优选制壳用耐火材料及粘结剂型壳介绍
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优选制壳用耐火材料及粘结剂 型壳介绍
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 刚玉 高岭土 莫来石 铝矾土
SiO2 Al2O3 Al2O3 • 2SiO2 3Al2O3 • 2SiO2 Al2O3>48%
请看图左方的石英
三、石英（SiO2晶体）又称硅砂 有七种晶体 β石英 α石英 γ鳞石英 β鳞石英 α鳞石英 β方石英 α方石英
胀系数 应用：背层制壳耐火材料
八、锆石（锆英）ZrO2·SiO2或ZrSiO4 是非铝硅材料 其相图
锆石ZrO2•SiO2或ZrSiO4
● 熔点 ＞1948℃ ● 弱酸性，热化学稳定性较好 ● 较小（4.6×10-6/℃ ）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
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(Al2O3﹥48%）
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 Al2O3·3H2O→Al2O3+3H2O 高岭土 Al2O3•2SiO2•2H2O→Al2O3•2SiO2+2H2O
名称
耐火度（或 熔点）℃
酸碱性
热膨胀系数 ×10-6/℃
应用
石英
石英 玻璃
1713 1713
酸性 酸性
12.5 0.5
精度不高件， 面、背层
高精度件型、芯
刚玉
2050
中性
8.6
高精度件面层
（高合金钢）
锆石 ＞ 1948 弱酸性
4.6
高精度件（非高 合金钢）面层
高岭土 (熟）
1700～17Fra Baidu bibliotek0
弱酸性
5.0
背层
铝矾土
(熟） ＞ 1700 弱酸性
5.4
背层
九、锆石代用问题：
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
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。
Al2O3•2SiO2→Al2O3+2SiO2 3Al2O3+2SiO2→3Al2O3•2SiO2 SiO2（无定形）→SiO2（方石英或玻璃相）
生铝矾土
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 为淡黄色,容易加以区分。
熟铝矾土
● 熔点 ﹥1700℃ ● 弱酸性，热化学稳定性较好 ● 较小（5.4×10-6/℃）而均匀的热膨
二、硅酸胶体的几种形式
溶胶
冻胶
凝胶
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。
三、胶体结构 胶粒结构
二氧化硅粒子表面的扩散双电层及电位
胶粒是在0~100nm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。
胶粒结构
二氧化硅粒子表面的扩散双电层及电位
1.指标
} ① SiO2% 反映胶体SiO2含量的多少，即粘结力的强弱
② 密度
密度g/cm3 含w（SiO2） 1.16 25% 1.21 30% 1.27 35%
} ③Na2O% 两者都影响硅溶胶稳定性
④pH
⑤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
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 Al2O3•2SiO2•2H2O→Al2O3•2SiO2+2H2O Al2O3•2SiO2→Al2O3+2SiO2 3Al2O3+2SiO2→3Al2O3•2SiO2 SiO2（无定形）→SiO2（方石英或玻璃相）
a)
b)
c)
三种晶型硅氧四面体的结合方式
a) α方石英
b) α鳞石英 c) β石英
同种晶体转变时能量要得小,故容易进 行转变,如:
β石英 573℃ α石英
不同晶体间转变需能量要多,故较难进行. 自然界的石英为β石英。
石英
●熔点1713℃ ●酸性，热化学稳定性差 ●大（12.5×10-6/℃）而不均匀的
⑥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
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
四、石英玻璃（SiO2非晶体）
● 熔点1713℃ ● 酸性、热化学稳定性差 ● 小(0.5×10-6/℃)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 ● 较小（8.6×10-6/℃）而均匀的热膨胀
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。
四、胶凝过程
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。
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
胶
2.pH值
凝
影响胶粒的结构 时
影响胶粒的带电量 间
pH
影响胶凝的因素
熟高岭土
● 熔点 1700～1790℃ ● 弱酸性，热化学稳定性较好 ● 较小（5.0×10-6/℃）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。
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
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 刚玉 高岭土 莫来石 铝矾土
SiO2 Al2O3 Al2O3 • 2SiO2 3Al2O3 • 2SiO2 Al2O3>48%
请看图左方的石英
三、石英（SiO2晶体）又称硅砂 有七种晶体 β石英 α石英 γ鳞石英 β鳞石英 α鳞石英 β方石英 α方石英
胀系数 应用：背层制壳耐火材料
八、锆石（锆英）ZrO2·SiO2或ZrSiO4 是非铝硅材料 其相图
锆石ZrO2•SiO2或ZrSiO4
● 熔点 ＞1948℃ ● 弱酸性，热化学稳定性较好 ● 较小（4.6×10-6/℃ ）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
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(Al2O3﹥48%）
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 Al2O3·3H2O→Al2O3+3H2O 高岭土 Al2O3•2SiO2•2H2O→Al2O3•2SiO2+2H2O
名称
耐火度（或 熔点）℃
酸碱性
热膨胀系数 ×10-6/℃
应用
石英
石英 玻璃
1713 1713
酸性 酸性
12.5 0.5
精度不高件， 面、背层
高精度件型、芯
刚玉
2050
中性
8.6
高精度件面层
（高合金钢）
锆石 ＞ 1948 弱酸性
4.6
高精度件（非高 合金钢）面层
高岭土 (熟）
1700～17Fra Baidu bibliotek0
弱酸性
5.0
背层
铝矾土
(熟） ＞ 1700 弱酸性
5.4
背层
九、锆石代用问题：
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
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。
Al2O3•2SiO2→Al2O3+2SiO2 3Al2O3+2SiO2→3Al2O3•2SiO2 SiO2（无定形）→SiO2（方石英或玻璃相）
生铝矾土
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 为淡黄色,容易加以区分。
熟铝矾土
● 熔点 ﹥1700℃ ● 弱酸性，热化学稳定性较好 ● 较小（5.4×10-6/℃）而均匀的热膨
二、硅酸胶体的几种形式
溶胶
冻胶
凝胶
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。
三、胶体结构 胶粒结构
二氧化硅粒子表面的扩散双电层及电位
胶粒是在0~100nm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。
胶粒结构
二氧化硅粒子表面的扩散双电层及电位
1.指标
} ① SiO2% 反映胶体SiO2含量的多少，即粘结力的强弱
② 密度
密度g/cm3 含w（SiO2） 1.16 25% 1.21 30% 1.27 35%
} ③Na2O% 两者都影响硅溶胶稳定性
④pH
⑤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
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 Al2O3•2SiO2•2H2O→Al2O3•2SiO2+2H2O Al2O3•2SiO2→Al2O3+2SiO2 3Al2O3+2SiO2→3Al2O3•2SiO2 SiO2（无定形）→SiO2（方石英或玻璃相）
a)
b)
c)
三种晶型硅氧四面体的结合方式
a) α方石英
b) α鳞石英 c) β石英
同种晶体转变时能量要得小,故容易进 行转变,如:
β石英 573℃ α石英
不同晶体间转变需能量要多,故较难进行. 自然界的石英为β石英。
石英
●熔点1713℃ ●酸性，热化学稳定性差 ●大（12.5×10-6/℃）而不均匀的
⑥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
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
四、石英玻璃（SiO2非晶体）
● 熔点1713℃ ● 酸性、热化学稳定性差 ● 小(0.5×10-6/℃)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 ● 较小（8.6×10-6/℃）而均匀的热膨胀
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。
四、胶凝过程
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。
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
胶
2.pH值
凝
影响胶粒的结构 时
影响胶粒的带电量 间
pH
影响胶凝的因素
熟高岭土
● 熔点 1700～1790℃ ● 弱酸性，热化学稳定性较好 ● 较小（5.0×10-6/℃）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。
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