型壳制备工艺.
复合型壳制备(实施).
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二、型壳检验
项目 1 2 3 4 5 6 总分 序 小组 涂挂涂料质 撒砂是否均匀， 型壳是否有裂 脱蜡后型 操作规 文明生 号 量 是否有掉砂 纹和砂眼 壳质量 程 产 20
5 6
型壳制备（复合型壳）
—复合型壳制备（实施）
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复合型壳制备（实施） 1. 型壳制备 2.型壳检验
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一、型壳制备
1.按学号顺序分成4个小组； 2.要求每组完成3个模组型壳的制备； 3.按照计划方案实施操作； 4.注意操作安全。
5.考虑到制壳工艺时间的要求，本次课每 次半个班倒班进行。
2024年覆膜砂壳型制造工艺
2024年覆膜砂壳型制造工艺是一种现代的铸造工艺，通过涂覆一层薄膜在砂壳模具表面来提高铸件的表面质量和整体性能。
以下是关于这种制造工艺的详细介绍。
1.工艺流程2024年覆膜砂壳型制造工艺的主要工艺流程包括模具准备、涂覆膜料、固化、模具烘干和砂芯组装。
首先，需要准备好砂壳模具，包括选取适当的砂型材料和制作具有所需形状的砂壳模具。
然后，在砂壳模具内涂覆一层薄膜。
薄膜可以选择树脂膜、陶瓷膜、金属膜等材料，用于提高铸件表面光洁度和抗氧化性能。
涂覆可以采用喷涂、浸涂或滚涂等方法。
涂覆完成后，需要进行膜料的固化。
固化一般采用烘烤或紫外线照射等方法，使薄膜形成坚固的结构，以保证在砂芯浇铸过程中不会破裂或剥落。
固化完成后，模具需要进行烘干，以除去固化过程中产生的水分或溶剂，以免在浇铸过程中引起气孔或缺陷。
最后，进行砂芯的组装。
根据具体的铸件形状和要求，将多个砂芯组装在一起，形成铸件的中空结构。
2.工艺特点2024年覆膜砂壳型制造工艺相比传统的砂壳型铸造工艺具有以下几个特点：首先，覆膜工艺能够提高铸件的表面质量。
薄膜的涂覆可以有效地防止铸件表面氧化和烧蚀，提高表面光洁度和抗腐蚀性能。
其次，覆膜工艺能够提高铸件的整体性能。
薄膜的涂覆可以增加铸件的密封性能和抗氧化性能，从而提高铸件的使用寿命和稳定性。
此外，覆膜工艺能够提高生产效率和降低成本。
与传统的砂壳型铸造工艺相比，覆膜工艺的制备过程更简单，生产周期更短，同时能够降低原材料和能源的消耗。
3.应用领域2024年覆膜砂壳型制造工艺广泛应用于各个领域的铸件生产中，包括汽车制造、航空航天、工程机械、能源设备等。
在汽车制造中，覆膜工艺可以用于铸造发动机缸体、缸盖、曲轴箱等关键零部件，提高发动机的性能和可靠性。
在航空航天领域，覆膜工艺可以用于制造航空发动机叶片、涡轮盘和航空航天设备的各种零部件，提高其耐腐蚀性和疲劳性能。
在工程机械和能源设备领域，覆膜工艺可以用于铸造各种轴承座、管道法兰、阀门体等关键零部件，提高其耐磨性和耐高温性能。
型壳的制备
用途
低合金钢、碳钢、铝合金、铜合金 Ni、Cr、Co基合金 型壳加固层 Ni、Cr、Co基合金
低合金钢、碳钢、铝合金、铜合金
（4）优良的抗急冷急热性和热化学稳定性 （3）结晶氯化铝硬化 （4）优良的抗急冷急热性和热化学稳定性 氨气散发干净后，再涂挂下一层涂料，使涂料能与已硬化的型壳层很好地结合
水玻璃粘结剂型壳硬化剂及硬化工艺： （1）NH4Cl溶液硬化
硬化剂的配制： 在60~80℃的热水中加入氯化铵（占水的质量分
数为33%），全部溶解后调整至质量分数为18%~20%， 温度控制在25~30℃
硬化工艺： 将涂有涂料并撒砂的模组先在空气中干燥一段时
间后，再浸入NH4Cl溶液中15~30min
在60~80℃的热水中加入氯化铵（占水的质量分数为33%），全部溶解后调整至质量分数为18%~20%，温度控制在25~30℃
小铸件型壳涂料层数一般为5~6层，大件型壳为6~9层 即将模组型壳浇口朝上浸入90~95℃热水槽中，熔失15~30min，使模料熔化并经朝上浇口溢出的过程
将涂有涂料并撒砂的模组先在空气中干燥一段时间后，再浸入NH4Cl溶液中15~30min （3）结晶氯化铝硬化 硬化、干燥时间为30~40min甚至几小时
（2）硬化后的干燥，除了使凝胶脱水外，同时还继续完成渗透硬化，使型壳具有足够的强度，能顺利地完成整个制壳过程 （4）优良的抗急冷急热性和热化学稳定性
雨淋式撒砂及流态化撒砂两种 将聚氯化铝溶解在水中，调整溶液密度为~3，pH值为~3即可使用
是用粉状耐火材料和粘结剂等配制成的悬浮液
图9-4 撒砂用的沸腾砂床 （1）硬化前的干燥主要是去除模组表面与涂料层之间的水分及提高涂料层中水玻璃的浓度，这样，可以减少型壳裂纹，改善型壳的表
DZ422B定向凝固涡轮叶片的熔模铸造用型壳的制备技术
DZ422B定向凝固涡轮叶片的熔模铸造用型壳的制备技术康继; 李飞; 林仁荣【期刊名称】《《大型铸锻件》》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】4页(P11-13,27)【关键词】型壳; 熔模铸造; 涡轮叶片; 生产技术【作者】康继; 李飞; 林仁荣【作者单位】上海交通大学材料科学与工程学院上海200240; 威尔斯新材料(太仓)有限公司江苏215400【正文语种】中文【中图分类】TG249.5涡轮叶片是航空发动机上最关键的构件之一，也是最重要的转动部件，其工作时所经受的温度和机械载荷最为严酷，因此对涡轮叶片材料有着严格的要求[1]。
HB 7240—1995中说明了DZ422B合金主要用于1000℃以下工作的涡轮叶片及其他高温用零件，其近净形熔模铸造用型壳(应满足强度、透气性、热膨胀性、化学稳定性、导热性、脱壳性等性能要求)制备工艺直接影响到叶片产品质量及效能，不断改善并标准化其型壳制备技术对该合金定向叶片的高质量大批量的稳定生产有着重要意义。
1 制备技术简介DZ422B定向涡轮叶片属多层型壳铸件，型壳是由耐火粉料、粘结剂和矿化剂等经过配涂料、浸涂料、撒砂、干燥硬化、脱蜡和焙烧等工序制成的。
从宏观上，该型壳除耐火粉砂与粘结剂等固相外，还存在着气孔与裂隙，系一类多相的非均质体系[2]。
该体系受到制壳材料与工艺等多种因素的影响，并最终在显微结构和性能特征上反映出来。
本文结合实际生产现状，仅对该型壳制备工艺作简单分析。
2 原材料准备技术目前应用最为广泛的定向凝固熔模铸造用型壳是以电熔刚玉为基体加入一定量的矿化剂涂制而成的硅溶胶型壳，其具有热化学性能稳定、抗急热急冷性好等特点，1500℃抗弯强度为5.0 MPa左右，基本能满足定向凝固模铸铸造涡轮叶片的需要[3]。
2.1 模料选用所选模料应具有适当的熔化温度与凝固温度范围，较小的膨胀收缩率与较高的耐热性，一定的强度、硬度、塑性与韧性，以及优良的工艺性能(液态时粘度较小，压制时流动性适宜，涂挂性较优和灰分较低等)。
熔模铸造型壳强度与硬化工艺改进(李海树)
熔模铸造型壳强度与硬化工艺改进（李海树）制造型壳是熔模铸造工艺中的一个关键工序，它不仅决定着铸件的尺寸精度和表面粗糙度，而且直接影响铸件的制造成本和生产效率。
多年的实践证明，由于型壳残留强度大，给铸件清砂与碱煮工序带来困难，我厂每年碱煮工序消耗蒸气4 688.6 t(费用达25.79万元)，烧碱26.8 t(费用达9.28万元)，制壳工序消耗结晶氯化铝162.14 t(费用达42.16万元)，占用了大量的生产资金。
因此，对影响型壳强度性能的结晶氯化铝硬化工艺进行了改进，应用氯化铵与结晶氯化铝混合硬化工艺，并取得较好的经济效果。
1型壳强度与硬化剂的关系分析从制壳、浇注到清理的不同工艺阶段，型壳有三种不同的强度指标，即常温强度、高温强度和残留强度。
三种强度之间有一定的关系，但形成机制和影响因素不完全相同。
例如：若常温强度不足，在制壳过程中易掉件，在脱蜡过程中易变形或破裂；若高温强度不足，在焙烧和浇注过程中会发生型壳变形和跑火(漏钢)；若残留强度过高，直接影响型壳的脱壳性和铸件清砂的难易程度。
如何调整型壳三种强度间的关系，使其具有高的常温强度、足够的高温强度和尽可能低的残留强度是我们所希望的。
根据制壳工艺的现状，在粘结剂和耐火材料不变的情况下，对常用硬化剂的分析与改进十分必要。
1.1氯化铵硬化剂的特点分析氯化铵作为水玻璃型壳的硬化剂，其硬化反应式如下：2NH4Cl+Na2O.mSiO2.nH2O→mSiO2.(n-1)H2O+2NaCl+2NH3↑+2H2O反应结果生成的SiO2胶体将型壳中的石英粉和砂粒牢固地粘结在一起，使型壳获得强度。
氯化铵是应用最早的水玻璃型壳硬化剂，其主要优点是扩散硬化速度快，制壳周期短，型壳残留强度低，脱壳性好。
同结晶氯化铝硬化剂相比，型壳高温强度差，存放期间容易生茸毛，硬化反应时析出氨气污染空气，劳动条件差，设备腐蚀比较严重。
1.2结晶氯化铝硬化剂的特点分析结晶氯化铝作为水玻璃型壳的硬化剂，在硬化过程中，氯化铝与水玻璃是相互中和、相互促进水解的过程；在此过程中，水玻璃的p H值下降、稳定性降低而析出硅凝胶。
硅酸乙酯型壳制备工艺.
壳的内应力，故强度较低。
③缩聚及溶剂挥发速度
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水解缩聚速度 溶剂挥发速度
对比
水解大于挥发
粘结剂已经固化，而其 中的溶剂还在继续蒸发 。随着溶剂的蒸发，胶 膜体积收缩，因而在固 化了的胶膜内产生应力 ，这就可能使型壳中出 现许多微小裂纹而降低 其强度。
耐火涂料的质量可以用涂料干燥速度实验来衡量。 将一个较为复杂的有代表性的熔模表面擦净，浸入搅拌均 匀的涂料中转动，取出后在空气中继续转动，使涂料分布均匀， 并按动秒表计时，观察涂料在铸件表面的流动时间和冻凝时间。 质量好的涂料，流动终止时间为30~60秒，冻凝时间为 60~120秒。 撒砂时间应选流动末尾和冻凝开始进行。
2.型壳制备
模组除油脱脂
硅酸 乙酯 型壳 制备 工艺
上涂料、撒砂 型壳干燥和硬化
熔失熔模
型壳焙烧
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（1）熔模除油脱脂
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必要性： 硅酸乙酯水解液由于水解过程中加入有机溶剂，因此
表面张力小，涂料涂挂性能比较好。为了进一步提高熔模 表面和涂料的涂挂性能，清洗掉油污和蜡屑，便于在熔模 表面良好的涂挂上一层完整而均匀的涂料，以提高型壳内 表面的光洁度，仍需要除油和脱脂。 方法：
2）加强通风，使干燥地点溶剂的蒸气浓度降低，以加 速型壳中的溶剂蒸发。
3）提高干燥地点的空气相对湿度，可加速涂料层中有 机硅聚合物的水解缩聚过程。
4）必须在空气干燥以后才能使用氨气干燥。
铜合金铸件铸造技术 课程举例ຫໍສະໝຸດ 中等水量水解液常用干燥规范：
干燥环境温度：
20~25℃
特种铸造2第二章_熔模铸造
2.2.4.4 熔模的脱模
分型剂的使用：压蜡前在压型内表面涂 敷一层，利于取出熔模。 要求越薄越好
蜡基：一般采用机油、松节油、硅油 树脂基：麻油与酒精混合物或者硅油 压缩空气起模
2.2.5 熔模的组装
1) 焊接法——应用最广泛 电烙铁
2） 粘接法——卯榫结构 3） 机械组装法——大批量、小铸件、高效率
熔化方法 水浴加热
旋转桨叶搅拌法
活塞搅拌法: 带孔活塞往复运动
2. 松香基模料的配制
A 熔化设备：不锈钢电热锅（熔点高） B 注意：加料次序 聚合物、蜡料、松香
3. 模料配制工艺要点：
模料配制过程中应该注意的三点：
A 严格控制温度的升限和在高温下停留的时间。避免模料的 烧损和变质。（防止局部过热） B 合理安排各组元的加热顺序 原则：溶剂优先，互溶在前。
硬度提高，强度下降，凝固温度区间变窄
• 表2-2 石蜡—硬脂酸（1：1）模料的主要性能
2.2.2.2 树脂基模料
• 松香：软化点70～90℃ • 用途 • 常与蜡料、聚合物等混合蜡基模料
• 蜡基模料 • 优点：易于配制（熔点较低），复用性好。 • 不足：软化点过低，收缩率略大，硬脂酸价格过高。
• HB 5352.4-2004 熔模铸造型壳性能试验方法 第4部分：透气性的测定
型壳的制造工艺——涂挂法
熔模铸造型壳： 多层型壳：涂挂法制壳—（浸涂）最常用
喷涂法
刷涂法
对型壳的性能要求：
1 . 型壳的高温强度和高温软化点
型壳的软化点是指型壳强度随温度升高而开始下降 的温度。不同型壳软化点不同。软化点高，高温强度下 降速度小，有利于提高铸件的尺寸精度。
2.3 型壳的制造
壳型铸造工艺及装备研发生产方案(一)
壳型铸造工艺及装备研发生产方案一、实施背景随着制造业的不断发展，高效、环保、节能已成为铸造行业的重要发展方向。
壳型铸造工艺作为一种先进的铸造技术，具有较高的生产效率、较低的能耗和良好的产品质量，因此受到广泛关注。
然而，国内壳型铸造工艺及装备研发生产方面仍存在一定的问题，如技术水平不高、生产效率低下、产品质量不稳定等，难以满足市场需求。
因此，开展壳型铸造工艺及装备研发生产具有重要的现实意义和市场需求。
二、工作原理壳型铸造工艺是一种利用覆膜砂或其他类似材料制成的壳型进行浇铸的工艺方法。
其主要工作原理包括以下几个方面：1.覆膜砂制壳：利用覆膜砂材料，通过喷射、流化等手段制成具有一定厚度的壳型，其内部为空心结构。
2.熔融金属浇铸：将熔融的金属液体通过浇口注入到壳型中，待金属液体冷却凝固后形成铸件。
3.脱壳、清理：经过一定时间的冷却后，打开壳型，取出铸件，进行表面清理及处理。
三、实施计划步骤1.需求分析：对市场需求进行调研，明确产品类型、规格、质量要求等。
2.技术研究：开展覆膜砂材料、制壳技术、熔融金属浇铸技术等方面的技术研究。
3.装备设计：根据实际需要，设计相应的制壳设备、浇铸设备等。
4.生产调试：对所研发的设备进行调试，确保其正常运行并逐步优化生产工艺。
5.批量生产：在确保产品质量和稳定性的前提下，逐步扩大生产规模，实现批量生产。
四、适用范围壳型铸造工艺及装备适用于各种大中小型铸件的生产，尤其适用于复杂形状、高精度要求的铸件。
在汽车、航空航天、船舶、机械制造等领域得到广泛应用。
五、创新要点1.采用新型覆膜砂材料：通过选用高性能的覆膜砂材料，提高壳型强度和耐高温性能，从而提高产品质量和生产效率。
2.制壳工艺优化：改进制壳工艺流程，实现自动化、智能化制壳，降低劳动强度，提高生产效率。
3.熔融金属高效浇铸：研究高效浇铸技术，提高金属熔融温度和浇注速度，减少能源消耗和废品率。
4.集成化装备设计：将制壳、浇铸、脱壳等工艺流程集成在一台或多台设备上，实现流水线生产，提高生产效率。
水玻璃型壳工艺及特点
水玻璃型壳工艺及特点一、原水玻璃技术参数（纯碱水玻璃）。
1.水玻璃模数：M=SiO2/Na2O×1.032 M=3.2～3.42.水玻璃密度（ρ）g/cm3=1.36～1.40 波美度：（°Be’）38～423.化学成分（质量百分数%）SiO2≈27.20～29.10Na2O≈8.2～9.0Fe≤0.054.波美度°Be’与ρ的关系 ρ= 145/145～°Be’ 。
5.水玻璃的基本特点①水玻璃呈青灰色或淡黄色透明的粘滞性液体。
②水玻璃呈碱性。
PH值11～13.③水玻璃在低温时易冻结冰点在-2℃～-14℃。
④水玻璃无限溶于水。
二、国内常用的水玻璃制壳工艺1.表面层涂料面层涂料直接与蜡模接触，是形成均匀、光洁、致密的型壳和表层，因而直接影响铸件的表面质量。
因此要求面层涂料应具有良好的复制性，使之能精确地复制出蜡模的形状和表面。
此外，涂料还需要有良好的流动性，耐火度与抗渣性要好,粉料粒度要细而均匀,级配合理。
故面层硅粉SiO2≥98%粒度为270目的特级或一级精制硅粉。
三、背层涂料（即加固层涂料）加固层涂料的作用在于造成一个强固的型壳，以承受液金属的冲击，还为了增加型壳的透气性，加固层涂料的粘度比表面层低,撒砂粒要粗以增加型壳的透气性和强度，应能保证涂料层硬化充分。
加固层涂料有三种类型1）低强度型壳：水玻璃：石英粉（200目）=1.05～1.10 水玻璃ρ=1.30～1.32.2）曾强型型壳：水玻璃：石英粉：耐火泥（200目）=3:2:1耐火泥为生料，但Al2O3必须大于25%。
水玻璃ρ=1.32～1.343）高强度型壳 水玻璃：铝矾土（200目）=1:1.10～1.50 水玻璃ρ=1.32～1.34水玻璃： 莫来粉（200目）=1.10～1.50水玻璃： 匣钵粉 （200目）=1.10～1.50目前应用广泛的是增强型型壳与高强度型壳。
低强度型壳主要应用于铝合金与铜合金。
型壳制备-焙烧.
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焙烧工艺参数
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水玻璃型壳： 焙烧温度： 850～900℃ 焙烧时间： 30 ～ 60分钟
硅溶胶型壳：
焙烧温度： 950 ～ 1100℃ 强度好，在做一个或 一个毫米一下的铸件 温度更高。
焙烧时间： 30分钟 型壳浇薄通常四个毫 米
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注意事项
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1）防止 型壳焙烧
不透
温度不够高 焙烧时间过短 炉温不均匀
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2）如何 判断型 壳是否 烧透
高温时型壳内外颜色一致（红透），浇 注后型壳为白色说明烧透。 外壁红内壁暗红说明没有烧透， 浇注后型壳颜色是暗土色。
型壳制备工艺
——焙 烧
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焙烧
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焙烧
如需造型（填砂）浇注，在焙烧之前，先将脱模后的 型壳埋在铁箱内的砂粒之中， 再装炉焙烧，如型壳高 温强度大，不需造型浇注， 则可把脱模后的型壳直接 送入炉内焙烧。焙烧时逐步增温，将型壳加热至800～ 1000℃。一般硅酸乙酯水解液型壳焙烧温度较高，水玻璃 型壳焙烧的温度较低，保温一段时间，即可进行浇注.
注意 在焙烧时，型壳内的残余模料、杂质、水玻璃型壳
上的部分NaCl都被烧去；型壳中的吸附水、结晶水全都逸 走；硅胶进一步分解为SiO2。通过焙烧，型壳强度增加， 其内腔更为干净。设备选用75kw箱式电炉。
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焙烧设备：
油炉
电炉 煤气炉
煤炉等
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现使用广泛的油炉
制壳工艺操作规程及注意事项
4.应经常清除涂料表面的蜡屑等杂物。
5要确保背层干燥期间，模组之间的空气流动，除湿机能处于最佳状态。
16.取出模组让多余涂料滴落，连续操作时可挂在沾浆机上方架上。让涂料滴回浆桶，然后取下模组，不停转动使各处涂层均匀，要注意浇口杯缘处涂层不要太薄。
17.将模组伸入浮砂桶内敷砂，当浇口杯缘已达砂中时，缓慢抽出模组震落多余砂粒，把模组吊挂回小车上，推到干燥区进行规定时间的充分干燥。
18.重复以上步骤进行背层第二、三层涂挂敷砂，充分干燥后再封浆。注意封浆干燥时间通常情况下时间相对延长。
12.将模组伸入浮砂桶内敷砂，当浇口杯缘已有砂时，即可缓慢抽出模组，震落多余的砂粒，目视应无任何区域尚未被砂敷住，如有无覆盖处，可用手辅助敷砂，直到均匀。
13.把模组吊挂到运送小车上，整车挂满后，推到干燥区干燥8小时以上。
14.将小车推到背层涂料处，取下模组轻摇，去除型壳上松散的浮砂。
15.小心将模组浸入背层涂料桶中，轻轻转动最少10秒钟。
7.将面层型壳已干燥的模组运送到过渡层制壳车间。
8.取下模组检查型壳内角，孔内是否彻底干燥，若有涂层堆积皱纹或开裂等的情况，应立即另做处理。
9.取下模组轻轻震落多余浮砂。
10.把模组浸入硅溶胶中，不超过2秒钟取出后滴约5秒钟。
11.把不再滴预湿剂的模组以30度左右角度缓慢浸入过渡层涂，如孔洞等处有涂料闭塞和堆积可使用压缩空气或毛刷弄开。
19.各层涂挂完毕，及时清理现场，清扫设备等保养。
三．注意事项：
1.严格控制制壳车间湿度、温度、风速及涂料粘度。
2.要特别认真制好面层，确保深孔和尖角处涂料与蜡模间无气泡，无涂料堆积，糊住孔等现象，面层型壳刚制完不得置于风扇前后，注意面层和过滤层干燥速度不宜过快，干燥时间不应过长，以防出现龟裂缺陷。
壳型铸造工艺及装备研发生产方案(二)
壳型铸造工艺及装备研发生产方案一、实施背景随着制造业的不断发展，高效、环保、节能已成为铸造行业的重要发展方向。
壳型铸造工艺作为一种先进的铸造技术，具有较高的生产效率、较低的能耗和良好的产品质量，因此受到广泛关注。
然而，国内壳型铸造工艺及装备研发生产方面仍存在一定的问题，如技术水平不高、生产效率低、产品一致性差等，难以满足市场需求。
因此，开展壳型铸造工艺及装备研发生产方案的研究具有重要意义。
二、工作原理壳型铸造工艺是一种利用热塑性材料成型铸型的方法，其工作原理是将热塑性材料加热软化后，将其覆盖在砂芯或砂型表面，待冷却后剥离，得到与砂芯或砂型形状相同的铸型。
该工艺具有较高的生产效率、较低的能耗和良好的产品质量，同时还可以实现环保和节能。
三、实施计划步骤1.调研市场需求：了解国内外壳型铸造工艺及装备的研发生产现状及市场需求，为后续研发生产提供参考。
2.确定技术方案：根据市场需求和公司技术实力，确定研发生产的技术方案，包括材料选择、设备选型、工艺流程等。
3.开展技术研究：进行材料、设备、工艺等方面的技术研究，解决技术难题，提高技术水平。
4.制造样机：根据技术研究结果，制造壳型铸造工艺及装备的样机，进行试验验证。
5.进行工业化试验：在工业化生产线上进行试验，验证工艺的可行性和设备的稳定性。
6.优化改进：根据工业化试验结果，对技术方案进行优化改进，提高生产效率和产品质量。
7.推向市场：将优化改进后的壳型铸造工艺及装备推向市场，开展推广应用工作。
四、适用范围本方案适用于各类铸造企业，特别是需要提高生产效率、降低能耗和改善产品质量的铸造企业。
同时，本方案还可以应用于汽车、航空航天、机械制造等领域中的关键零部件制造。
五、创新要点1.采用新型热塑性材料：通过选用新型热塑性材料，提高材料的综合性能和成型效果。
2.优化工艺流程：通过对工艺流程的优化，提高生产效率、降低能耗和改善产品质量。
3.开发高效成型设备：通过开发高效成型设备，实现自动化、智能化生产，提高生产效率。
含能空芯球形壳体制备工艺
含能空芯球形壳体制备工艺含能空芯球形壳体制备工艺张敬雨1，马中亮1，白昌盛1，张世林1，姚顺龙1，陈春林2（1.中北大学环境与安全工程学院，山西太原030051；2.泸州北方化学有限公司，四川泸州646000）摘要：为扩大液体发射药的使用范围，适应现有武器装备的需要，使液体发射药能应用于现有的各项武器系统中，设计了一种可以用来封装液体发射药的硝化棉基含能空芯球形壳体，以内溶法制备球形发射药为基础，利用双重乳化的原理，使用W/O 型Pickering 乳化剂活性磷酸钙与O/W 型乳化剂羧甲基纤维素钠将含硝化纤维素的乳液乳化成单分散型W/O/W 型乳状液，随后蒸发溶剂得到壳体。
使用接触角测量仪测量活性磷酸钙三相接触角验证其作为W/O 型pickering 乳化剂的可行性，使用超景深电子显微系统对其基本形貌和粒径进行表征，使用质量体积法对其堆积密度进行表征。
结果表明：活性磷酸钙的三相接触角为121.80°；该壳体内部具有较大的空腔结构，粒径为0.7~1.1mm ，堆积密度为0.1~0.2g·mL -1，微观上以白色纤维结构为主，且纤维上嵌有白色微粒；羧甲基纤维素钠与活性磷酸钙加入质量比例以1∶1~1.25∶1，且活性磷酸钙与硝化纤维素加入质量比以0.16∶1~0.24∶1为宜。
关键词：空芯球：双重乳化：活性磷酸钙（HAP ）：羧甲基纤维素钠（CMC‑Na ）中图分类号：TJ5；TQ562文献标志码：ADOI ：10.11943/CJEM20202081引言液体发射药是指枪炮弹丸发射用液态药剂，由液态氧化剂和液态燃料组成，在枪炮药室内被引燃后，迅速产生高温、高压气体，推运弹丸沿枪炮身管高速运动。
液体发射药在使用时，通过火炮的加注及控制系统将液体发射药喷入燃烧室，在2~3ms 内燃烧，然后通过燃烧时所产生的高温、高压气体推动弹丸沿枪炮身管高速运动［1］。
与传统固体发射药相比，液体发射药能量高、爆温低，具有更高的装填密度与储能密度，较低的膛内压力，易于制备、储存与运输，且成本较低等优点［2-4］，因而受到了广大研究人员的关注。
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2. 工序
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水玻璃中SiO2很少一部分以溶胶状态 存在，大部分以化合物状态存在，为了使
化合物状态的起粘结作用，就必须通过化 学反应使化合物中的SiO2单独以溶胶状态 析出起粘结作用。 因此水玻璃型壳制壳工
序要比硅溶胶复杂。
上涂料
撒砂
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4.表面活性剂
A.表面活性 剂的作用
B.加入方法
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C.常用活 性剂
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5.质量控制
A.涂料粘度
定义 粘度是指涂料流动时 悬浮液内部质点之间的内摩 擦。年度不但决定了流动性， 也决定了涂料层的厚度和涂 覆的均匀度，所以粘度是涂 料质量的主要指标。
Be’)
熔模铸造用 水玻璃： M≥3.0
3）水玻璃的指标
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A.模数、比重 与粘度关系
B.模数和比重 的选择
by Guild Design Inc.
模数相同：比重越高，粘度越大； 比重相同：模数越高，粘度越大。
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当M=3.0～3.4：加水调 整比重
当M＜3.0：除了调整比 重，还需提高模数 当M＞3.6：降低模数
提高模数： 提高SiO2 含含量量。或降低Na2O 降低模数：增加Na2O含量。 加入以10～30%水溶液形 式加入工业氢氧化钠，并
充分搅拌。
Na2O mSiO2 nH2O + 2NH4Cl mSiO2 (n -1)H2O + 2NaCl + 2NH3 +2H2O
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分散性
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涂料的分散性上升 ，涂料的粘结力上升。
涂料是一种胶体悬浮液，是一种宏观的多相不均匀分 散体系。在这体系中，硅酸溶胶微粒相耐火材料粉粒都是 分散相，如果它们的颗粒愈细，分布愈均匀，愈分散，则 涂料的分散性愈好。分散性大的溶胶微粒在胶凝后，包覆 在耐火材料粒子上的网状骨架支联细薄而致密，分布均匀， 因而涂料呈现出高的粘结能力。
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C.加水量的计算
M≥3.0的水玻璃粘度很大，为能提高涂料粉液比， 使制壳时硬化反应能顺利进行，配涂料前应先加水调整其 密度达到面层涂料及背层涂料用的水玻璃密度的要求。加 水量可按下式计算：
C=A(ρ -ρ ′)/ρ （ρ ′-1） 式中 C——加水量（kg）；
(5-3)
测量方法 粘度的测量一般用 流杯粘度计。如右图所示。 测量时堵住下端出口，将涂 料装满粘度计后松开使其自 由流出，同时计时至涂料流 图 5-20 熔模铸造中使用的一种流杯粘度计 第一次断流为止，这段时间 就表达了涂料的粘度。
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B、粘度的选择
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4.撒砂
撒砂是指在涂料层外面粘上一层粒状耐火材料， 目的 迅速增厚型壳，分撒型壳在以后工序中可能产生的应力，并使
下一层涂料能与前一层很好粘合在一起。
常。用方法
雨淋式撒砂法
沸腾床撒砂法
解读 雨淋式撒砂法是粒状耐火材料如雨点似地掉在涂有涂料并且缓
慢旋转着的模组上，使砂粒能均匀地在涂料层上面粘上一层。
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三、水玻璃型壳造型工艺
1. 准备工作
模组的除油和脱脂
在采用蜡基模料制熔模时，为了提高涂料润湿模组 表面的能力，需将模组表面油污去除掉，故在涂挂涂料 之前，先要将模组浸泡在中性肥皂片或表面活性剂（如 烷基磺酸钠、洗衣粉）的水溶液中，中性肥皂片在水溶 液中的含量约为（0.2～0.3）%，而表面活性剂的含量约 为0.5%。表面活性剂的极性端（亲水基）易吸附涂料， 它的非极性端（憎水基）易吸附在蜡模上，故通过表面
选择依据： 根据产品的精度和工艺要求来，
在能够满足工艺要求的前提下，尽量选 择成本低的型壳，
注意 粘结剂和耐火材料的配比。
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二、耐火涂料配制
1.耐火涂料的工艺性能与控制
粘度
耐火涂料的粘度大小决定了流动性好坏、涂料层厚度及 涂覆层的均匀程度。
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涂料配比
涂料中粉状耐火材料与粘结剂用量应有适当比例，称 为涂料配比，又称粉液比。 粉液比 决定其粘度的主要因素，涂料中粘结剂含量愈 少，即耐火粉料量愈多，则涂料的粘度愈大。
粉液比影响面层致密程度。水玻璃本身与硅溶胶相比 非常粘稠，其粉液比很低。 例如： 硅溶胶面层涂料10kg的硅溶胶配36～40kg的 锆英 ，粉液比是3.6 ～4.1，因此硅溶胶型壳的表面致密， 所做铸件表面质量高；水玻璃很黏，粉加不进去，粉液比 只能加到1.1 ～1.3，从而使得水玻璃型壳的面层很不致密， 所做铸件很粗糙。
模数：•3D.es0cr～iptio3n.o4f t范he c围ontents 凝结时 • Des间crip为tion2o～f the3c分onte钟nts
比重：面层涂料 铜合金铸件铸造技术 精品资源共享课程
4）水玻璃的处理
B.水玻璃处理方法
A.处理目的
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注意事项
挂涂料时，把模组浸泡在涂料中，左右上下 晃动，使涂料能很好润湿熔模，并均匀覆盖模组 表面。模组上不应有涂料局部堆集和缺料的现象 ，且不包裹气泡。为改善涂料的涂覆质量，可用 毛笔涂刷模组表面，涂料涂好后，即可进行撒砂 。
Na 2CO 3 + mSiO 2 Na 2O mSiO 2 + CO 2 ②固体水玻璃的形成 ③水玻璃溶液
Na 2O mSiO 2 + nH2O Na 2O mSiO 2nH2O
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B. 芒硝法
将无水芒硝和石英砂混合加热反应，得到 固体水玻璃通常在压力釜中进行水溶，获
石英粉含量不易过高，过高涂料粘度太大，料层堆集 过厚，同时由于水玻璃含量减少，面层强度降低。
生产中选择水玻璃模数为3.0～3.4时，水玻璃：石英 粉=1：1.2。
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例2： 水玻璃与石英粉制备加固层涂料 采用与面层涂料相反的配比，即水玻璃：石英
情境六：铜合金铸件水玻璃型壳 熔模铸造
——型壳制备工艺
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型壳制备工艺
1
型壳造型材料选择
2
耐火涂料配制
3
造型工艺过程
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一、型壳选择
1.常用型壳性能对比
常用熔模 铸造型壳
水玻璃型壳 硅溶胶型壳
价格低廉、型壳耐火度低，表面不够光洁， 尺寸精度低，脱蜡时容易酥烂，硬化时污染环 境
粉=1.05～1.1：1.0，同时采用比重较大的水玻璃， 涂料中粘结剂成分增大，型壳强度提高。
例3：
高岭土熟料或铝矾土与水玻璃制备加固层涂料 由于涂料的渗透性好，硬化速度较快，吸水膨 胀性小，涂料粘度稳定，流动性好，因此配料可 以多加。水玻璃：粉料＜1
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6.耐火涂料配制
不断搅拌 粉料慢慢加入水玻璃中并进行 强力搅拌 搅拌器转速达2000转/分以上，搅 拌时间须大于30min，以使粘结剂与粉料混合均匀， 充分润湿，防止结块。 搅拌后静置4小时以上 促进水玻璃和粉料进一步润湿，使气泡逸出。
或者 利用稀释水玻璃用水加入石英粉中，将潮湿
后的粉料加入到水玻璃中。
粘度大则流动性差，涂层厚，涂层不易均匀，即涂挂 性差。但粘度过小的涂料，涂层过薄，撒砂时易被砂粒打 穿或被气流吹走，熔模边角处涂料易流失而撒不上砂子， 致使边角开裂。
对于复杂熔模用的面层涂料其粘度应小一些。加固层涂 料的作用是支承和加固型壳，使涂料层形成必要的厚度， 以获得足够的强度，一般说加固层涂料的粘度可大些，但 粘度过大表明粘结剂含量相对减少；同时导致涂层过厚不 易硬化和干燥透，两者又都会使型壳强度降低。
以溶胶状态存在。
2Na2OSiO2
Na2OSiO2
化合物 2/3
Na2O2SiO2
注意 SiO2
溶胶
1/3
水玻璃的并不全是以溶胶状态存在所以它的制壳过
程就比硅溶胶复杂得多.
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2）水玻璃的制造
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① 苏打与石英砂熔融
A. 苏打法 （纯碱法）
例如： 在水玻璃涂料中加入熟粘土可提高稳定性， 改善流动性；若加入生粘土，则粘度迅速增大。
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2.水玻璃粘结剂 1）性质
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商业名称泡花碱，无色透明粘滞性液体，强碱 弱酸盐PH值11～13之间，无限溶解于水，热水中加
快溶解，水玻璃在低温时会冻结。
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型壳和铸件表面质量考虑
适应铸件的复杂程度
加固层涂料的粘度主要从型 壳强度和硬化层渗透性考虑
。
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C.原材料的性质、配比和粘度的关系
涂料配比由原材料的性质决定，涂料的粘度主要由涂 料的配比决定，而粘度又会放过来影响涂料的配比。