硅溶胶在精密铸造中的应用

      现代工业锻改铸、无切削、高表面光洁度、高精度等难以加工的复杂零件及组合件发展方向，为精密铸造工艺开创了广阔的应用前景；而军工、航天产品对精铸零件表面质量、外形尺寸要求很高，硅酸乙脂水解液又因为污染较大、制备工艺复杂、成本高等原因，而硅溶胶是采用特定的工艺从稀释的硅酸钠溶液制备的以不连续的无定型二氧化硅粒子为分散相、以水为分散介质的碱化稳定的胶态分散体系 ，其中的SiO2粒子表面经碱化、酸化、硅溶化改性处理之后，可与有机聚合物溶混而作为粘合剂使用。

      目前采用硅溶胶粘接剂制造陶瓷壳型，其工艺具有较多优点：配制工艺简便，涂料便于贮存，浸涂用过的料浆调整成分后可继续使用，减少了材料消耗,浸涂工艺性能稳定，容易操作，取消了用硅酸乙酯水解液时的氨干，工作环境得到改善，采用可控湿度的热风干燥，壳型强度高，保证了陶瓷壳型及精铸零件的质量，同时采用水基硅溶剂，安全性好。其不足之处：浸润性不如硅酸乙酯好，涂料流动性差，气泡不宜消除；同时水不如酒精挥发快，受操作环境湿度、温度影响大，致使生产周期相对较长。 

1、硅溶胶的特性硅

      溶胶是乳白色透明胶体。它与液体硅酸钠和硅酸乙酯水解液一样在制造陶瓷型壳时以硅酸胶体起黏结作用，其基本成分是无定型SiO2，粒子具有大的比表面积，带负电荷，水合硅醇层在干燥过程中提供湿强度，壳型焙烧时，大部分自由水分和结构水分蒸发掉，可获得最大强度，以承受浇铸熔融合金液的冲击作用。

      硅溶胶的重要特性之一是其稳定性。该稳定性与PH 值有关，PH为8.5～10最稳定。PH为2～4较稳定，PH为7左右最不稳定。硅溶胶中的电介质影响双电层结构的电荷分布，降低硅溶胶稳定性。制备硅溶胶的方法很多，如酸化法、渗析法、离子交换法、凝胶胶溶法、水解法等。

2、硅溶胶的选择

      硅溶胶的性能指标包括SiO2含量、密度、稳定剂的含量、PH 值、SiO2粒径等，特种硅溶胶需要表面改性或外加活性剂。

3、硅溶胶的配制

      对于高温合金、钢、钛合金、铝合金及铜合金等铸件，由于合金浇铸温度对不同陶瓷壳型岩相成分的要求也有所不同。但选用耐火粉料必须是能为硅溶胶所黏结，且在室温配制涂料时又不会引起料浆胶凝。常使用粒径为0.075mm左右的氧化铝、氧化锆、莫来石、铝矿石及石英玻璃粉，为了改善涂料的浸涂性，往往还要加入悬浮剂、矿化剂、渗透剂、流平剂等辅助材料。稀释剂常用去离子水或酒精。粉料的加入必须是边加入边搅拌，防止局部粉料过多吸水导致硅溶胶胶凝。选定配方后，涂料的性能由其粘度和密度来决定。随着涂料浸渍使用，其性能必然发生变化。水分蒸发减少，粘度提高，故需按计算量补加少许硅溶胶和去离子水，以保证原涂料SiO2含量及粘度。 

4、硅溶胶涂制过程的干燥

      涂制过程中的干燥条件是确保品质的重要因素，壳型干燥就是水分从壳型内部通过毛细作用传递到涂层表面，然后向外挥发的过程。因此受空气相对湿度、环境温度、气流速度、干燥时间、壳型材料等一系列因素的影响。

      在干燥过程中，水分从壳型表面不断蒸发而吸收热量,这会使蜡模温度下降、尺寸缩小、易产生表面缺陷。干燥过程应尽可能快,以防止壳内表面温度变化造成的影响。理想的干燥系统应能利用干燥过程的温度下降所需要的大量流动空气使湿球温度与浸涂室室温相平衡。

      可采用称重法、测量电阻法等在模壳干燥过程中监测每一层的干燥情况，直到壳型充分干燥后再涂下一层。

      模壳经脱蜡、焙烧后就成为可浇铸金属液的壳型，可用随炉试样检查每批型壳的性能。用不同硅溶胶制成的陶瓷型壳的强度和抗变形性能，通过数据分析可以看出国产硅溶胶型壳的强度水平及高温自重变形性能与国外先进品类的硅溶胶接近。