳致密性铸件表面质量，背层型壳则影响型壳强度，即影响铸件的尺寸精度 1. 有足够的耐火度 2. 好的热化学稳定性 3. 均匀且不大的热膨胀系数 4. 合适的粒度 5. 价廉、无毒,耐火材料的基本要求、认识,二、铝硅系耐火材料简介,该体系有下列材料可做耐火材料：,石 英 SiO2刚 玉 Al2O3高岭土 Al2O3 2SiO2莫来石 3Al2O3 2SiO2铝矾土 Al2O348%,请看图左方的石英,三、石英（SiO2晶体）又称硅砂,有七种晶体石英 石英鳞石英 鳞石英 鳞石英 方石英 方石英
2、,a) b) c) 三种晶型硅氧四面体的结合方式a) 方石英 b) 鳞石英 c) 石英,同种晶体转变时能量要得小,故容易进行转变,如:,石英 石英,573,不同晶体间转变需能量要多,故较难进行.自然界的石英为石英。,熔点1713 酸性，热化学稳定性差大（12.510-6/）而不均匀的 热膨胀系数不是一种性能好的制壳材料应用：精度不高的铸件上,石英,四、石英玻璃（SiO2非晶体）, 熔点1713 酸性、热化学稳定性差 小(0.510-6/)而均匀的热膨胀系数 是一种性能较好的制壳材料 应用：高精度铸件型壳、陶瓷型芯上,请看图右方的刚玉,五、刚玉（Al2O3）, 熔点2050 中性、热化学稳定性好
3、 较小（8.610-6/）而均匀的热膨胀 系数是一种性能好的制壳材料应用：精度高的高合金钢件上,请看 Al2O3 48%处的高岭土,六、高岭土,分生、熟两种。 生料一般不用，因在加热中会发生下列反应 Al2O32SiO22H2OAl2O32SiO2+2H2O Al2O32SiO2Al2O3+2SiO2 3Al2O3+2SiO23Al2O32SiO2 SiO2（无定形）SiO2（方石英或玻璃相）,熟高岭土, 熔点 17001790 弱酸性，热化学稳定性较好 较小（5.010-6/）而均匀的热膨胀 系数是一种性能较好的背层制壳耐火材料应用：背层制壳耐火材料,生高岭土,在熔模铸造中一般不用在用水玻璃
4、型壳生产低精度铸件时,可加在背层型壳中起增强型壳强度的作用，如沈阳粘土、无锡白泥等耐火粘土。,铝矾土是指 Al2O3 48%的铝硅系化合物,化学成分变化范围大,七、铝钒土(Al2O348%）,分生、熟两种。 生料是由高岭土和水铝石组成，加热时会发生一系列化学反应：水铝石 Al2O33H2OAl2O3+3H2O高岭土 Al2O32SiO22H2OAl2O32SiO2+2H2O Al2O32SiO2Al2O3+2SiO2 3Al2O3+2SiO23Al2O32SiO2 SiO2（无定形）SiO2（方石英或玻璃相）,生铝矾土在加热过程中有很多化学、物理变化,故不用。 生铝矾土为水泥(灰)色,熟铝矾土
5、为淡黄色,容易加以区分。,生铝矾土,熟铝矾土, 熔点 1700 弱酸性，热化学稳定性较好 较小（5.410-6/）而均匀的热膨 胀系数应用：背层制壳耐火材料,八、锆石（锆英）ZrO2SiO2或ZrSiO4 是非铝硅材料 其相图,锆石ZrO2SiO2或ZrSiO4, 熔点 1948 弱酸性，热化学稳定性较好 较小（4.610-6/ ）而均匀的热膨胀 系数是一种性能较好的制壳耐火材料应用：高精度（除高合金钢外）件面层,目前锆石粉砂的价格飚升，已高于刚玉粉砂和熔融石英砂粉，能否用刚玉粉砂代替锆石粉砂呢？能,九、锆石代用问题：,国际上已经开展锆英的代用工作，如美国刚玉全部或部分的代用锆英； 国内已用刚
6、玉代替锆英。,代用时应注意代用材料的化学成分和纯度，代用材料的粒度，以保证不产生化学粘砂和机械粘砂。,十、旧砂回用问题,废型壳的回用是国内外关注的问题，可将废型壳破碎、过筛后再使用。,3 粘结剂及型壳介绍,一、概况 1. 种类 水玻璃 硅溶胶 硅酸乙酯,应用 高精铸件：硅溶胶、硅酸乙酯，其中硅溶胶为绿色粘结剂，正在发展中。 低精铸件：水玻璃,硅溶胶、硅酸乙酯、水玻璃粘结剂中起粘结作用的都是SiO2胶体，又称硅酸胶体。,二、硅酸胶体的几种形式,从溶胶转变为冻胶、凝胶的过程称胶凝过程。 制壳就是粘结剂从溶胶转变为冻胶和凝胶的胶凝过程，是一个复杂的物理、化学变化的过程。,胶粒结构,二氧化硅粒子表面的
7、扩散双电层及电位,三、胶体结构,胶粒是在0100nm的颗粒，1nm=10-6mm，物质在这种粒度时，就具有很多特性，有粘结作用。,胶粒合并，则导致胶凝。 阻碍胶粒合并的因素：胶粒间带同性电，同性相斥。 胶粒合并的动力：分子运动，合并后总表面积减少，表面自由能下降。,四、胶凝过程,五、影响胶凝的因素,1.电介质影响胶粒结构影响胶粒带电量,影响胶凝的因素,1.电介质2.pH值影响胶粒的结构影响胶粒的带电量,影响胶凝的因素,1.电介质2.pH值3.SiO2浓度4.温度,影响胶粒的分子运动、改变分子碰撞机会,可利用电介质、 pH、SiO2浓度、温度四个因素来改变胶凝时间，提高制壳生产率。 但因生产精密
8、铸件，实际生产中不能利用温度这一因素。,4 硅溶胶及其型壳,一、硅溶胶 硅溶胶是白色透明的溶胶,在电子显微镜下可看到胶体颗粒,胶粒结构,二氧化硅粒子表面的扩散双电层及电位,密度g/cm3 含w（SiO2） 1.16 25% 1.21 30% 1.27 35%,1.指标,运动粘度反映硅溶胶的粘稠程度影响涂料的粉液比及型壳表面粗糙度及强度,胶体粒径 胶体粒子直径影响其稳定性及型壳强度 粒子越小稳定性较差，但型壳强度高,2.标准,SiO2 30 Na2O 0.5 密度g/cm3 1.201.22 pH值 910 运动粘度mm2/s 8 胶体粒径nm 814,二、硅溶胶涂料,硅溶胶不用预处理可直接配制
9、涂料 1.种类 面层涂料 影响铸件表面质量 过渡层涂料 将面层和背层粘接好 背层涂料 影响铸件精度,2.组成面层涂料： 由耐火材料、粘结剂、润湿 剂、消泡剂等组成过渡层涂料：由耐火材料、粘结剂组成背层涂料： 由耐火材料、粘结剂组成,湿润剂 湿润剂是表面活性剂，其分子一般由两种性质不同的原子基团组成：一种是非极性的亲油基团，另一种是极性的亲水基团。如聚氧乙烯烷基醇醚（JFC),憎水,亲水,湿润剂作用示意图,表面活性剂亲油基在熔模表面的定向排列,表面活性剂有一薄层即可，用量为硅溶胶的千分之一左右。,国内使用最多的润湿剂为JFC，又称渗透剂EA，全名聚氧乙烯烷基醇醚。,消泡剂 加湿润剂后，涂料的表面
10、张力下降，搅拌过程中易将空气卷入形成气泡，为此，需加入消泡剂来消泡。消泡剂一般为有机添加剂，如硅树脂、醇类,消泡剂作用是使气泡表面膜被拉伸变薄而使气泡破灭,3.涂料配方,配方中耐火粉料与粘结剂（硅溶剂）适量比称粉液比，它直接影响涂料及型壳性能。应加以控制。 涂料粉液比高，所制型壳表面致密，铸件表面质量好； 涂料粉液比高，所制型壳强度高，铸件精度高。,但能否达到配方的粉液比，取决于原材料的质量。如硅溶胶的粘度、耐火粉料的粗细和分布（粒度级配）。,4.涂料配制,硅溶胶润湿剂耐火粉料消泡剂 全部新料 部分新料面层 24h 12h背层 10h 5h,涂料配制时需很长时间搅拌，直到无粉团为止，则可测定涂
11、料粘度，如合格涂料就可待用。,国内杯和美国杯、欧洲杯,流杯粘度测定终点的确定,5.性能控制,粘度s 密度g/cm3面层 321 2.72.8过渡层 191 1.821.85背层 131 1.811.83,用流杯粘度加以控制,如粘度过高要加硅溶胶加以调整，如粘度过低则加耐火粉调整。,三、制壳工艺,.工序,清洗蜡模,上涂料,撒砂,干燥,反复多次,清洗蜡模 去除蜡模上的油污 将蜡模放在清洗剂中清洗 现用环保的ZF-301清洗剂代替了有机清洗剂：三氯乙烷、乙醇、 丁酮等,上涂料,要各处上到才能形成表面光洁，强度合格的型壳尤其是面层，对有文字、凹槽、直角处要特别注意，除浸涂涂料外，必要是可以用笔刷涂料，
12、或用压缩空气微微的吹局部重要处，防止气泡等。,撒砂,撒砂的作用：加强型壳固定涂料分散胶凝收缩，防止产生穿透性裂纹,干燥利用水分蒸发，SiO2胶体胶凝,浓度增加，最终形成胶凝，这是利用电介质、pH、浓度、温度四个因素中浓度这一因素让胶体胶凝、制壳的。,2. 制壳工艺参数,包括：涂料的种类，撒砂种类和粗细，制壳间的温度、湿度和风力，干燥时间等,说明,涂料用三种: 面层保证铸件表面质量 过渡层将面、背层粘结好 背层保证铸件精度高精度铸件可用两层面层涂料,撒砂由细到粗，面层细，逐层加粗用三种砂（100/120、30/60、16/30）以便于镶嵌，使整个型壳为一整体的型壳,两种不同结构的型壳a）整体型壳
13、b）分层型壳,撒砂种类与同层涂料相同,相同的耐火材料，其热膨胀系数一致，以防止撒砂和涂料分离。,撒砂有两种,雨淋撒砂 均匀，但劳动强度较大，多 用于面层，以保证面层质量,沸腾撒砂 效率高，但型壳边角处易撒 不上砂，多用于背层, 影响干燥的因素：T、湿度和风力,T不变以保证铸件精度湿度很重要面层湿度 6070背层湿度 4060,因面层的主要的矛盾是干得过快，面层型壳易开裂，造成毛刺缺陷，为防止干得过快，面层湿度要高些，6070%。 背层的主要矛盾是干得过慢，生产效率低，为提高生产效率，背层湿度要低些，4060%,a ） b） 风速对型壳干燥和硅溶胶中水的蒸发影响a ）风速对型壳干燥的影响 b）风速对硅溶胶中水的蒸发影响, 风 力,风力也是影响型壳干燥的重要因素，风力增加，干燥时间减少。 从图可看到风速4m/s比0m/s时干燥速度大56倍，希望风力在48m/s 现国内生产中风力较小是一个急需改进的问题。,风应当用旋转风，让干燥间各处的风力相同，无死角最好采用制壳流水线，使用通风隧道,因为面层的主要矛盾是干得过快，造成面层开裂和毛刺缺陷，因此，面层不能有大风，只能微风。 背层的主要矛盾是干得过慢，生产效率低，为提高生产效率应使用大风，48m/s。,
