熔融石英在硅溶胶型壳中的应用实践

铸造籍君豪等：熔融石英在硅溶胶型壳中的应用·７８９·②熔融石英粉一硅溶胶涂料对蜡模表面的润湿性很差。

其涂挂性、覆盖性和流平性远不如锆英粉一硅溶胶涂料，也不及刚玉粉及精制石英一硅溶胶涂料，这些直接影响到铸件表面质量。

③相对于高岭石熟料其成本高３￣４倍。

阻碍了它在型壳背层中的推广应用（尤其对于附加值较低的商业铸件）。

如何扬长避短，在型壳中合理利用熔融石英解决硅溶胶型壳的两大难题是精铸工作者努力的方向。

２熔融石英在面层型壳中的应用美国２００２年精铸型壳耐火料中熔融石英已占３０％，铝硅系耐火料占５５％回。

据统计背层耐火材料约占硅溶胶型壳的８０％，面层耐火料占２０％，故美国已使用的熔融石英３０％中有２５％用于背层，仅５％用于面层。

主要是在锆英粉涂料中加入５％～１０％的熔融石英粉来改善深孔或复杂件脱壳性。

在国外典型面层涂料配方中均有此工艺。

生产实践也证实，在面层型壳中（砂或粉料）应用熔融石英比在背层型壳中困难得多。

２．１在面层型壳撒砂中的应用２．１．１面层型壳石英砂撒砂料的性能调整采用锆英石粉一硅溶胶涂料，只将撒砂由锆英石改为熔融石英砂（１００／１２０目），经多次生产验证存在以下几方面质量问题。

（１）蒸汽脱蜡后型壳内表面有多处细长裂纹出现（同时脱蜡的撒锆英石砂型壳无裂纹）。

浇注后，型壳表面出现许多长条状飞翅（披锋）。

（２）浇注后铸件结构复杂处（直角凹槽处）有穿钢现象。

解剖脱蜡后的型壳，发现直角处有因硅溶胶回溶型壳开裂的孔洞。

同批、同一操作者撒锆英石砂，型壳此类废品极少（低于５％），而撒熔融石英砂相同零件同一部位穿钢数多达３０％～５０％，从而排除了操作不当因素。

使用的熔融石英砂，均经过１５０目筛网过筛，过１５０目的粉尘含量低于０．５％。

这也排除了砂中粉尘过多引起穿钢的原因。

由于熔融石英线膨胀系数很小，型壳在脱蜡及高温焙烧后，撒砂料与面层锆英石粉料膨胀系数相差过大而导致型壳裂纹及铸件表面产生飞翅缺陷。

２０１０重庆铸造年会论文集石英材料在碳钢硅溶胶精密铸造中的应用夏宏举重庆江增铸造有限公司摘要：生产硅溶胶碳钢铸件时，用石英粉替代昂贵的锆英粉和棕刚玉粉做面层涂料，既能保证铸件质量，也可以降低成本，提高铸件清砂效率。

一、目前国内硅溶胶精密铸造工艺现状目前国内硅溶胶精密铸造企业大多数面层采用的材料是锆英，也有部分厂家采用刚玉。

采用锆英作为面层材料，莫来石作为过渡层和背层材料的型壳，由于材料热膨胀率基本一致，型壳高温强度高；采用刚玉材料作为面层材料，莫来石作为过渡层和背层材料的型壳，由于刚玉的热膨胀率略大于莫来石，因此型壳高温强度略小于锆英作面层的硅溶胶型壳。

这两种型壳的优点是：１、制作的型壳高温强度较高。

２、耐火度高。

３、高温下化学性能稳定，不易与金属材料中的化学元素发生化学反应。

缺点是：ｌ、脱壳性较差。

２、清理难度大。

３、成本高。

于是对耐火材料进行分析，发现石英类材料的优点是：ｌ、有良好的脱壳性。

２、成本也低。

缺点是：ｌ、耐火度低。

２、高温下易与金属材料中的Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ等元素发生反应，不适于生产不锈钢和高温合金。

３、热膨胀率大，型壳强度低。

如何在生产碳钢中能够让硅溶胶型壳既有较高的强度又有良好的脱壳性成了我们大家所希望的。

二、耐火材料工艺性能分析石英材料有硅砂（粉）、熔融石英。

自然界存在的硅砂大多是Ｄ石英，密度为２．６５９／ｅｍ３，线膨胀系数在０－１０００℃为１２．３ｘ１０’℃，在加热到５７３℃时ｐ石英转变为ｑ石英，体积将骤然膨胀０。

８２％，ｎ石英线膨胀率为１Ａ％。

在５７３℃以上的多晶转变由于进行缓慢，在铸造条件下发生的可能性很小。

熔融石英导热系数低，热膨胀系数为０．５１－ｏ．６３ｘｌＯ勺℃，但价格较贵，因此只考虑石英砂（粉）。

制壳过渡层材料和背层所用莫来石材料的热膨胀系数为５ｘ１０击／＇Ｃ，与石英砂（粉）的热膨胀系数１２．３×１０勺℃相差很大，制壳工艺２５８制定时要考虑型壳的漏壳问题。

熔融石英的性能特点和使用一、熔融石英的性能特点和使用熔融石英材料在精铸型壳的使用上国外发达国家如美国的使用量和日本的使用量不断地逐年增加，特别是在硅溶胶型壳的面层方面有了很有经验的效果，在同锆英材料的使用和价格比上有了较大突破，是目前较为理想的工程应用材料。

熔融石英是用天然高纯度二氧化硅经电炉在高于1760℃以上温度熔融，随后快速冷却而制得的。

此过程将晶型SiO2转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，热膨胀系数几乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有极高的热震稳定性。

所以，在焙烧和浇注过程中熔融石英型壳很少因温度剧变而破裂，是理想的熔模铸造制型的耐火材料，可作为面层或背层涂料用的耐火材料，以及撒砂材料。

熔融石英会部分或全面提高型壳性能。

熔融石英热膨胀系数小，有利于防止型壳在脱蜡和焙烧过程中开裂、变形，利于确保铸件尺寸稳定。

熔融石英纯净度高，所配涂料稳定性好；型壳高温抗蠕变能力提高。

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，大多数金属液对它的润湿性较差，使得金属凝固层与型壳内表面间易产生间隙，热导率进一步减小，有利于壁薄铸件充型。

在高温下熔融石英的透明度高，能通过辐射传热，使其导热能力超过硅酸铝类壳。

而使铸件冷却较快，更易获得健全铸件。

铸件冷却时方石英又从高温型转变为低温型，同时体积产生骤变，使型壳出现无数裂纹，强度剧降，有利于脱壳进行。

熔融石英为酸性，能采用碱煮、碱爆等化学清砂方法去除型壳。

熔模铸造用熔融石英，其中SiO2所占的质量分数应为99.5%，配涂料用的粉料最好是270目或320目细粉占50%（质量分数），200目和120目粉各占25%（质量分数）。

①为0℃~1200℃间的膨胀系数平均值。

②400℃的热导率。

③1200℃热导率。

熔融石英及制品有三大特点：在所有耐火材料中，线膨胀系数最小（在1000℃的热胀率0.05）；热导率最低，在1000℃热导率0.836W/（m·K）（0.02cal/cm·s·℃）；抗热震性最好（在1200℃~水冷的抗震性），10次都不产生裂纹。

熔融石英的性能特点和使用一、熔融石英的性能特点和使用熔融石英材料在精铸型壳的使用上国外发达国家如美国的使用量和日本的使用量不断地逐年增加，特别是在硅溶胶型壳的面层方面有了很有经验的效果，在同锆英材料的使用和价格比上有了较大突破，是目前较为理想的工程应用材料。

熔融石英是用天然高纯度二氧化硅经电炉在高于1760℃以上温度熔融，随后快速冷却而制得的。

此过程将晶型SiO2转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，热膨胀系数几乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有极高的热震稳定性。

所以，在焙烧和浇注过程中熔融石英型壳很少因温度剧变而破裂，是理想的熔模铸造制型的耐火材料，可作为面层或背层涂料用的耐火材料，以及撒砂材料。

熔融石英会部分或全面提高型壳性能。

熔融石英热膨胀系数小，有利于防止型壳在脱蜡和焙烧过程中开裂、变形，利于确保铸件尺寸稳定。

熔融石英纯净度高，所配涂料稳定性好；型壳高温抗蠕变能力提高。

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，大多数金属液对它的润湿性较差，使得金属凝固层与型壳内表面间易产生间隙，热导率进一步减小，有利于壁薄铸件充型。

在高温下熔融石英的透明度高，能通过辐射传热，使其导热能力超过硅酸铝类壳。

而使铸件冷却较快，更易获得健全铸件。

铸件冷却时方石英又从高温型转变为低温型，同时体积产生骤变，使型壳出现无数裂纹，强度剧降，有利于脱壳进行。

熔融石英为酸性，能采用碱煮、碱爆等化学清砂方法去除型壳。

熔模铸造用熔融石英，其中SiO 2所占的质量分数应为99.5%，配涂料用的粉料最好是270目或320目细粉占50%（质量分数），200目和120目粉各占25%（质量分数）。

①为0℃~1200℃间的膨胀系数平均值。

耐火材料 化学组成 化学性质熔点/℃莫氏硬度 密度/（g/cm 3)膨胀系数①/×10-71/℃ 热导率/[W/(m 2.k)] 浸出性比较 颜色熔融石英 SiO 2 酸性 1713 7 2.251.951②在热浓碱和氢酸条件下有良好的可溶性 白色电熔刚玉 Al 2O 3 两性 2030 9 3.99~4.0 86 12.560②在热碱条件下反应很差 白色 莫来石 3Al 2O 3·2SiO 2 两性2030 6~72.7~2.9541.214② 在热碱条件下有轻微反应 灰色到棕黄色 高岭石 熟料 弱酸性 1700~1790 ~5 2.4~2.6 50- 在热碱条件下有轻微反应 灰色到棕黄色 锆砂 ZrSiO 4 弱酸性 <1948 7~8 4.5~4.9 46 2.094③在热碱条件下有中等反应 白色到棕黄色 氧化锆ZriO 2碱性26007~85.760-②400℃的热导率。

熔融石英的性能特点和使用一、熔融石英的性能特点和使用熔融石英材料在精铸型壳的使用上国外发达国家如美国的使用量和日本的使用量不断地逐年增加，特别是在硅溶胶型壳的面层方面有了很有经验的效果，在同锆英材料的使用和价格比上有了较大突破，是目前较为理想的工程应用材料。

熔融石英是用天然高纯度二氧化硅经电炉在高于1760℃以上温度熔融，随后快速冷却而制得的。

此过程将晶型SiO2转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，热膨胀系数几乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有极高的热震稳定性。

所以，在焙烧和浇注过程中熔融石英型壳很少因温度剧变而破裂，是理想的熔模铸造制型的耐火材料，可作为面层或背层涂料用的耐火材料，以及撒砂材料。

熔融石英会部分或全面提高型壳性能。

熔融石英热膨胀系数小，有利于防止型壳在脱蜡和焙烧过程中开裂、变形，利于确保铸件尺寸稳定。

熔融石英纯净度高，所配涂料稳定性好；型壳高温抗蠕变能力提高。

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，大多数金属液对它的润湿性较差，使得金属凝固层与型壳内表面间易产生间隙，热导率进一步减小，有利于壁薄铸件充型。

在高温下熔融石英的透明度高，能通过辐射传热，使其导热能力超过硅酸铝类壳。

而使铸件冷却较快，更易获得健全铸件。

铸件冷却时方石英又从高温型转变为低温型，同时体积产生骤变，使型壳出现无数裂纹，强度剧降，有利于脱壳进行。

熔融石英为酸性，能采用碱煮、碱爆等化学清砂方法去除型壳。

熔模铸造用熔融石英，其中SiO 2所占的质量分数应为99.5%，配涂料用的粉料最好是270目或320目细粉占50%（质量分数），200目和120目粉各占25%（质量分数）。

①为0℃~1200℃间的膨胀系数平均值。

耐火材料 化学组成 化学性质熔点/℃莫氏硬度 密度/（g/cm 3)膨胀系数①/×10-71/℃ 热导率/[W/(m 2.k)] 浸出性比较 颜色熔融石英 SiO 2 酸性 1713 7 2.251.951②在热浓碱和氢酸条件下有良好的可溶性 白色电熔刚玉 Al 2O 3 两性 2030 9 3.99~4.0 86 12.560②在热碱条件下反应很差 白色 莫来石 3Al 2O 3·2SiO 2 两性2030 6~72.7~2.9541.214② 在热碱条件下有轻微反应 灰色到棕黄色 高岭石 熟料 弱酸性 1700~1790 ~5 2.4~2.6 50- 在热碱条件下有轻微反应 灰色到棕黄色 锆砂 ZrSiO 4 弱酸性 <1948 7~8 4.5~4.9 46 2.094③在热碱条件下有中等反应 白色到棕黄色 氧化锆ZriO 2碱性26007~85.760-②400℃的热导率。

熔融石英的性能特点和使用一、熔融石英的性能特点和使用熔融石英材料在精铸型壳的使用上国外发达国家如美国的使用量和日本的使用量不断地逐年增加，特别是在硅溶胶型壳的面层方面有了很有经验的效果，在同锆英材料的使用和价格比上有了较大突破，是目前较为理想的工程应用材料。

熔融石英是用天然高纯度二氧化硅经电炉在高于1760℃以上温度熔融，随后快速冷却而制得的。

此过程将晶型SiO2转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，热膨胀系数几乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有极高的热震稳定性。

所以，在焙烧和浇注过程中熔融石英型壳很少因温度剧变而破裂，是理想的熔模铸造制型的耐火材料，可作为面层或背层涂料用的耐火材料，以及撒砂材料。

熔融石英会部分或全面提高型壳性能。

熔融石英热膨胀系数小，有利于防止型壳在脱蜡和焙烧过程中开裂、变形，利于确保铸件尺寸稳定。

熔融石英纯净度高，所配涂料稳定性好；型壳高温抗蠕变能力提高。

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，大多数金属液对它的润湿性较差，使得金属凝固层与型壳内表面间易产生间隙，热导率进一步减小，有利于壁薄铸件充型。

在高温下熔融石英的透明度高，能通过辐射传热，使其导热能力超过硅酸铝类壳。

而使铸件冷却较快，更易获得健全铸件。

铸件冷却时方石英又从高温型转变为低温型，同时体积产生骤变，使型壳出现无数裂纹，强度剧降，有利于脱壳进行。

熔融石英为酸性，能采用碱煮、碱爆等化学清砂方法去除型壳。

熔模铸造用熔融石英，其中SiO2所占的质量分数应为99.5%，配涂料用的粉料最好是270目或320目细粉占50%（质量分数），200目和120目粉各占25%（质量分数）。

①为0℃~1200℃间的膨胀系数平均值。

②400℃的热导率。

③1200℃热导率。

熔融石英及制品有三大特点：在所有耐火材料中，线膨胀系数最小（在1000℃的热胀率0.05）；热导率最低，在1000℃热导率0.836W/（m·K）（0.02cal/cm·s·℃）；抗热震性最好（在1200℃~水冷的抗震性），10次都不产生裂纹。

制壳耐火材料新秀——熔融石英—国外精铸技术进展述评(5)—原载《特种铸造及有色合金》，2005（5）：294~298熔融石英在精铸中应用虽然已有相当长的历史，但以往主要用作陶瓷型芯，用作型壳则主要用于面层，背层很少使用。

这种状况近10 年来在美、欧各国有很大改变。

2001年美国著名耐火材料生产厂商Minco 公司，公布了对美国熔模铸造行业制壳耐火材料使用现况的调查统计数据，各种耐火材料消耗量所占比例的大致如下[1]：铝-硅系耐火材料55％、熔融石英30％、刚玉9％、锆石6％可见在美国精铸业中，熔融石英异军突起，在精铸制壳耐火材料的使用量中，已仅次于铝-硅系材料，远远超过锆石等其他耐火材料，迅速成为制壳耐火材料的一枝新秀。

一．熔融石英与铝-硅系材料的比较2000年美国Minco Inc.在美国第48 届精铸年会和INCAST 2001(3)发表的论文[1][2]，对熔融石英和铝－硅系耐火材料进行了全面的分析对比。

主要结果如下：1）型壳重量熔融石英密度2.2g/cm3，铝-硅系材料约2.7g/cm3,故同样厚度型壳，前者重量明显轻于后者，有利于减轻工人劳动强度和机械手操作[1][2]。

2）热膨胀率图5-1 和图5-2 所示分别为脱蜡和焙烧过程中，这二种材料热膨胀率的比较[1][2]。

热膨胀系数小是熔融石英的一个很大的优点，有利于减小加热时，型壳内外因温度差造成的热应力，因而有利于防止脱蜡和焙烧过程中型壳开裂和变形。

同时，对提高铸件尺寸精度甚为有利。

所以，尺寸精度要求高的产品，就更适合采用熔融石英。

图5-1 脱蜡过程中二种材料热膨胀率的比较图5-2 焙烧过程中二种材料热膨胀率的比较3）力学性能和透气性表5-1所列为二种材料制得型壳的力学性能和透气性比较，结果显示，湿强度和断裂韧度，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[1][2]。

4）高温抗蠕变能力当采用熔融石英撒砂料代替硅酸铝时型壳高温抗蠕变能力提高（图5-3）[1][2] 。

熔融石英的性能特点和使用一、熔融石英的性能特点和使用熔融石英材料在精铸型壳的使用上国外发达国家如美国的使用量和日本的使用量不断地逐年增加，特别是在硅溶胶型壳的面层方面有了很有经验的效果，在同锆英材料的使用和价格比上有了较大突破，是目前较为理想的工程应用材料。

熔融石英是用天然高纯度二氧化硅经电炉在高于1760 C以上温度熔融，随后快速冷却而制得的。

此过程将晶型SiO2转变为非晶型的玻璃熔体。

熔融石英熔化温度约1713 C,导热系数低，热膨胀系数几乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有极高的热震稳定性。

所以，在焙烧和浇注过程中熔融石英型壳很少因温度剧变而破裂，是理想的熔模铸造制型的耐火材料，可作为面层或背层涂料用的耐火材料，以及撒砂材料。

熔融石英会部分或全面提高型壳性能。

熔融石英热膨胀系数小，有利于防止型壳在脱蜡和焙烧过程中开裂、变形，利于确保铸件尺寸稳定。

熔融石英纯净度高，所配涂料稳定性好；型壳高温抗蠕变能力提高。

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，大多数金属液对它的润湿性较差，使得金属凝固层与型壳内表面间易产生间隙，热导率进一步减小，有利于壁薄铸件充型。

在高温下熔融石英的透明度高，能通过辐射传热，使其导热能力超过硅酸铝类壳。

而使铸件冷却较快，更易获得健全铸件。

铸件冷却时方石英又从高温型转变为低温型，同时体积产生骤变，使型壳出现无数裂纹，强度剧降，有利于脱壳进行。

熔融石英为酸性，能采用碱煮、碱爆等化学清砂方法去除型壳。

熔模铸造用熔融石英，其中SiO2所占的质量分数应为99.5%，配涂料用的粉料最好是270目或320目细粉占50%（质量分数），200目和120目粉各占25% （质量分数）。

①为0 C〜1200 C间的膨胀系数平均值。

②400 C的热导率。

③1200 C热导率。

熔融石英及制品有三大特点：在所有耐火材料中，线膨胀系数最小（在1000 C的热胀率0.05 ）;热导率最低，在1000 C热导率0.836W/ （m • K）（0.02cal/cm • s ・C）；抗热震性最好（在1200 °C〜水冷的抗震性）,10次都不产生裂纹。