金属精密液态成形技术课件

模料与制模

熔模铸造生产的第一个工序就是制造熔模。

熔模是用来形成耐火型壳中型腔的模型。为得到高质量的熔模，除了应有好的压型外，还必须选择合适的制模材料和合理的制模工艺。熔模

熔模铸件废品有21种，43%的废品与制模有关。为了获得一个优质熔模，应从三方面来努力：

压型模料制模工艺①熔点模料的熔点应适中，一般在50～80℃范围内为宜，以便于配制模料、制模及脱蜡工艺的进行。2.2.1模料

（1）对模料的性能要求②软化点

模料开始发生软化变形的温度称为软化点，通常以标准悬臂试样加热时，保温2小时其变形量为2mm时的温度作为软化点。模料的软化点一般不宜低于35～40℃。③收缩率

模料热胀冷缩小，可以提高熔模的尺寸精度，也可减少脱蜡时胀裂型壳的可能性。线收缩是模料最重要的性能指标之一，一般应小于1.0％,优质模料线收缩率为0.3％～0.5％。④强度和硬度

模料强度通常以抗弯强度（断裂模量）来衡量。模料的抗弯强度一般不低于2.0MPa，最好为5.0～8.0Mpa。模料硬度常以针入度来表示。标准针在设定载荷（100g）作用下，在规定时间（5s）刺入模料表面的深度（以10-1mm为单位，1度=10-1mm）⑤粘度

指模料在液态下（例如99℃）的粘度。为便于脱蜡和模料回收，模料在90℃附近的粘度应为3×10-2～3×10-1pa·s。

粘度大会影响脱蜡速度，使水分、粉尘分离困难，影响模料回收。

⑥流动性

指模料压注状态（通常为膏状）充填压型型腔的能力。模料应具有良好的流动性以利于充满压型型腔、获得棱角清晰、尺寸精确、表面平滑光洁的熔模；此外，也便于模料在脱蜡时从型壳中流出。⑦灰分

指模料经高温（900℃以上）焙烧后的残留物，也是模料最主要的指标之一。

一般灰分应低于0.05％。灰分太高，在型壳中残留灰分多，铸件会产生金属夹杂物。⑧涂挂性

模料应能很好地为耐火材料所润湿，并形成均匀的覆盖层。模料的涂挂性可用测定熔模与粘结剂之间的润湿角来衡量。⑨焊接性

熔模组合大多应用焊接法，故模料应具有良好的焊接性能和焊接强度，以免模组在运输和制壳过程中从焊接处发生断裂。以上可以分为三个部分：

A机械性能：强度、硬度

B工艺性能：流动性、灰分、涂挂性

C物理性能：熔化温度、收缩率、软化点总之，对模料的性能要求如下：热稳定性好熔点适中（50～80℃）收缩小（线收缩率一般小于1.0%）力学性能好（抗弯强度＞2MPa、针入度4～6度）有良好的流动性（通常为膏状充型能力）黏度（液态下黏度）残留灰分少（一般＜0.05%）①模料原材料分类（2）模料原材料

模料常用原材料分为：蜡质类(包括矿物蜡、动植物蜡、人造蜡)树脂类（包括天然、人造或合成树脂）高分子聚合物类（主要是聚烯烃）蜡、树脂、模料和蜡模石蜡、树脂、模料和蜡模蜡树脂模料

常温下为不透明或半透明的固体，有固定的熔点或较窄的凝固温度区间，熔化后粘度较小。蜡质类矿物蜡（如石蜡、微晶蜡、地蜡、褐煤蜡）动物蜡（如蜂蜡、虫白蜡（川蜡）、羊毛蜡等）植物蜡（如棕榈蜡、小冠椰子蜡等）人造蜡（如硬脂酸、脂肪醇和脂肪酸等）蜡质类常分为：

主要有松香、改性松香、松香酯等。在常温下为透明的脆性固体，没有固定的熔点，熔融后粘度较大，流动性差。它们在常温下都是玻璃态非晶质材料，基本特征是硬而脆。

松香类

熔模铸造中所用的主要是聚烯烃，例如

聚乙烯

EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）

聚苯乙烯等塑料其性能比蜡强韧、熔融后的粘度大，流动性极差，收缩率很大。高分子聚合物②模料原材料的性能

晶态物质。石蜡是石油加工的副产品，外观为白色或淡黄色的晶体。可分为：精制白石蜡、白石蜡和黄石蜡三种。分子通式为CnH2n+2，n=17～36

（n碳原子数）石蜡

石蜡（工业白石蜡）CnH2n+2n=17～36

碳原子数n↑熔点↑强度↑

C17H3622℃熔点

C36H7476℃熔点

石蜡牌号：50，52…,70。

熔模铸造广泛使用58～64精制白石蜡

熔点较低，化学稳定性好,耐热性较差，在140℃以上分解碳化，流动性好，具有良好的塑性；但强度和硬度较低，收缩率较大（约为0.6～1.5%），涂挂性较差，容易结晶。石蜡特点

硬脂酸是含有十八个碳原子的高级饱和脂肪酸，也称十八酸。分子式为C17H35COOH，熔点69.4℃。不溶于水，溶于有机溶剂。

硬脂酸的热稳定性、强度和硬度都比石蜡高。作用：提高模料的软化点、流动性、涂挂性和表面硬度。

硬脂酸

在熔模铸造生产过程中，硬脂酸能与化学活性比氢强的金属（如Fe、Al等）起置换反应，与碱性物质和碱性氧化物发生化学反应而皂化，生成相应的皂化物而使模料变质。

聚乙烯是结晶型高分子聚合物。分子量一般在103～107之间，熔点为105～135℃。聚乙烯的强度和韧性要比蜡质材料高得多。熔模铸造生产中常用聚乙烯做模料强化剂。聚乙烯

它是由乙烯和醋酸乙烯单体共聚制得。熔模铸造通常采用EVA作为模料强化剂，加入模料中能提高强度、热稳定性、韧性、细化表面粗糙度，但使模料收缩增大。

EVA价格较高。

乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）

松香是一种硬脆性的非晶态透明天然树脂，它通常是由松树割开树皮后分泌出的松脂经蒸馏、分离松节油及杂质后精制而成。松香主要由松香酸(70～85%,)和胡椒酸(10～15%)组成。分子通式表示：C19H29COOH

软化点：70～90℃松香

松香具有比蜡高的强度和表面硬度，比蜡小得多的收缩率。松香的化学性能不稳定，易被皂化。用途：常与蜡料、聚合物等混合

作用：提高模料强度、熔点及表面硬度，减少收缩，改善涂挂性，但使模料有脆性、发粘。

利用松香酸在催化剂作用下与醇、酐进行酯化反应而得。改性松香具有较高的熔点，化学性能稳定，力学性能明显比一般松香好。

改性松香

模料中加入改性松香可提高模料的强度、韧性、热稳定性和硬度，并能降低熔模的粗糙度。常用的改性松香为210#和424#。聚合松香

松香在催化剂参与下聚合而成的松香。强度、熔点和软化点都有所增加。

①按照模料的熔点来分

高温模料（熔点＞120℃）

中温模料（熔点＝60℃～120℃）

低温模料（熔点＜60℃）（3）模料种类与性能

蜡基模料以石蜡-硬脂酸，石蜡-聚烯烃为代表

树脂基模料以树脂和改性树脂为代表

填料模料以固体粉末为填料

水溶性模料分尿素基和聚乙二醇基两种类型

②按照模料基体材料的成分来分蜡基模料成本较低，工艺性能良好，力学性能较差，热稳定性低，收缩大，易回收

应用于质量要求不高的铸件上树脂基模料成本较高，工艺性能较差，力学性能良好，热稳定性较好，收缩较小，寿命短

应用于航天航空和出口的高质量件上配比：①石蜡—硬脂酸模料（低温模料）石蜡︰硬脂酸=1︰1

优点：熔点较低（50～51℃），易于配制，复用性好。不足：软化点过低（31℃），收缩略大，硬脂酸价格过高。

国内应用广（4）蜡基模料

石蜡与硬脂酸配合使用，调整其比例来控制性能（软化点、强度等）

石蜡含量增加——强度增高，热稳定性下降硬脂酸含量增加——软化点、流动性、涂挂性、表面硬度提高，强度下降

石蜡-硬脂酸模料性能

项目单位性能指标备注熔点℃50～51软化点℃31热稳定性针入度1/10mm22表面硬度收缩率%2.05自由收缩抗弯强度MPa1.90流动性mm110.2焊接性MPa0.65灰分%0.09②石蜡-低分子聚乙烯模料（中温模料）95%石蜡（62℃）+5%低分子聚乙烯配比：

此种模料熔点为65～70℃

软化点约为34℃

用低分子聚乙烯代替硬脂酸配制的蜡基模料，具有强度高、韧性好、收缩率低、熔模表面光滑、化学性能稳定、在使用时不会皂化、模料回收方便等优点。但此种模料的粘度较大，制模时要适当提高糊状模料的温度和压力。特点

在循环使用时，模料的性能变化会变坏：脆性增大，灰尘增多，流动性下降，收缩率增大，颜色由白边褐，这些主要与模料中硬脂酸变质有关，也有其它原因。蜡基旧模料的性能变化③蜡基模料回收

目的：除水、除尘、还原皂化物方法：①酸处理皂化物；

②沉降分离和过滤，以去除水分和粉尘。

使用松香基模料时，回收的模料用来制作浇冒口和熔模使用蜡基模料，脱模后所获模料可回收，再用来制造新的熔模。蜡基模料变质的原因硬脂酸呈酸性，它能和化学活性比氢强的金属反应，如熔制熔模时，与一些铝、铁工具接触便发生以下置换反应：A

蜡基模料中硬脂酸变质（发生皂化反应）用水玻璃作型壳粘结剂时，硬脂酸会与NaOH发生如下中和反应：在熔失熔模时，硬脂酸会和硬水中的Ca、Mg盐类起复分解反应：以上反应统称为皂化反应，所产生的硬脂酸盐称为皂化物，大都不溶于水，不易去除，影响模料性能，降低铸件质量。B

砂和涂料污染

熔模制好后，熔模表面要涂挂涂料、撒砂以制出型壳，在制造熔模、制壳以及与脱蜡过程中，有时会受到砂和涂料等异物的污染。所以，制模车间一定要注意工作场地的卫生，防止模料污染。C熔失熔模时过热，石蜡烧坏、氧化变质蜡基模料回收方法回收方法：酸处理法（效果明显，方法简单）活性白土法电解处理法

蜡液中加入25%～35%的水，加热至80～90℃，然后加入3%～5%的工业盐酸（或3%～6%的浓硫酸）继续加热，使酸与模料充分反应，保持1～2h后，静置约2h，使水与模料分离，然后过滤，浇成锭，由于硬脂酸铁与盐酸反应使可逆的且很快达到平衡，因此模料中的硬脂酸铁难以去除干净。酸处理法

模料+25～35%水（占模料重）加3～5%

盐酸（或2～5%硫酸）静置，使模料充分反应

盐酸和硫酸都可使除硬脂酸铁以外的硬脂酸盐还原为硬脂酸：80～90℃加热搅拌保温30～40分

不足：可逆，不能完全处理干净

活性白土是一种经酸处理后的粘土。好的白土孔隙率可达60～70%，有很大的比表面积，因而具有较高的吸附能力，能吸附模料中硬脂酸盐。此外，活性白土中的阳离子（特别是Al3+）还能和模料中的带负电荷的胶状杂质结集成中性质点，变成凝胶下沉。所以可用活性白土去除模料中的硬脂酸盐。活性白土处理

生产中一般用此法作为盐酸处理的补充工序，即每隔一段时间将用盐酸处理过的模料加热到120℃左右，向模料中加入烘干的活性白土（为模料重的10～15%）进行搅拌，半小时后，在120℃下保温静置4～5h，待活性白土与液态模料充分分离后即可处理好模料。盐酸处理过搅拌半小时120℃下保温静置4～5h模料120℃加热烘干加白土10～15%不足：设备要求高，污染环境电解处理法电解法处理模料图1-碳精棒，2-耐酸槽，3-回收模料，4-电解液，5-铅板（有毒）

特点：分子大而不规则，熔点高，强度好酸性-COOH

非晶体收缩小而均匀树脂（松香）（5）树脂基模料加蜡质材料改进其脆、黏问题用合成树脂代替天然树脂,如：140号聚合松香424号改性松香石蜡地蜡EVA虫白蜡30%25%30%5%5%5%配比①松香60%+川蜡30%+地蜡5%+聚乙烯5%②松香75%+川蜡15%+地蜡5%+聚乙烯5%或

目的：除水、除尘方法：静置沉降分离，蒸发除水，过滤和

离心分离，真空技术的应用

回收流程：静置脱水搅拌蒸发脱水静置去污树脂基模料回收水分通过静止脱水和除水桶搅拌蒸发脱水灰分通过静止桶静置去污

在回收旧蜡中加入适量新的原材料，使其性能达到标准规定的要求，这个过程称模料再生，由此所得的产品称为再生蜡。模料再生线收缩率灰分软化点针入度

再生蜡通常必须检测以下四项性能2.2.2制模（1）模料的制备成分和配比加料次序熔化温度

蜡基模料水浴加热蜡基模料常用状态：糊状模料（过滤杂质）温度：

48～52℃树脂基模料熔化设备：不锈钢电热锅注意：加料顺序温度：

52～60℃（1）模料的制备

通常模料是由两种或两种以上原材料组成的。配制模料是按照规定的配比，将组成模料的原料先熔成液态，然后经搅拌混合均匀，滤去杂质，浇成锭块或调制成糊膏状供压制熔模用，有时也可用液体模料直接浇制。（1）模料的制备配制方法：配制蜡基模料和松香基模料时常用

加热熔化+搅拌的方法。

模料中分子结构相似，分子极性相同的物质互溶性好。反之，互溶性差或不互溶。如石蜡（线性分子结构）和松香（体型）不互溶，若将地蜡或微晶蜡（枝型）加入其中或加入一些其他多聚物然后再加松香，则三者很快溶合在一起。模料配制需要遵循的原则A合理安排各组元的加料顺序

石蜡加地蜡或微晶蜡加松香加热溶解熔化混合(溶剂优先，互溶在后)

B严格控制温度上限和高温停留时间避免模料的烧损和变质

因为模料都是各种碳氢化合物的混合物，过热会发生氧化裂解，影响模料性能。

C充分搅拌，滤去杂质，保温静置

蜡基模料的熔点都低于100℃，为防止模料加热时温度太高而发生分解碳化现象，大多采用蒸汽加热或热水槽加热。模料的配制方式

①蜡基模料的配制熔化蜡基模料的加热槽

右图为一种用水槽加热熔化模料的装置。通过电加热器7把水加热，以水为媒介，热量通过蜡桶传给模料4，将模料熔化。1-绝热层，2-温度计，3-盖，4-模料，5-水，6-化料桶，

7-电热器

对熔化后的模料要搅拌均匀，并用100号或140号筛过滤除去固态杂质。而后在冷却过程中通过搅拌将模料制成膏状或糊状，方法有旋转桨叶搅拌法和活塞搅拌法两种。

将1/3熔融蜡料和2/3的固体小块蜡料放在容器中，旋转的桨叶把固态蜡块充分粉碎，并和液态蜡均匀混成糊状。旋转桨叶搅拌法1-模料2-桨叶

把熔融的模料放入活塞缸中，借助活塞的往复运动，迫使模料通过活塞上的小孔在活塞的两面窜来窜去，模料被搅成糊状。根据放入模料的量，可以控制混入模料中的空气的量，使模料中的空气以细小的形式存在，这样可减少制模时的收缩率。活塞搅拌法1-活塞2-模料

树脂基模料的熔点较高，一般用电阻炉或工频炉加热熔化。树脂基模料的成分复杂，有的原材料不能互溶，因此配制树脂基模料时，要注意加料次序。如：松香、地蜡、聚乙烯模料。先熔化石蜡，待升温至约140℃，在搅拌的情况下逐渐加入聚乙烯，再升温至约220℃加入松香。全熔以后在210℃时静置20～30min以排除气体。最后滤去杂质，在降温情况下对模料进行搅拌，使成糊状（60～80℃）。②树脂基模料的配制

如模料混合不好，它的粘度就会增大，晶粒粗大，使熔模质量降低，加热时防止温度过高，模料变质燃烧。地蜡140℃加松香加热加聚乙烯搅拌220℃加热搅拌至全熔210℃静置20～30分排除气体滤去杂质搅成糊状60～80℃（2）制模（制造熔模）模料成形方法：

1）自由浇注成形

2）压注成形

生产中多采用压力把糊状模料压入压型的方法来制造熔模。制模过程：先在压型型腔表面涂一层分型剂，然后在一定温度和压力下将预制好的模料注入压型，保压一定时间，待模料凝固后打开压型取出熔模，并入放水中冷却。自由浇注成形自由浇注法使用液态模料。该法制得的熔模质量差，轮廓不清晰，收缩大，尺寸精度差，故一般多用以制备浇注系统。（2）制模压注法

使用的模料可以是液态、半液态（糊状）、半固态，甚至固态模料，成形温度低，凝固快，收缩小，熔模质量轮廓清晰，生产率高。液态压注特点优点：模料熔化后可直接装入储蜡缸而无需制备蜡膏缺点：模料凝固收缩大膏态压注特点优点：模料凝固收缩小缺点：需制备蜡膏，在制备和装填蜡膏时容易卷入空气不同状态的模料成形特点液态：熔点以上，黏度小、流动性好；易产生紊流、飞溅，形成流痕、气泡等缺陷浆状：熔点以下，液相显著多于固相，具有较好的流动性；有较细的粗糙度糊膏状：熔点以下，固相显著多于液相，流动性变差；有较粗的粗糙度模料的流变特性T

模料处于浆状时，压注压力和压型温度对熔模表面粗糙度的影响很小；模料处于糊膏状时，增大压注压力或提高压型温度有利于细化表面粗糙度，但效果有限。压蜡工作现场压蜡模取蜡模压注温度压射压力压型温度保压时间影响蜡模质量的制模工艺参数

影响熔模质量的因素很多，如模料的：

在保证良好的充填情况下，应尽量降低模料的压注温度和压型温度。压注温度和压型温度

压注温度过高：在较厚部分容易产生缩陷，收缩过大。压注温度过低：模料粘度大，流动性差，熔模容易产生皱纹或压不满，或者模料本身卷入气体产生气泡。一般石蜡—硬脂酸低熔点模料压注温度为45～48℃

以松香为基的模料压注温度为70～85℃压注温度和压型温度

压型（模具）温度主要影响熔模表面光洁度，变形和裂纹。提高模具温度能提高熔模表面光洁度。但是温度过高会增大熔模的收缩变形。模具（压型）温度太低会影响模料的充填性和复印性能。表面易产生流痕。

试验证明

压制熔模合适的模具温度应控制在

30～35℃；压制松香基模料其合适的模具温度为

30～40℃。

压力大，压射速度大，若过大，模料易产生气泡，表面不光洁等压力过小易产生冷隔，浇不足等缺陷，尤其对薄壁的熔模压射压力一般重量在100kg以下的熔模，压力小于

2个大气压超过100kg的熔模压力大于2个大气压

保压时间长可以减少模料的收缩变形，提高尺寸精度和表面光洁度。时间过长，熔模取出困难，易产生皱纹，降低生产率。一般保压时间为45～60s。保压时间压注压力↑保压时间↑

压蜡温度↓压型温度↓

蜡模线收缩尺寸精确分型剂

压制熔模时，在压型上涂分型剂，对提高熔模的表面光洁度有重要作用，能防止熔模粘附压型，但用量过多，熔模表面形成线痕、皱纹。

低温模料：松节油50%+酒精50%

中温模料：蓖麻油50%+酒精50%

复杂深孔零件：硅油

通常按施加压力不同，常用的有三种压腊器。柱塞式压腊器气压式压腊器活塞式压腊器制模设备

熔模的好坏除了采用合理的工艺方法外，制模设备也很重要。

压腊时，将模料装于蜡桶2内，把压腊器的注蜡筒对准压型7的注蜡口，加力于柱塞1，模料便被压入压型腔内，保压凝固后，打开压型，取出熔模。此法最简单。手工压制熔模时常用此法。但所加压力较小，生产效率低，适合于小批单件生产条件下，用蜡基模料生产小型熔模。柱塞式压腊器柱塞加压法

模料放入密闭的保温罐4中，向罐内通入（2～3）×105Pa的压缩空气，将模料经导管压向蜡枪头5。此法只适用于压制蜡基模料。气压式压蜡器气压加压法

压力机向活塞加压，把模料挤入压型中，因所用压力较大，常用于压制树脂基模料。

活塞加压法活塞式压腊器

MPI公司生产的全自动50吨压蜡机

世界上先进的制模设备当属美国MPI公司生产的全自动压蜡机，该机可以对蜡的温度、流量、压力及模具温度进行精确的控制。

单工位柱式压蜡机单工位开式压蜡机典型压蜡设备双工位液压蜡模压注机双工位开式射蜡机典型压蜡设备2.2.3蜡模组装组装：根据工艺设计要求，将经整修检验合格的铸件熔模和浇冒系统熔模组合成整体模组。方法：焊接法机械组装法组合完毕的蜡模模组要从压型、模料、制模工艺三方面来努力获得优质蜡模大规模工业生产中采用机械加工压型生产蜡模模料分为蜡基、树脂基两种制模工艺有：压射压力、保压时间、蜡温、型温零件试制或小批单次生产时，可以使用快速成形技术制造蜡模或翻制压型总结

型壳制备

生产精密熔模铸件就必须制造优质型壳

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型壳的制造制模工艺制壳工艺浇注工艺清理工艺铸件尺寸精度铸件结构、形状（大小）压型生产工艺薄没有砂箱浇注前要焙烧型壳的特点

型壳强度透气性耐火性脱壳性热膨胀性热震稳定性砂型强度透气性耐火性溃散性退让性对型壳的要求实际工艺问题更多的是解决矛盾强度——透气性强度——脱壳性型壳缺陷型壳表面裂纹涂料黏结剂耐火材料—粉撒砂耐火材料—砂型壳构成型壳断面图2.3.1制壳耐火材料粘结剂耐火材料与粘结剂对应工艺水玻璃硅砂刚玉莫来石高岭石锆砂水玻璃工艺硅酸乙酯硅酸乙酯工艺硅溶胶硅溶胶工艺制壳材料

耐火粉、砂占型壳重量的90%以上，很重要。面层型壳直接接触金属液，影响型壳致密性。背层型壳则影响型壳强度。（1）制壳耐火材料的作用与性能要求

耐火材料是组成型壳的基本材料，对型壳的性能及铸件的表面质量有着重要影响。①耐火材料性能对型壳性能的影响熔点耐火材料的熔点决定型壳的耐火度，所以耐火材料的熔点要高于金属液的浇注温度酸碱性耐火材料的酸碱性决定型壳的化学稳定性，所以耐火材料要既不能与黏结剂反应，也不能与金属液反应①耐火材料性能对型壳性能的影响热膨胀系数耐火材料的热膨胀系数越大，型壳收缩或膨胀越大，型壳强度越低，也越容易变形；型壳温差大时，热膨胀系数越大，型壳膨胀收缩越不一致，型壳热震稳定性越差导热系数耐火材料导热系数大，型壳温度易趋于一致，型壳热震稳定性高

常用耐火材料的线膨胀率

1-硅石(SiO2)2-氧化镁(MgO)3-电熔刚玉(Al2O3)4-硅线石(Al2O·SiO2)5-耐火粘土6-锆石(ZrO2SiO2)7-熔融石英(SiO2)①耐火材料性能对型壳性能的影响粒度合适的粒度搭配会增强型壳的致密性，从而提高型壳强度②对耐火材料的基本要求有足够的耐火度好的热化学稳定性均匀且不大的热膨胀系数合适的粒度价廉、无毒按用途分涂料用耐火材料撒砂用耐火材料陶瓷型芯用耐火材料按组成分铝硅系耐火材料其他耐火材料（2）耐火材料分类①石英

石英—分子式：SiO2（自然界中最纯的石英晶体统称为水晶）；在地壳中的丰度为60%；是一种最常见并且应用非常广泛的非金属矿物原料。石英（3）熔模铸造常用耐火材料573℃163℃117℃870℃1470℃

石英的晶型转化α－石英α－鳞石英α－方石英

β－石英β－鳞石英β－方石英

γ－鳞石英SiO2系统状态图

用石英砂（粉）制得的型壳，在加热到573℃时由于β石英转变为α石英，体积将聚然膨胀，其线膨胀率为1.4％，对型壳性能影响很大。石英砂（粉）性能特点熔化温度1713℃；酸性，化学稳定性差（容易与金属液中的氧化物和碱性氧化物起化学反应）；大而不均匀的热膨胀系数，12.5×10-6℃-1

（在常用耐火材料中，石英的热膨胀系数最大）

石英砂（粉）的应用

石英砂（粉）适用于碳钢、低合金钢、铸铁及铜合金铸件。对于高锰钢和高合金钢铸件，由于铬、镍、钛、锰、铝等合金元素在高温下易与酸性SiO2发生化学作用，造成铸件表面麻点及粘砂缺陷，故不宜应用石英材料。

石英的多晶转变导致体积变化的不均匀性，影响型壳尺寸的线量变化不稳定。用石英型壳制造的铸件尺寸精度较低。

石英型壳的残留强度低，脱壳性好，且石英的资源丰富、价格低廉，故至今仍是国内熔模铸造生产中应用的主要制壳材料之一。

石英粉尘对人体健康有害，会造成矽肺病。②熔融石英（石英玻璃）

熔融石英（石英玻璃）是用天然高纯度SiO2经电炉在高于1760℃以上温度熔融，随后快速冷却而制成的。

透明石英（1200℃开始析晶）

不透明石英（1100℃开始析晶）石英玻璃析晶——石英玻璃在高温下长时间使用时会产生α方石英晶体，即发生所谓的析晶现象。熔融石英性能特点熔化温度1713℃；酸性；热膨胀系数小，(0.51～0.63)×10-6℃-1

（几乎是所有耐火材料中最小的）；优良的热震稳定性和化学稳定性。价格昂贵熔融石英的应用

熔融石英是理想的熔模铸造制型、芯的耐火材料，已被广泛用于陶瓷型芯及型壳的面层或背层用耐火材料。熔融石英型壳性能较好，但价格昂贵，在生产精密昂贵铸件时适合作为型壳。

③电熔刚玉电熔刚玉用工业氧化铝（晶型为γ-Al2O3）加碳在电弧炉内熔融后制得的结晶α-Al2O3，则称为电熔刚玉。品种主要有电熔棕刚玉和电熔白刚玉两种。白刚玉的氧化铝含量大于98％）。

自然界天然存在的α-Al2O3晶体叫做刚玉。电熔刚玉性能特点熔点2050℃线膨胀系数小（8.6×10-6℃-1）且均匀中性化学稳定性高价格昂贵（约为石英砂的数十倍）、资源短缺电熔刚玉应用

熔模铸造用电熔白刚玉。用电熔刚玉制得的型壳，其尺寸稳定性、热稳定性及高温化学稳定性均优于石英，是熔模铸造良好的耐火材料。电熔刚玉价格昂贵，目前仅应用于耐热高合金钢、不锈钢和镁合金等铸件的制壳耐火材料，也可以用于制作陶瓷型芯。④锆砂

锆砂又称硅酸锆或锆英石，是天然存在的矿物材料，其分子式为ZrO2·SiO2或ZrSiO4，理论组成（质量分数）为

ZrO267.3%SiO232.77%

常含有w(HfO2)0.5%～3.0%、w(TiO2)0%～2%和微量稀土氧化物。

锆砂是ZrO2-SiO2二元系中唯一的化合物。硅酸锆在低于液相线温度下分解为ZrO2和SiO2。纯硅酸锆在1540℃开始缓慢分解，随温度升至1760℃而快速分解。其分解是可逆反应，即分解产物可重新形成硅酸锆。锆砂性能特点熔点2430℃弱酸性热膨胀较小而均匀（4.6×10-6℃-1）导热系数较大热震稳定性好应用

锆砂作为面层材料具有细化晶粒的作用，常用作配面层涂料及撒砂材料，多用于不锈钢等熔模铸件的生产，有利于提高铸件的表面质量及尺寸精度。

锆砂较贵，目前仅用于除高合金钢外的其他高精度熔模铸件的型壳面层。⑤铝-硅系耐火材料

铝-硅系耐火材料是以Al2O3和SiO2为基本化学组成的铝硅酸盐，在自然界蕴藏量很大,是熔模铸造中应用的重要耐火材料。Al2O3-SiO2二元相图耐火度高线膨胀系数比较小（比硅砂及刚玉小）热震稳定性和热化学稳定性都比较好价格便宜铝-硅系耐火材料的特点A高岭石类熟料

高岭石分子式为：Al2O32SiO22H2O，是组成高岭土的主要矿物。

高岭石

纯高岭石为白色，密度为2.6g·cm-3，熔融温度1750～1787℃。高岭石类熟料

高岭石类熟料是将生高岭石经高温煅烧，再经破碎而成的。其主要相组成为莫来石和玻璃相或有少量的方石英。相组成与原材料中的Al2O3

含量、煅烧工艺等有关。高岭石熟料性能特点耐火度约1800℃弱酸性热膨胀系数6～8×10-61℃-1高温下化学稳定性良好

高岭石熟料是一种性能良好、适用于熔模铸造型壳背层（由于高岭土本身含有较多的杂质，不能用作面层）的耐火材料，在国内外应用广泛。此类耐火材料有英国的莫洛卡特Molochite，美国的马来粉砂以及我国的仿M合成料、陕西上店土、唐山和淮北等地的煅烧高岭石。

B铝矾土类熟料

铝矾土是指Al2O3≥48％的铝-硅系耐火材料。矿物组成：高岭石和水铝石(Al2O33H2O)

我国铝矾土产地分布广，以河南、贵州的质量为佳。耐火度约1800℃弱酸性热膨胀系数较小6～8×10-61℃-1高温下化学稳定性良好铝矾土熟料性能特点应用

铝矾土熟料被用来作为背层制壳耐火材料。用于制造浇注不锈钢和高温合金的型壳，也可取代石英砂用于制造高强度水玻璃型壳。C莫来石

莫来石亦称高铝红柱石。分子式：3Al2O3·2SiO2

自然界中天然的莫来石比较罕见,主要产于苏格兰莫尔岛上。

莫来石通常是人工合成（高温烧结）的。

莫来石的性能特点密度为3.16g/cm3；膨胀系数约为5.4×10-6℃-1；熔点为1850℃；机械强度高，热稳定性好，化学稳定性强高温抗变形能力强。

莫来石是一种优良的制壳耐火材料。⑥特种耐火材料

铸造钛合金的发展史,从某种程度也可以说就是型壳的发展过程,主要包括耐火材料和粘结剂的发展。钛合金熔模铸造用耐火材料

迄今为止,在铸钛工业目前使用的钛和钛合金熔模精密铸造的型壳材料有:①难熔金属(钨、钼、钽、铌等)粉；②特种耐火氧化物(ZrO2、Y2O3、一些稀土金属氧化物以及CaO等)。

面层：氧化锆和氧化钇（氧化锆主要用于民品件生产，而氧化钇则主要用于航空铸件的生产）

过渡层：莫来石、铝矾土，粘结剂为硅酸乙酯

背层：铝矾土，粘结剂为硅溶胶钛合金熔模精密铸造的型壳材料

面层：刚玉，粘结剂为硅溶胶

背层：莫来石，粘结剂为硅溶胶高温合金熔模铸造型壳用耐火材料耐火材料化学性质熔点/℃

密度/g·cm-3热膨胀系数/10-6℃-1

应用石英酸性17132.612.5精度不高件面、背层石英玻璃酸性17132.20.5高精度件型壳、芯电熔刚玉两性20503.99～4.028.6高精度件面层（高合金钢），芯锆砂弱酸性＜19484.5～4.94.6高精度件（非高合金钢）面层高岭石熟料弱酸性1700～17902.4～2.65.0背层铝矾土熟料弱酸性18003.1～3.55.0～5.8背层常用制壳耐火材料性能及应用耐火材料选用原则是否可以生产高精度铸件看热膨胀系数热膨胀系数较小而均匀的材料可以生产高精度铸件是否可以生产合金钢看酸碱性不同金属材质具有不同的酸碱性。各种耐火材料的酸碱性要和金属材质的酸碱性相适应。酸性材料会与合金钢中碱性元素发生反应，故酸性材料不能生产合金钢用在面层还是背层看酸碱性面层材料要不与材料发生反应；看经济性面层材料用量较少，一般价格高的材料用在面层2.3.2制壳黏结剂（1）粘结剂的性能要求很好的润湿模组，又不与模料反应，准确的复制出熔模轮廓，并获得表面光洁的型腔。黏结剂与耐火材料有牢固的结合能力，在不同温度、外力及应力作用下而不破坏。型壳焙烧后能形成耐火的物质，具有高温化学稳定性，不与浇注金属液反应适当的黏度即流变性，制壳时有良好的涂挂性和渗透性。易于贮存，来源广，价廉。能润湿能粘住能耐火能涂挂

（2）黏结剂种类硅溶胶硅酸乙酯水基醇基水玻璃目前熔模铸造及陶瓷型铸造使用的粘结剂包括：

硅溶胶、硅酸乙酯、水玻璃粘结剂中起粘结作用的都是硅酸胶体。

胶体是分散质粒子直径在1nm～100nm之间的分散系。（3）硅酸胶体TEM（纳米级）下的硅酸胶体照片①硅酸分子结构硅酸分子式：Si(OH)4硅酸超过一定浓度时，发生缩聚反应：②胶核的形成

随着反应的不断进行,形成越来越多的Si-O-Si键，逐步连接成三维结构的球状聚合物，即胶核。

胶核的表面仍存在着很多-OH

运动着的胶粒碰撞在一起，胶粒之间仍会发生聚合胶粒间聚合漫延到整个溶胶体系，胶粒连接成一体，体系体积收缩、粘度增大、失去流动性，变成凝胶阻力——胶核带电，相互排斥pH值电解质动力——胶粒运动，碰撞聚合温度浓度硅酸胶体从溶胶转变到凝胶的过程③硅酸胶体的状态

凝胶是溶胶失去流动性后,富含液体的半固态物质；

凝胶再继续干燥脱水后，得到固态的干凝胶。溶胶凝胶④型壳强度的建立

硅酸胶体由溶胶变为凝胶的过程称为胶凝。

型壳强度建立的过程就是涂料中的粘结剂由溶胶转变为凝胶，再变成干凝胶的过程。胶凝过程胶凝溶胶冻胶凝胶加热

溶剂挥发细微的二氧化硅结晶900～1000℃

水玻璃又称泡花碱，是可溶性碱金属的硅酸盐溶于水后形成的，其分子式用化学通式表示：。①水玻璃（4）熔模铸造用粘结剂水玻璃作型壳粘结剂的特点

总而言之，比硅酸乙酯、硅溶胶所制型壳性能差。

优点：①来源广，价格廉

缺点：①与蜡模润湿性差②粘度大③含Na2O→型壳高温强度低

→抗变形能力低→铸件精度低涂料粉液比低涂层致密性降低铸件表面不光熔模铸造中水玻璃粘结剂的硬化机理

水玻璃的基本组成是硅酸钠和水（聚硅酸钠水溶液）。硅酸钠是强碱弱酸盐，在水中极易水解：

加入酸性物质，有利于聚硅酸钠水解，使水解反应向右进行。在熔模铸造中常用酸性盐作硬化剂，如：NH4Cl、结晶AlCl3、聚合AlCl3和结晶MgCl2。

当用NH4Cl水溶液作硬化剂，与水玻璃型壳相遇时，将发生如下化学反应：

水解的结果使水玻璃溶液中硅酸浓度升高，硅酸分子中硅羟基不断脱水聚合成聚硅酸大分子，继而成为硅酸溶胶，最后凝聚成为不可逆的硅酸凝胶，使型壳具有常温强度。

水解同时有NaCl和NH3产生。其中NaCl当用热水脱模后并经800℃以上高温焙烧去除。NH3则污染空气，恶化环境，这是NH4Cl水溶液作硬化剂存在的主要问题。熔模铸造用水玻璃的性能指标

水玻璃的模数、密度对型壳的质量及制壳工艺有很大的影响。

模数

M=3.0～3.6密度

ρ=1.29～1.31g/cm3

水玻璃的表征指标主要有模数与密度。熔模铸造用水玻璃的性能指标为：模数

模数（M）：是水玻璃中的SiO2摩尔数与Na2O摩尔数之比值，可表示为：密度

密度ρ一般可间接表示水玻璃溶液中硅酸钠的含量（单位g/cm3）表示。

低密度的水玻璃黏结剂可保证型壳密度（有利于提高粉液比），硬化时收缩小，硬化速度快，强度低，仅在面层涂料中使用。

型壳强度（硬化速度快）

M涂料稳定性（易老化、结皮、分层）涂料粉液比（型壳致密程度降低）降低模数，加NaOH，提高Na2O含量提高模数，加入无定形SiO2（硅胶粉末或沉淀白炭黑）降低密度加入水

氯化钠是水玻璃中有害杂质，因此不宜用HCl或NH4Cl来调高水玻璃的模数。水玻璃模数与密度调整水玻璃作型壳粘结剂的特点Na2O·2SiO2共晶物在熔点793℃时出现液相，并使型壳软化变形，因此，水玻璃作粘结剂的型壳所浇铸件尺寸精度、表面光洁度都较差，用于一些要求不高的碳素钢件和有色金属铸件，在近净形熔模铸造中用得较少。硅酸乙酯又称正硅酸乙酯。一般硅酸乙酯呈油性，为无色、透明或棕黄色液体（有杂质）闪点为53℃，易燃，应注意防火有醚味，对眼睛、呼吸道有刺激作用，应密封保存硅酸乙酯的物理性质

②硅酸乙酯

硅酸乙酯是优质粘结剂，型壳性能好：表面张力低，黏度小，涂料涂挂性好（醇基）涂料粉液比高（粘度小），涂层致密，铸件光洁型壳室温、高温强度高，尺寸稳定，高温变形及开裂的倾向小，表面粗糙度低，铸件表面质量好烘干（氨催化）生产周期短价格较贵（＞1万元/吨）对环境有一定污染，工业发达国家现使用有下降的趋势硅酸乙酯黏结剂特点原硅酸乙酯是由下列物质组成的

化学通式，n=1时，称为正乙酯或单乙酯，n=2,3…，称为贰乙酯，叁乙酯…

。单乙酯

贰乙酯

捌乙酯

混合物

……

硅酸乙酯32以单—贰乙酯混合物为主,

SiO2=32～34%

硅酸乙酯40以肆—陆乙酯混合物为主,

SiO2=40～42%

由于硅酸乙酯中的SiO2全部以乙酯化合物存在，没有单独的SiO2溶胶，因此，硅酸乙酯需水解后才能作为黏结剂。

实质上是硅酸乙酯中的乙氧基（C2H5O或RO）被水中羟基（OH）所取代的过程。水解反应硅酸乙酯的水解过程（硬化原理）

由于Si-OH之间脱水聚合倾向很强，故乙氧基硅醇极不稳定，易发生如下缩聚反应：硅酸乙酯的水解过程可表述为

随着胶凝过程进一步进行，乙氧基不断被羟基取代，水解作用趋于完全。网状的有机硅聚合物逐渐变为无机硅聚合物，其分子结构式为：

制好型壳硬化时，希望分子聚合形式从线型转变为体型，水解液变成凝胶，失去流动性，有一定强度。

硅酸乙酯水解就是要通过加水量的多少以控制硅醇的聚合形式。

缩聚产物的分子聚合形式—线型和体型两类

配涂料时，希望其中分子聚合以线型为主，以使水解液流动性好。多SiO2全部形成胶体中线形高聚物少贰乙酯

因此，水解硅酸乙酯时，加入的水量应使之间。加水量对硅酸乙酯水解产物的影响

生产实践表明多加水量形成的一次溶胶，不稳定，易凝，型壳易开裂，强度低。生产中多使用中等加水量，水解后形成部分溶胶，在整个制壳中，继续水解缩聚，制壳完成时，SiO2全部变为溶胶并迅速胶凝,这样的型壳强度更佳。

因水和硅酸乙酯不能互溶，如单独把它们放在一起，水解反应很难在整个体系内均匀进行，在硅酸乙酯不能和水充分接触的地方，会形成不完全水解产物—有机硅聚合物。水解时常用酒精或丙酮作媒介。水解时加入少量盐酸或醋酸作催化剂（同时为加快反应速度）。水解加入物硅酸乙酯水溶剂（酒精）催化剂（盐酸）附加物水解计算（以水解1gk硅酸乙酯计算）水的加入量B（g）式中，M—置换1mol-OC2H5所需水的摩尔数

a—硅酸乙酯中-OC2H5的含量硅酸乙酯32硅酸乙酯40-OC2H5%82.672.9酒精的加入量C（mL）式中，ρ乙—酒精密度，0.8g/cm3；

S—原硅酸乙酯中SiO2%；

S′—水解液中SiO2%；

B—水解1kg硅酸乙酯的加水量实际加水量B′

生产中使用的是工业酒精，不是化学纯酒精工业酒精本身含水2.3%，故实际加水量B′：盐酸加入量D（mL）

式中，b—原硅酸乙酯中HCl%；

b＇—水解液中HCl%；

ρ盐—盐酸密度1.18g/cm3；

C盐—盐酸浓度35.4%

硅酸乙酯40M0.35SiO216～18%

陈化时间20～24h最佳水解参数提示：以上公式是水解1kg硅酸乙酯时的加水量、酒精、实际加水量及盐酸加入量计算式

除水解液成分对型壳性能有影响外，水解工艺对型壳性能也有影响，应重视水解工艺。水解工艺方法有：一次水解，二次水解和综合水解三种。使用最多的为一次水解。硅酸乙酯水解工艺一次水解：先将全部酸、水、酒精搅拌成酸化水，然后在搅拌状态下加入硅酸乙酯。要点：使水解反应的温度保持在40℃～50℃之间加完硅酸乙酯后继续搅拌30～60min停放16h以上，备用

硅溶胶即胶体二氧化硅，是一类无定形二氧化硅粒子在水介质中的分散体系。硅溶胶是将水玻璃经过离子交换后去掉其中的钠离子和其它杂质，再经浓缩制得的。它是硅酸的多分子聚合物，为较纯净的硅酸水溶液，也称硅酸溶胶。白乳色或青白色溶液，分子式为nH2O·mSiO2。③硅溶胶

优点：配制涂料工艺简单，制壳时不需专门的硬化剂稳定性好，可长期存放不需氨干，有利于环保型壳高温强度比硅酸乙酯更高缺点：润湿性、涂挂性较差，故铸件光洁度差些型壳干燥速度慢，生产周期长湿强度低硅溶胶黏结剂及其所制型壳特点熔模铸造用硅溶胶的物化参数SiO2含量

Na2O含量密度

PH值粘度胶粒直径

它们与硅溶胶涂料和型壳性能关系密切硅溶胶的物化参数对涂料及型壳性能的影响

硅溶胶SiO2含量与型壳高温强度的关系SiO2含量密度反映硅溶胶中胶体多少型壳强度高低硅溶胶的物化参数对涂料及型壳性能的影响

SiO2-H2O体系胶凝时间与pH值关系NaO2含量pH值反映硅溶胶的稳定性

涂料粉液比与型壳强度的关系曲线运动粘度反映硅溶胶的粘稠程度决定粉液比，影响型壳强度硅溶胶的物化参数对涂料及型壳性能的影响粒子直径大小型壳强度、溶胶的稳定性

胶粒大小不同其凝胶结构硅溶胶的物化参数对涂料及型壳性能的影响几种黏结剂性能比较

表面致密度低，表面易产生缺陷；高温强度差，仅为后两者的几十分之一；易开裂、变形。

成本低，型壳强度高、尺寸精度高、铸件光洁度好，较水玻璃质量好，比硅酸乙酯价廉

制壳周期短，无需另加润湿剂、消泡剂；工艺较复杂，成本较高。

水玻璃

硅溶胶

硅酸乙酯几种黏结剂应用黏结剂应用硅溶胶

生产高精度铸件，是绿色（水基）黏结剂，应用日益增多硅酸乙酯生产高精度铸件水玻璃生产精度低铸件2.3.3型壳制造制壳原理

制壳过程是硅酸胶体凝胶的过程。涂料中的粘结剂把耐火材料及撒砂粘结在模组外边，形成所需形状的型壳。硅溶胶型壳采用干燥硬化，即让型壳干燥，水分蒸发，使硅溶胶浓度增加，达到胶凝临界浓度时，硅溶胶则胶凝。每制一层型壳有三个工序：上涂料、撒砂、干燥，如此反复多次就可以得到所需厚度的多层型壳。制壳工艺流程配涂料上涂料撒砂干燥硬化脱蜡焙烧

制壳时，每涂挂和撒砂一层后，必须进行充分的干燥和硬化。制壳过程——分层制造

锆英粉刚玉粉石英粉——用于碳钢莫来石粉石英玻璃粉铝矾土高岭土涂料常用耐火粉料主要用于高温合金——（1）配制涂料涂料组成涂料中的附加物表面活性剂消泡剂湿强度添加剂水玻璃硅酸乙酯硅溶胶涂料常用黏结剂

强度透气性热化学稳定性脱壳性涂挂性覆盖性黏度流动性涂料性能要求涂料性能控制

涂料的黏度悬浮液内部质点之间相对运动所产生的内摩擦。流杯黏度生产中常用流杯黏度计来控制涂料工艺性能，流杯黏度用100ml流杯涂料的流空时间表示。各国用的流杯中国美国英国流杯

测定流杯黏度

配涂料时，一般希望提高涂料的粉液比（保证型壳强度），但往往其流动性不好，会使涂料的覆盖性恶化。涂料粉液比和流动性

粉液比高低，取决于硅溶胶的粘度和耐火粉料的粒度及粒度级配。配涂料时，使用粒度分布具有两个峰值的粉料，可在一定程度上提高涂料的粉液比，又不降低涂料的流动性，其原因在于，大颗粒间隙中的液相被小颗粒挤出。涂料黏度及其影响因素

涂料的黏度对型壳性能的影响：流动性、涂层厚度、涂挂性。影响涂料黏度的因素：黏结剂黏度粉液比耐火材料性质涂料搅拌与存放时间①水玻璃涂料组成水玻璃耐火粉料表面活性剂面层加固层石英粉铝硅系粉②硅酸乙酯涂料

硅酸乙酯水解液本身具有强的润湿能力和渗透力，所以涂料中无需润湿剂，另外醇类形成的液膜强度低、易挥发，因此气泡易破裂，无需消泡剂。③硅溶胶涂料

硅溶胶中SiO2的含量越高，型壳强度越高，可根据用途和生产合金的情况进行稀释（用蒸馏水作稀释剂）。稀释后硅溶胶中SiO2质量分数一般不应低于20%，否则将因型壳的表面强度不高而造成铸件表面质量恶化。目前大多数工厂均直接使用w(SiO2）为30%的硅溶胶配涂料。

涂料配制常采用连续式沾浆机

一般先加黏结剂（对于硅溶胶黏结剂，还应加入润湿剂、消泡剂以及增黏剂等），在搅拌中再加入粉料总量的90%左右进行充分搅拌（24小时）混合后，最后加入剩余的粉料以调整涂料黏度。硅溶胶涂料制备方法

通用沾浆机

真空沾浆机搅拌桶（2）上涂料

涂料要均匀，不可缺涂、局部堆积或积存气泡。方法：模组在涂料中不断的翻转和上下移动。

硅溶胶型壳上涂料前要采用三氯乙烯、酒精、丁酮等有机溶剂清洗模组，清洗后的熔模晾干后就可以上涂料。

ABB机械手（3）撒砂

撒砂方法：

撒砂是为了增强型壳和固定涂料，可防止涂料干燥时因为收缩而产生穿透性裂纹。雨淋法沸腾法撒砂手工撒砂机械撒砂

撒砂由细到粗

80/100目（面层）

30/60目（过渡层）6/30目（背层）撒砂注意事项撒砂种类：应与该层涂料耐火粉料一致，相同的膨胀系数，以加强撒砂与涂层结合力。严格控制砂的含水量，一般质量分数均应小于0.3%。砂子湿度大极易产生浮砂堆积而导致型壳分层。合理选择砂子粒度，通常从面层到背层粒度逐渐加粗。面层撒砂不能过粗，否则会穿透涂层造成铸件表面凹凸不平，但撒砂过细又不利于形成较粗早的背层，不利于同下层牢固结合，容易造成型壳分层。每次撒砂的粒度分布都不宜过于集中，这样才能使砂粒相互镶嵌，提高型壳的致密度。严格限制砂中粉尘含量，其质量分数应小于0.3%。因为粉尘覆盖在涂料上就不易挂上砂粒美国制壳车间机械手

干燥过程中型壳发生收缩，如果砂层薄、强度低就会形成裂纹。特别是对于面层，因面层厚度很薄，如果控制不当容易产生裂纹和剥离。根据所用的粘结剂的不同，所用干燥、硬化方法也不同。（4）干燥①水玻璃型壳的干燥和硬化

水玻璃黏结剂需要通过干燥和化学硬化两个环节才能完成水玻璃黏结剂型壳的干燥硬化。自然干燥化学硬化硬化后干燥干燥和硬化工艺过程为：自然干燥（硬化前干燥）

目的：去除水分（物理硬化）表面涂料层硬化前含水15%～20%。硬化前自然干燥（空干）是水玻璃型壳脱除自由水的过程。实践表明，在其他条件相同时，硬化前经干燥的型壳比不干燥的常温强度高一倍左右。因为周期长，目前工厂只有面层采取空干，背层型壳没有空干工序。①水玻璃型壳的干燥和硬化化学硬化

目的：通过化学反应，使化合物中的SiO2以溶胶状态析出；改变pH值使溶胶胶凝。硬化方法：将型壳放在硬化剂溶液（酸或酸性盐水溶液）中进行硬化。

如浸在浓度为25%左右的NH4Cl溶液中，此时发生反应：

析出的溶胶很快胶凝，使型壳硬化。①水玻璃型壳的干燥和硬化

当型壳一浸入NH4Cl溶液中，在涂料层外表面上很快形成坚硬的胶膜，影响NH4Cl溶液向型壳内层渗透。为加速NH4Cl溶液向内层渗透，可在NH4Cl溶液中加入非离子型表面活性剂，可使型壳的硬化时间由原来的15～20分缩短至2～3分钟。脉动式制壳机①水玻璃型壳的干燥和硬化

①水玻璃型壳的干燥和硬化

氯化铵（NH4Cl）结晶氯化铝（AlCl3）结晶氯化镁（MgCl2）水玻璃型壳常用硬化剂①水玻璃型壳的干燥和硬化硬化后干燥（晾干）

目的：滴除残留硬化剂；继续完成扩散硬化。干燥时间与温度、湿度、硬化剂种类、硬化工艺及熔模结构等因素有关。干燥方法可以采用自然干燥和热风干燥。②硅酸乙酯型壳的干燥

型壳干燥过程中的物理和化学变化：干燥—溶剂的挥发过程（物理过程）；硬化—硅酸乙酯继续水解-缩聚（化学硬化）。

每制一层型壳需要五道工序：

上涂料→撒砂→空气→氨干→去味②硅酸乙酯型壳的干燥

涂料层干燥后虽然也会变成很坚硬的壳层，但与溶剂相遇又会回溶，硬化之后再遇溶剂就不会回溶。②硅酸乙酯型壳的干燥

硅酸乙酯黏结剂型壳干燥硬化的实质：

是涂料中的硅酸乙酯水解液继续水解—缩聚反应而达到最终胶凝及溶剂挥发的过程。

空干②硅酸乙酯型壳的干燥通过碱解反应，加快水解提高pH值，加快缩聚反应（使胶体迅速胶凝）

生产中广泛应用

空气中干燥硬化潮湿的氨气中干燥硬化氨干②硅酸乙酯型壳的干燥

去除NH3，使型壳的pH值回到原来值，以便进行下一层上涂料。去味②硅酸乙酯型壳的干燥涂料粉液比高制壳过程涂料胶凝均匀硅酸乙酯工艺为什么能生产高精度铸件？注意事项每层型壳硬化后须将氨气散发干净，再挂下一层。有时为提高强度，可在涂挂全部结束后，将带型壳的模组浸泡在含SiO2较多的水解液中超过5分钟，使水解液渗入型壳中，而后在空干、氨干过程中使粘结不好的耐火材料颗粒得到补充粘结。空气干燥及氨气硬化配合适当才能获得较高强度的型壳并缩短制壳周期。未经空气干燥而直接氨气固化的型壳，由于随后溶剂的挥发使得涂层开裂，而强度较低。如仅采用空气干燥固化，如每层干燥8～10h以上，型壳强度最高，但生产效率低。而将空气干燥与氨气硬化相结合就能获得较高的型壳强度，制壳周期也大为缩短。

硅溶胶的胶凝过程是粒子首先连接成枝链，枝链再连接成三维的网络，最后随着水分的不断蒸发，形成凝胶。粒子之间有牢固的Si-O-Si化学键连接着，所以它具有高的结构强度和硬度，并能承受高温作用。硅溶胶的胶凝过程可通过两种方法来完成：一种是在硅溶胶中加入电解质，调节器PH值，使粒子表面所带电荷减少，粒子碰撞机会增多，使其发生胶凝。这种方法胶凝速度快，但凝胶强度低，且因混入电解质，降低型壳的耐火度和高温强度。③硅溶胶型壳的干燥硬化另一种干燥方法即脱水——目前广泛采用的方法随着干燥脱水进行，不断发生硅醇基的脱水缩聚反应：

形成硅醚键同时析出水，干燥的结果使溶胶→冻胶→凝胶。此时在硅醚键的结构间还含有一定量的物理水及以SiOH形式存在的结构水，需在高温下才能去除。③硅溶胶型壳的干燥硬化③硅溶胶型壳的干燥硬化排除水分

强制通风干燥（空气的温度、相对湿度）

硅溶胶型壳的硬化过程主要是水分的挥发干燥过程，与此同时胶体进行凝聚。将型壳放在温度为22～25℃的干燥空气中进行干燥，每层型壳的干燥时间约为2～6h，最后一层涂料涂挂完后，型壳要自然干燥一昼夜。硅溶胶型壳的干燥特点

由于硅溶胶采用脱水干燥，而水的蒸发速度很慢，所以硅溶胶型壳的干燥硬化时间比水玻璃型壳和硅酸乙酯型壳长。

干燥条件

硅溶胶自然干燥时，环境温度和湿度对熔模尺寸影响很大，应严格控制，以确保熔模尺寸稳定。因此制壳车间应具有恒温、恒湿和良好的通风条件，一般要求制壳车间温度控制在22～25℃，湿度为40%～50%左右。模壳的硬化和干燥现场原始状态使用前处理硅溶胶全部溶胶—硅酸乙酯全部化合物水解水玻璃部分溶胶调整密度三种黏结剂型壳比较粘结剂原始状态型壳名称制壳原理制壳效率硅溶胶型壳SiO2浓度低硅酸乙酯型壳SiO2浓度、PH值高水玻璃型壳SiO2浓度、电解质、PH值高制壳原理型壳名称制壳工序硅溶胶型壳上涂料→撒砂→干燥硅酸乙酯型壳上涂料→撒砂→空干→氨干→去味水玻璃型壳上涂料→撒砂→自干→硬化→凉干制壳工序型壳表面光洁度型壳高温强度/MPa硅溶胶型壳面层涂料粉液比高，光洁7.0～12.0，高硅酸乙酯型壳面层涂料粉液比高，光洁6.0～8.0，高水玻璃型壳面层涂料粉液比低，光洁度低0.3左右，低型壳性能型壳名称应用硅溶胶型壳做高精度铸件绿色，日益增多硅酸乙酯型壳做高精度铸件水玻璃型壳做精度低铸件应用情况（5）脱蜡

熔模熔失的过程称为脱蜡，是熔模铸造的主要工序之一。

涂挂完毕后一般要停放一段时间（2～4h）方可进行脱蜡。停放期间型壳中残留硬化剂对涂料层继续硬化，强度增加。

原理利用型壳与熔模熔点差异极大这点，将型壳和熔模同时加热，当温度达到熔模熔点时，熔模即从型壳中熔出。但

熔模膨胀＞＞型壳的膨胀脱蜡工艺关键

要经尽可能在短时间内使熔模熔化,避免由于熔模受热膨胀造成型壳的损坏。

如何提高脱蜡速度,减少熔模膨胀对型壳造成的损坏是脱蜡工艺的关键。

热水、热空气、蒸汽、热溶剂、闪烧、微波、热砂及远红外脱蜡法等。现应用最广泛的为高压蒸气脱蜡法，另外水玻璃型壳多采用热水脱蜡法。常用脱蜡方法

蒸气脱蜡是当前世界熔模铸造脱蜡方法的主流。

优点：型壳质量好，蜡料回收率高，效率高

缺点：设备费高蒸汽脱蜡法

用松香基模料制成的熔模及采用硅酸乙酯水解液或硅溶胶作粘结剂制壳时普遍采用蒸气脱蜡。

将模组浇口杯朝下放在高压釜中，通入热蒸气，使型壳与熔模加热，在1min内熔模就开