熔融石英的性能特点和使用一、熔融石英的性能特点和使用熔融石英材料在精铸型壳的使用上国外发达国家如美 国的使用量和日本的使用量不断地逐年增加，特别是在硅溶 胶型壳的面层方面有了很有经验的效果，在同锆英材料的使 用和价格比上有了较大突破，是目前较为理想的工程应用材 料熔融石英是用天然高纯度二氧化硅经电炉在高于 17601以上温度熔融，随后快速冷却而制得的此过程将晶 型Si02转变为非晶型的玻璃熔体2熔融石英熔化温度约17131，导热系数低，热膨胀系数 几乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有极高的热震稳定 性所以，在焙烧和浇注过程中熔融石英型壳很少因温度剧 变而破裂，是理想的熔模铸造制型的耐火材料，可作为面层 或背层涂料用的耐火材料，以及撒砂材料熔融石英会部分或全面提高型壳性能熔融石英热膨胀 系数小，有利于防止型壳在脱蜡和焙烧过程中开裂、变形， 利于确保铸件尺寸稳定熔融石英纯净度高，所配涂料稳定 性好；型壳高温抗蠕变能力提高熔融石英温度较低时的导热性较差，热容量小，仅为锆 砂的一半，大多数金属液对它的润湿性较差，使得金属凝固 层与型壳内表面间易产生间隙，热导率进一步减小，有利于 壁薄铸件充型。
在高温下熔融石英的透明度高，能通过辐射 传热，使其导热能力超过硅酸铝类壳而使铸件冷却较快， 更易获得健全铸件铸件冷却时方石英又从高温型转变为低温型，同时体积 产生骤变，使型壳出现无数裂纹，强度剧降，有利于脱壳进 行熔融石英为酸性，能采用碱煮、碱爆等化学清砂方法去 除型壳熔模铸造用熔融石英，其中SiO所占的质量分数应为299.5%，配涂料用的粉料最好是270目或320目细粉占50% （质量分数），200目和120目粉各占25% （质量分数）耐火 材料化学组成化学 性质熔点/°c莫氏 硬度密度/ (g/cm3)膨胀系 数①/X 10-71/C热导率 /[W/(m2.k)]浸出性比较颜色熔融 石英SiO2酸性171372.251.951 ②在热浓碱和 氢酸条件下 有良好的可溶性白色电熔 刚玉Al O2 3两性203093.99 〜4.08612.560②在热碱条件 下反应很差白色莫来 石3Al O ・2SiO2 3 2两性20306~72.7 〜2.9541.214 ②在热碱条件 下有轻微反 应灰色 到棕 黄色高岭 石熟料弱酸 性1700〜1790〜52.4 〜2.650—在热碱条件 下有轻微反 应灰色 到棕 黄色锆砂ZrSiO4弱酸 性<19487~84.5 〜4.9462.094③在热碱条件 下有中等反 应白色 到棕 黄色氧化 锆ZriO2碱性26007~85.760—①为01〜12001间的膨胀系数平均值。
②4001的热导率③12001热导率熔融石英及制品有三大特点：在所有耐火材料中，线膨 胀系数最小（在10001的热胀率0.05）；热导率最低，在 1000°C热导率 0.836W/ （m • K） （0.02cal/cm • s ・°C）；抗热 震性最好（在1200C〜水冷的抗震性）,10次都不产生裂纹二、熔融石英涂料配制使用操作工艺（一） 本操作工艺适用于硅溶胶，制壳的表面层或过渡层二） 本工艺使用的硅溶胶同锆英粉涂料即Si0 30%2（三） 本工艺操作中的润湿剂，消泡剂同锆英粉涂料四） 本操作中使用的流杯粘度计为詹氏（Zahn）5#杯，出口孔径为①5.28mm五） 涂料配制：1、 熔融石英粉的配制，320目（网号：0.044） 275目（网 号：0.052） 200 目（网号：0.076） 120 目（网号：0.125） 熔融石英粉中的SiO的质量分数为99.5%以上其中:3202目占50%，200目占25%，120目占25%，百分数的计算为 质量分数，即重量比例2、 涂料粘度为50~60秒，严格控制不得低于50秒，60 秒时是最佳粘度它可获得最好的表面光洁度铸件；用于 生产碳钢或430系列时粘度可以降到40秒。
六） 挂砂：1、 用熔融石英砂80〜100目（50〜100 目） 50%,用刚玉砂80 目，50%2、 用熔融石英砂 80~100 目 （50~100 目） 100%, （50~100 目）3、 用刚玉砂80目100%以上3种挂砂都可以采用，只是铸件根据的不同，结合表 面质量在生产现场机动操作七）注意事项：1、 涂料配制严格控制比例，不得有随意性，严格现场的 操作跟踪流杯粘度测量要准确，每次做面层前必须测量 粘度2、 需要做二层面层时，第二次即过渡层时，涂料粘度为 28〜36秒3、 表面制壳技术是认真、细致的操作技术，要保证涂料 厚度均匀一致，否则会生产出有渗透性或麻点的铸件挂 砂重力相对一致均匀，面面俱到4、 熔融石英湿膜情况下的面层在不同粘度下的厚度为：50秒粘度为0.2mm，40秒粘度为0.18mm,30秒粘度为 0.15mm， 20 秒粘度为 0.12mm5、 熔融石英砂:50~100目为国家标准网号的0.325~0.15 号，筛孔尺寸为ASTME11-70的0.3〜0.15mm6、 第二层的挂砂可同原锆英粉面层工艺时的操作一致，也可用30〜50目（筛孔尺寸0.6〜0.3mm）的熔融石英砂。
三、熔融石英一一制壳耐火材料新秀熔融石英在精铸中应用虽然已有相当长的历史，但以往 主要用作陶瓷型芯，用作型壳则主要用于面层，背层很少使 用这种状况近10年来在美、欧各国有很大改变2001年 美国著名耐火材料生产厂商Minco公司，公布了对美国熔模 铸造企业制壳耐火材料使用现状的调查统计数据，各种耐火 材料消耗量所占比例（质量分数）大致如下：铝-硅系耐火 材料55%；熔融石英30%；刚玉9%，锆石6%可见在美国精铸业中，熔融石英异军突起，现已是仅次 于铝-硅系材料，远远超过锆石等其他耐火材料，迅速成为 制壳耐火材料的新秀1、熔融石英与铝-硅系材料的比较2000年MincoInc.在美国第48届精铸年会和INCAST杂 志2001年第3期上发表论文，对熔融石英和铝-硅系耐火材 料进行了全面的分析对比1.1型壳质量熔融石英密度为2.2g/cm3,铝-硅系材料为2.7g/cm3,,故 同样厚度型壳，前者质量明显小于后者，有利于减轻工人劳 动强度和机械手操作1.2热膨胀率图1和图2所示分别为脱蜡和焙烧过程中，这2种材料热膨胀率的比较热膨胀系数小是熔融石英的一个很大的优 点，有利于减小加热时型壳内外因温度差造成的热应力，因 而有利于防止脱蜡和焙烧过程中型壳开裂和变形。
同时，对 提高铸件尺寸精度也甚为有利所以，铸造尺寸公差要求严 格的产品，就更适合采用熔融石英a 38 76 H4 152 190 228退度代05图1亠脱蜡过程中2种材料热膨胀率的比较温度丿弋 （保魁图2 培烧过程中2种材料热膨胀率的比较1.3力学性能和透气性表1所列为2种材料制得型壳的力学性能和透气性比 较，结果显示，湿强度（抗弯强度）和断裂韧度，熔融石英 型壳稍低于铝-硅系型壳，但透气性却远高于铝-硅系型壳表1熔融石英和铝硅系材料型壳性能比较型壳材料熔融石英粉+30#/50# 熔融石英砂莫莱卡特粉+16#/30# 莫莱卡特砂熔融石英粉+16#/30#莫莱卡特砂试样厚度/mm7.407.247.90孔隙率/%24.623.224.0断裂载荷/N23.020.920.3室温抗弯强度/MPa3.984.113.37断裂韧度/MPa5 0095 2994 223断裂指数0.01670.01660.0155透气性/ (10-iocm2)18.38.618.21.4高温抗蠕变能力当采用熔融石英撒砂代替铝-硅系材料时型壳高温抗蠕 变能力提高（见图3）熔融石英在高温下（约12001）结晶 化转变可作为这种现象的一种解释（见图4）。
/ 馆亠硅系材料 •丄!■度（糞藕卡特）P 爲mL270| T-2 了 £ -2. 54 豈 ^-811 -5+00 ■T.35 ・ f 62 L0图3不同林料在离溫下变形養的比较OS®-0. b-0.8800I 000 1 200温度/€（保温2 h）图4熔融石英型壳在加热过程中的相变1・5脱壳性容易脱壳和清理是熔融石英迅速崛起的最重要原因不 同材料型壳残留强度试验结果见表2可见熔融石英型壳残 留强度大大低于铝-硅系材料这是因为熔融石英大约在 12001高温下会转变为方石英实践证明，在浇注温度下， 型壳中大约有70%熔融石英转变为方石英当型壳温度下降 至3001左右，方石英又由高温型转变为低温型，同时体积 骤变（见图4）无数裂纹随之产生，型壳强度剧降，于是， 脱壳性大为改善此外，对于全铝-硅系型壳来说，如采用 碱煮、碱爆等化学清理方法，碱溶液只能溶解粘结剂中的二 氧化硅，对耐火粉、粒料却无能为力但对熔融石英型壳来 说，无论粘结剂还是耐火材料，碱都有强烈的腐蚀作用试 验表明，在质量分数为50%的K0H熔液中沸腾碱煮，全熔融 石英型壳经109min就大部分溶解，而铝-硅系耐火砂、粉则 看不出有什么变化。
所以，采用熔融石英，有利于碱煮、碱爆等化学清理减少耗碱量，提高效率表2熔融石英和铝-硅系型壳残留强度对比MPa型壳系统1037°C保温1h焙烧1204C保温1h焙烧熔融石英料+30#/50#熔融石英砂11.813.6铝-硅料浆+16#/30#铝-硅砂42.665.2熔融石英料浆+16#/30#铝-硅砂31.434.61.6充型难易当温度低于6001时，熔融石英热导率较铝-硅系材料差（见图5）,而比热容又只有锆石的一半，这些因素都有利于 薄壁铸件的充型但温度高于6001，由于熔融石英透明度 高（夜间浇注时，甚至可透过型壳看见其中流动的钢液）， 因此辐射散热快，铸件冷却快，更容易获得健全致密的铸件, 这对于铸造铝合金薄壁件甚为有利，但同时也会使铸件产生 裂纹的趋向增加® 5 2种材抖的热导準比较lLlLLkoro.o,or -T..P•亍・•»/*»«1 ow L 200 1 400与铝-硅系耐火材料比较，尽管熔融石英有着上述诸多优点，但毕竟价格较贵，是否采用，各厂可自行权衡如何 使用，是用于面层，还是用于背层；是单独用，还是与其他 材料混合用；是用粉料，还是用作撒砂料；都需要根据具体 情况，才能获得最佳效果。
2、熔融石英和锆石的比较Jerry D.发表于2002年美国第50届精铸年会的论文， 对用于精铸面层的2种主要耐火材料一一熔融石英和锆石进 行了全面的分析对比2.1锆石的优缺点2.1.1锆石的优点（1） 锆石粉粒度分布宽，一般无需级配，配制成的涂 料浆流变性就很适合涂挂，涂料覆盖性、流平性均属一流 此外，由于密度大，空料时涂料浆流淌快2） 锆石砂粒形好，多为球形（见图6），流动性好， 容易充填蜡模上的孔洞、凹槽等不易充填的部位，很适合作。