离心铸造_用量约为示意图中A量

　　3.1.1 定义：陶瓷型铸造是以硅酸乙酯为 粘结剂，与耐火材料、催化剂和一些附 加物混合搅拌成浆料，然后将浆料灌注 成铸砂，在催化剂的作用下，液态的浆 料逐渐发生胶凝、固化，再经过焙烧 终形成陶瓷型的铸型（芯）的一种精密 铸造成形方法。

　　陶瓷型铸造（Ceramic Mold Casting）是在砂型铸 造和熔模铸造基础上发展起来的一种铸造方法，离心铸造又 称Shaw Process肖氏法，它是用高质量陶瓷浆料形 成铸型型腔的方法。

　　由于使用的耐火材料成分及其外观都与陶瓷相似， 故称为陶瓷型。采用这种铸造方法浇出的铸件，具 有较高的尺寸精度和表面光洁度，所以这种方法又 叫陶瓷型精密铸造。

　　首先将模型固定于模板上（a）； 再套上砂箱（b）； 将预先调好的陶瓷浆料倒入砂箱（c）； 将表面刮平，等待结胶硬化（d）； 待浆料一旦出现弹性即可进行起模（e）； 随即点火喷烧（吹压缩空气助燃）（f）； 待火熄灭后，移入高温炉中焙烧即成所需的陶瓷型。

　　➢ 陶瓷浆料多，成本高 ➢ 透气性差 ➢ 型壁厚，喷烧时产生较大变形 ➢ 用于制陶瓷芯或陶瓷镶块

　　复合陶瓷铸型，即与金属液直接接触的面层，灌注 陶瓷浆料，而其余部分用砂套或金属套代替。

　　目前生产上应用广的是CO2水玻璃砂底套陶瓷型。 CO2水玻璃砂套有强度高、透气性好、制作简便等 优点。其特殊之处，在于实现要准两个模型，一 个用于灌陶瓷浆料的铸件模，另一个用于制造底套 ，其尺寸较铸件模大。

　　➢ 用陶瓷浆料形成铸型型腔，型腔表面光洁 （Ra10~1.25μm）、尺寸（CT3~5级）

　　➢ 生产周期短，金属利用率高 ➢ 不适合做孔深或多分型面的铸件 ➢ 存在灌浆过程，不适合浇注批量大的铸件，难

　　主要用于生产各种金属模具：玻璃制品模具、 塑料制品模具、橡胶制品模具、锻造用模具、 铸造用模具等。

　　• 3．催化剂，陶瓷浆料所用的催化剂有氢氧化钙、 氧化镁、氢氧化钠以及氧化钙等。

　　• 4．脱膜剂，常用的脱模剂有上光蜡，变 压器油，机油、有机硅油及凡士林等。

　　• 5．透气剂，在陶瓷浆料中加入透气剂以 改善陶瓷型的透气性。常用的透气剂是双氧水，离心铸造 其加入量为耐火粉料重量的0．2～0．3%。

　　粉液比即耐火材料和黏结剂之间的比例。粉 液比大，虽然强度会高些，但陶瓷浆料的流动性 差，表面光洁度差。如果粉液比小，虽然流动性 会好，表面光洁度较好，但容易产生裂纹。

　　水解时，先在容器内放入纯净水，然后加入酒精，搅拌均匀，随 后量取盐酸及醋酸加入容器内，搅拌均匀。然后将搅拌器一直处于 搅拌状态，然后缓慢加入硅酸乙酯，其水解的反应方程式如下：

　　由于该反应为放热反应，水解的温度过高或过低都会影响水解液 质量。温度控制在 40-55℃范围之内。因此，在加入硅酸乙酯 的过程中，若温度过高，则需在水解容器外面加冷却水；若温度过 低，则需加大硅酸乙酯的流量，整个水解过程都需在密闭容器内进 行，防止溶剂酒精的挥发。硅酸乙酯加入完毕后，需继续搅拌 2-3 小时，然后装入密闭容器内，待其陈化 24 小时后方可使用。

　　• 陶瓷型铸造通常用硅酸乙酯-32（30％～34 ％SiO2）和硅酸乙酯-40（38％～42％ SiO2）。

　　• 在采用相同的SiO2含量条件下，硅酸乙酯40比硅酸乙酯-32的强度高，硅酸乙酯的杂 质含量低，耐火度高，因而实践中硅 酸乙酯-40。

　　• 为使硅酸乙酯水解液具有稳定性好、成壳强度高 和合适的硬化速度等特性，水解液需有合适的成

　　分含量，其中主要的是加水量的计算。加水量应 使水解后硅酸乙酯中的H2O和SiO2有适当的摩尔 比，一般控制在0.25～0.75之间。溶剂的加入量 直接影响到水解液中的SiO2含量，水解液中SiO2 的含量应控制在18～22％，当SiO2的含量在20％ 时，型壳的强度。水解液的pH值一般在1～2， 相应的盐酸含量约为0.036%~0.36%，一般取0.2 ％。

　　• 水解硅酸乙酯即硅酸胶体，其自身的胶凝时间很 长，而作为陶瓷型的粘结剂时必须缩短其胶凝时 间。因此应加入催化剂来加速和控制其凝固时间。

　　• 催化剂的种类很多，主要分为有机催化剂和无机 催化剂两类，有机催化剂的性能稍好一些。

　　用有机催化剂的陶瓷型强度高，同时取模 时间范围大（半小时），使操作方便， 用量约为示意图中A量

　　➢ 目的是增加陶瓷型的透气性 ➢ 多采用燃烧后可升华的物质：酚醛树脂、淀粉 ➢ 发气物质：碳酸钡、双氧水

　　可用双氧水H2O2≥29%（分析纯）作透气 剂，加入量为耐火材料重量的0.2%左右 ➢ 透气剂会使陶瓷型强度下降，一般不加

　　如防止喷烧时产生大裂纹，可在水解液中加 入0.5%左右的甘油或醋酸（提高陶瓷型的韧性）。

　　• 在铸造尺寸和光洁度要求高的合金钢锻模、压 铸型、玻璃器皿模具时，应采用耐高温的、热 稳定性好的刚玉粉、锆砂粉或碳化硅作为陶瓷 型浆料的耐火材料。

　　• 对于铸铁件或铝铸件可采用价格较便宜的铝矾 土或石英粉作为耐火材料，并正确选择耐火材

　　为在保证浆料足够流动性的前提下，粘结剂 的加入量越少越好，尽量增加浆料中固体的 含量，以增加浆料的稠度。

　　搅拌时间不能过长，由下图AB为搅拌时间 （结胶时间），BC就应灌浆 过短：

　　灌浆时，浆料倒入速度不应过快，以防卷气，边 灌浆边振动，排除浆料中的气体。

　　灌浆之后的结胶时间应注意控制,大件控制在 8~15min，小件控制在4~6min（如何控制？）， 在保证能充满型的前提下，尽可能缩短结胶时间。

　　• 不能立即起模，一般在结胶后5~15min，待 陶瓷层稍有弹性时，起模效果。

　　➢ 用无机催化剂时，起模时间=2倍结胶时间 ✓过早起模，铸型未结胶而破坏 ✓过迟起模，铸型无弹性而破坏

　　• 起模时先将浇注系统、通气棒取出，然后垂 直取出母模（不可敲动），常采用机械起模。

　　主要采用立刻点火并吹压缩空气的方式进行 喷烧，从而使陶瓷型的表面有一定的强度和 硬度。

　　• 焙烧的目的是去除陶瓷型内残存的乙醇、 水分和少量的有机物，并使陶瓷层的强度 增加。

　　• 全部由陶瓷浆料灌制的陶瓷型，焙烧温度 可高达800℃，焙烧时间2~3h，出炉温度应 在250℃以下，以防止产生裂纹。

　　• 经过喷烧后，有机溶剂的80％～90％可以去掉， 残留部分经过焙烧可以完全挥发掉。所以，喷 烧过的陶瓷型一定要经过焙烧。但是，焙烧会 使铸型的尺寸膨胀，温度越高膨胀就越大。陶 瓷型放入高温炉里焙烧时，型腔的工作面要向 上平放，切忌型腔面侧立或向下倒放。同时， 砂底套也应该放在一块平板上，以防止变形影 响铸型的尺寸。

　　• 可采用的浇注方法有重力浇注、低压浇注 等。陶瓷型多采用热型浇注，浇注时陶瓷 型的温度应保持在200℃左右。浇注时注意 挡渣，浇注温度和浇注速度略高于砂型铸 造。浇注后铸件在型内冷却至室温才 开箱，以防铸件产生裂纹或变形。

　　• 按常规，硅酸乙酯水解需要加入乙醇，水解液存放12h 以后，才能进行制浆。无醇陶瓷型工艺，是指在硅酸乙酯 的水解过程中不需要加入乙醇，直接将耐火材料与硅酸乙 酯，水盐酸和促凝剂混合在一起，充分搅拌。在搅拌过程 中硅酸乙酯与耐火材料相互接触产生机械摩擦，并且在盐 酸的催化作用下，进行缓慢水解。部分水解的硅酸胶体在 促凝剂的作用下，将进行逐步胶凝，即经过一段时间的搅 拌，把机械式水解和陶瓷灌浆结合在一体，完成水解灌浆 工艺。它的优点是：陶瓷型强度较高；简化了水解工艺； 避免了水解液的配制误差而造成的浪费，适合于单件生产。 它的缺点是：搅拌时间较长；由于盐酸较多（5％～7％） 有较强烈的气味，劳动条件较差，对复杂的铸件成形性较 差、透气性差。

　　（1）CAD和 RP技术制造母模 根据零件CAD模型，快速自动完成复杂的三维

　　实体(模型)制造RP技术可直接或间接用于模具制 造，具有技术先进、成本较低、设计制造周期短 和精度适中等特点。从模具的概念设计到制造完 成，仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的 1/4左右。

　　目前，陶瓷型制新工艺中应用广泛的应属 薄壁陶瓷型，其次涂敷浆砂制陶瓷型也得到了 较好的推广，还有喷涂法制陶瓷型和复合陶瓷 型等。

　　模具表面品质对模具使用寿命、制作外观品质 等方面均有较大影响，我国目前仍以手工研磨抛 光为主，离心铸造品质不稳定，故采用机械抛光为好。而 数控研磨机可实现三维曲面模具的自动化研磨抛 光，特种研磨与抛光方法如挤压衍磨、电化学抛 光、超声抛光以及复合抛光等效果更好，可以明 显提高模具的表面品质。

　　长期以来硅酸乙酯水解液一直作为重要的黏结 剂广泛应用于铸造行业。但是随着人们对产品的 要求越来越高和硅酸乙酯水解液自身的各种缺 陷，20世纪60年代，硅溶胶作为黏结剂应用于铸 造领域，立即以其无可比拟的优势逐步取代了曾 经广泛使用的制工艺复杂、有污染和成本高的 硅酸乙酯解液。

　　硅溶胶以其独特的优点（如价格低廉、无需水 解工序，不存在VOC问题、生产工艺简单、浆料 性能稳定和废弃的陶瓷浆料可重复利用等）受到 大多数专家和铸造企业的广泛青睐。

　　目前，硅溶胶用于陶瓷型铸造已经得到进一步 研究。因此，硅溶胶和快干硅溶胶即将成为陶瓷 型铸造较合适的黏结剂。

　　1、试述陶瓷型铸造的特点及应用范围。 2、为什么广泛采用复合陶瓷型，而不使用单一 陶瓷型？ 3、灌浆时间应如何控制？灌浆过早、过迟会产 生什么问题？ 4、陶瓷型铸造在浇注与清理环节应注意哪些问 题？
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