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　　熔融石英的职能特性和应用 一、熔融石英的职能特性和应用 熔融石英原料正在精铸型壳的应用上海外蓬勃邦度如美邦的应用量和日本的应用量不竭地逐年增添，尤其是正在硅溶胶型壳的面层方面有了很有体验的效率，正在同锆英原料的应用和价值比上有了较大冲破，是目前较为理念的工程操纵原料。 熔融石英是用自然高纯度二氧化硅经电炉正在高于1760℃以上温度熔融，随后敏捷冷却而制得的。此流程将晶型SiO2蜕变为非晶型的玻璃熔体。 熔融石英熔化温度约1713℃，导热系数低，热膨胀系数险些是扫数耐火原料中最小的，于是它具有极高的热震巩固性。因而，正在焙烧和浇注流程中熔融石英型壳很少因温度剧变而瓦解，是理念的熔模锻制制型的耐火原料，可行为面层或背层涂料用的耐火原料，以及撒砂原料。 熔融石英会局部或统统抬高型壳职能。熔融石英热膨胀系数小，有利于制止型壳正在脱蜡和焙烧流程中开裂、变形，利于确保铸件尺寸巩固。熔融石英纯净度高，所配涂料巩固性好；型壳高温抗蠕变才略抬高。 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，民众半金属液对它的润湿性较差，使得金属凝集层与型壳内外观间易发生间隙，热导率进一步减小，有利于壁薄铸件充型。正在高温下熔融石英的透后度高，能通过辐射传热，使其导热才略抢先硅酸铝类壳。而使铸件冷却较疾，更易获取健康铸件。 铸件冷却时方石英又从高温型蜕变为低温型，同时体积发生骤变，使型壳展现众数裂纹，强度剧降，有利于脱壳举办。熔融石英为酸性，能采用碱煮、碱爆等化学清砂设施去除型壳。 熔模锻制用熔融石英，此中SiO2所占的质料分数应为99.5%，配涂料用的粉料最好是270目或320目细粉占50%（质料分数），200目和120目粉各占25%（质料分数）。 耐火原料 化学构成 化学性子 熔点/℃ 莫氏硬度 密度/（g/cm3) 膨胀系数①/×10-71/℃ 热导率/[W/(m2.k)] 浸出性斗劲 颜色 熔融石英 SiO2 酸性 1713 7 2.2 5 1.951② 正在热浓碱和氢酸要求下有杰出的可溶性 白色 电熔刚玉 Al2O3 两性 2030 9 3.99~4.0 86 12.560② 正在热碱要求下响应很差 白色 莫来石 3Al2O3·2SiO2 两性 2030 6~7 2.7~2.9 54 1.214② 正在热碱要求下有细微响应 灰色到棕黄色 高岭石 熟料 弱酸性 1700~1790 ~5 2.4~2.6 50 - 正在热碱要求下有细微响应 灰色到棕黄色 锆砂 ZrSiO4 弱酸性 1948 7~8 4.5~4.9 46 2.094③ 正在热碱要求下有中等响应 白色到棕黄色 氧化锆 ZriO2 碱性 2600 7~8 5.7 60 - ①为0℃~1200℃间的膨胀系数均匀值。 ②400℃的热导率。 ③1200℃热导率。 熔融石英及成品有三大特性：正在扫数耐火原料中，线W/（m·K）（0.02cal/cm·s·℃）；抗热震性最好（正在1200℃~水冷的抗震性），10次都不发生裂纹。 熔融石英涂料配制应用操作工艺 本操作工艺合用于硅溶胶，制壳的外观层或过渡层。 本工艺应用的硅溶胶同锆英粉涂料即SiO230%。 本工艺操作中的润湿剂，消泡剂同锆英粉涂料。 本操作中应用的流杯粘度计为詹氏（Zahn)5#杯，出口孔径为Φ5.28mm。 涂料配制： 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SiO2的质料分数为99.5%以上。此中：320目占50%，200目占25%，120目占25%，百分数的预备为质料分数，即重量比例。 涂料粘度为50~60秒，苛肃限制不得低于50秒，60秒时是最佳粘度。它可获取最好的外观光洁度铸件；用于临盆碳钢或430系列时粘度能够降到40秒。 挂砂： 用熔融石英砂80~100目（50~100目）50%，用刚玉砂80目，50%。 用熔融石英砂80~100目（50~100目）100%，（50~100目） 用刚玉砂80目100%。 以上3种挂砂都能够采用，只是铸件依据的分歧，联合外观质料正在临盆现场机动操作。 留心事项： 涂料配制苛肃限制比例，不得有任意性，苛肃现场的操作跟踪。流杯粘度丈量要确切，每次做面层前必需丈量粘度。 须要做二层面层时，第二次即过渡层时，涂料粘度为28~36秒。 外观制壳时间是郑重、细腻的操作时间，要保障涂料厚度平均同等，不然会临盆出有渗入性或麻点的铸件。挂砂重力相对同等平均，面面俱到。 熔融石英湿膜环境下的面层正在分歧粘度下的厚度为：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0.12mm。 熔融石英砂：50~100目为邦度规范网号的0.325~0.15号，筛孔尺寸为ASTME11-70的0.3~0.15mm。 第二层的挂砂可同原锆英粉面层工艺时的操作同等，也可用30~50目（筛孔尺寸0.6~0.3mm）的熔融石英砂。 熔融石英——制壳耐火原料新秀 熔融石英正在精铸中操纵固然已有相当长的史册，但以往首要用作陶瓷型芯，用作型壳则首要用于面层，背层很少应用。这种情况近10年来正在美、欧各邦有很大改观。2001年美邦有名耐火原料临盆厂商Minco公司，颁布了对美邦熔模锻制企业制壳耐火原料应用近况的考查统计数据，各样耐火原料损耗量所占比例（质料分数）大致如下：铝-硅系耐火原料55%；熔融石英30%；刚玉9%，锆石6%。 可睹正在美邦精铸业中，熔融石英异军突起，现已是仅次于铝-硅系原料，远远抢先锆石等其他耐火原料，疾速成为制壳耐火原料的新秀。 熔融石英与铝-硅系原料的斗劲 2000年MincoInc.正在美邦第48届精铸年会和INCAST杂志2001年第3期上楬橥论文，对熔融石英和铝-硅系耐火原料举办了统统的剖释比较。 1.1型壳质料 熔融石英密度为2.2g/cm3,铝-硅系原料为2.7g/cm3,，故同样厚度型壳，前者质料明明小于后者，有利于减轻工人劳动强度和死板手操作。 1.2热膨胀率 图1和图2所示辨别为脱蜡和焙烧流程中，这2种原料热膨胀率的斗劲。热膨胀系数小是熔融石英的一个很大的益处，有利于减小加热时型壳外里因温度差变成的热应力，于是有利于制止脱蜡和焙烧流程中型壳开裂和变形。同时，对抬高铸件尺寸精度也甚为有利。因而，锻制尺寸公差条件苛肃的产物，就更适合采用熔融石英。 1.3力学职能和透气性 外1所列为2种原料制得型壳的力学职能和透气性斗劲，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。 外1熔融石英和铝硅系原料型壳职能斗劲 型壳原料 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/mm 7.40 7.24 7.90 孔隙率/% 24.6 23.2 24.0 断裂载荷/N 23.0 20.9 20.3 室温抗弯强度/MPa 3.98 4.11 3.37 断裂韧度/MPa 5 009 5 299 4 223 断裂指数 0.0167 0.0166 0.0155 透气性/（10-10cm2) 18.3 8.6 18.2 1.4高温抗蠕变才略 当采用熔融石英撒砂庖代铝-硅系原料时型壳高温抗蠕变才略抬高（睹图3）熔融石英正在高温下（约1200℃）结晶化蜕变可行为这种景象的一种疏解（睹图4）。 1.5脱壳性 容易脱壳和清算是熔融石英疾速兴起的最首要道理。分歧原料型壳残留强度试验结果睹外2。可睹熔融石英型壳残留强度大大低于铝-硅系原料。这是由于熔融石英大约正在1200℃高温下会蜕变为方石英。践诺声明，正在浇注温度下，型壳中大约有70%熔融石英蜕变为方石英。当型壳温度低落至300℃把握，方石英又由高温型蜕变为低温型，同时体积骤变（睹图4）众数裂纹随之发生，型壳强度剧降，于是，脱壳性大为改良。其它，关于全铝-硅系型壳来说，如采用碱煮、碱爆等化学清算设施，碱溶液只可熔解粘结剂中的二氧化硅，对耐火粉、粒料却无计可施。但对熔融石英型壳来说，无论粘结剂仍旧耐火原料，碱都有猛烈的侵蚀效率。试验证实，正在质料分数为50%的KOH熔液中欣喜碱煮，全熔融石英型壳经109min就大局部熔解，而铝-硅系耐火砂、粉则看不出有什么转移。因而，采用熔融石英，有利于碱煮、碱爆等化学清算。裁减耗碱量，抬高出力。 外2熔融石英和铝-硅系型壳残留强度比较 MPa 型壳体例 1037℃保温1h焙烧 1204℃保温1h焙烧 熔融石英料+30#/50#熔融石英砂 11.8 13.6 铝-硅料浆+16#/30#铝-硅砂 42.6 65.2 熔融石英料浆+16#/30#铝-硅砂 31.4 34.6 1.6充型难易 当温度低于600℃时，熔融石英热导率较铝-硅系原料差（睹图5），而比热容又只要锆石的一半，这些身分都有利于薄壁铸件的充型。但温度高于600℃，因为熔融石英透后度高（夜间浇注时，以至可透过型壳瞥睹此中滚动的钢液），于是辐射散热疾，铸件冷却疾，更容易获取健康致密的铸件，这关于锻制铝合金薄壁件甚为有利，但同时也会使铸件发生裂纹的趋势增添。 与铝-硅系耐火原料斗劲，纵然熔融石英有着上述诸众益处，但究竟价值较贵，是否采用，各厂可自行量度。怎样应用，是用于面层，仍旧用于背层；是稀少用，仍旧与其他原料同化用；是用粉料，仍旧用作撒砂料；都须要依据实在环境，才干获取最佳效率。 2、熔融石英和锆石的斗劲 Jerry D.楬橥于2002年美邦第50届精铸年会的论文，对用于精铸面层的2种首要耐火原料——熔融石英和锆石举办了统统的剖释比较。 2.1锆石的优谬误 2.1.1锆石的益处 锆石粉粒度漫衍宽，普通无需级配，配制成的涂料浆流变性就很适合涂挂，涂料笼罩性、流平性均属一流。其它，因为密度大，空料时涂料浆流淌疾。 锆石砂粒形好，众为球形 （睹图6），滚动性好，容易充填蜡模上的孔洞、凹槽等不易充填的部位，很适合行为面层撒砂料。 2.1.2锆石的谬误 时常产生周期性货源缺乏，供应垂危，价值较贵。 因为锆石是自然矿产，因而含有某些有机物和其他杂质正在所不免。此中有的（尤其是Fe2O3、磷酸钙等)会和涂料中的粘结剂、增添剂或其他耐火原料响应，变成涂料浆PH改观而疾速老化变质，铸件外观也容易展现硅酸铁黑褐色斑疤或丘疹。 因为环保法例越来越苛肃，近来，美、欧各邦普及尤其合怀锆石中放射性元素恐怕变成的境况题目，这又恐怕使其价值进一步攀升。 2.2熔融石英的优谬误 2.2.1熔融石英的益处 熔融石英的价值比锆石低廉，加上密度又比锆石低得众（前者2.2g/cm3,后者4.7~4.9g/cm3),因而，用熔融石英庖代锆石，可降壳本钱。 熔融石英原原料颠末精选，再经电弧重熔，并剔除方石英，于是杂质少，纯度高（睹外3）。因而涂料浆巩固性一直不行题目。践诺声明，熔融石英—硅溶胶涂料巩固性广泛可长达1年以上。 外3美邦Minco公司制壳用熔融石英粉的化学因素（%） ωB SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O CaO Na2O 99.7 0.17 0.035 0.025 0.012 0.0075 0.005 （3）高温晶化，低温相变，使铸件外嘴脸易清算清洁。 2.2.2熔融石英的谬误 粉料粒度漫衍规模窄，再加上密度小kb体育，倒霉于涂料流淌、滴落；因为熔融石英涂料浆透后度高，使操作家难于识别涂料厚度镇静均水平。 行为面层撒砂，熔融石英砂粒形为众角形（睹图6），再加上密度小，容易架桥，酿成浮砂。 2.3操纵熔融石英应留心的少许题目 采用熔融石英作面层耐火原料须要尤其留心它的合用规模。从热力学角度思索，正在高温要求下，某些金属和合金元素会和二氧化硅响应，比如，航空布局件的首要合金原料IN-718中，铌就会与二氧化硅起响应，置换出硅而污染合金。很众高温合金中都含有的铝、钛等活性元素，或铪、锆和镧等深化元素，以及铝-锂合金中的锂等，正在浇注温度下也都有和二氧化硅响应的恐怕性。但从动力学角度思索，还存正在一个响应速率题目。 用熔融石英粉配制面层涂料，浇注平常碳钢和低合金钢最安适和保障。也能够适合比例和锆石粉同化，浇注不锈钢。但关于含有钛、铌等高活性元素的不锈钢应慎用。少许精铸厂家以为，因为熔融石英的首要化学因素是S

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