CN103769528B - 具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型(ceramic？mold)组合物，用于盛接熔融金属，所述陶瓷铸型组合物为堇青石-莫来石晶相，实质上包含下列按重量计至少96％的氧化物，其中SiO₂为51-52%、AL₂O₃为34.5-35.5%、CaO为0.5-0.8%、MgO为5.0-5.5%、K₂O为0.45-0.55%、Na₂O为0.9-1.0%、Fe₂O₃为1.0-1.05%、以及TiO₂为0.96-0.98%。所述陶瓷铸型组合物是以按重量计45-55%的煅烧高岭土、15-25%的球土、15-25%的烧滑石以及5-15%的石英砂配比，在1200℃烧结(sintering)成。上述具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型耐热性能佳，耐冷热急变性能强，具有减小制品变形，提高制品强度的效果。<!--1-->

Description

具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷铸型及其制备方法，尤其涉及一种用于盛接熔融金属的陶瓷铸型及其制备方法。

背景技术

目前在水龙头等卫浴五金行业，主要利用金属型铸造(metalmoldcasting)和砂型铸造(sandmoldcasting)技术来生产水龙头等卫浴五金铸件，这两种铸造技术均存在耗材多、成本高等缺陷。

金属型（metalmold）是由耐热金属材料制作而成（如：钢、紫铜、红铜等），价格昂贵，且模具加工周期长、加工过程中刀具磨损及刀具修复次数多、模具材料回收利用较低，因此使用金属型模具生产费用过高。此外金属型铸造具有导热快、无退让性及无透气性等性质，因此使铸件容易出现冷隔与浇不到、裂纹、气孔等缺陷。目前卫浴五金一般以黄铜、低铅铜或者无铅铜等合金铜制成，由于金属型模具导热性能强，当合金铜熔液注入金属模具浇道时，迅速进行热传递，使合金铜熔液温度大幅度的下降而导致合金铜熔液的流动性变慢，为了做出完整的产品及提高良品率，以目前的卫浴五金行业的铸造技术，产品的壁厚一般在2.8mm-3mm，耗材多，成本较高。

砂型(sandmoldcasting)是一种以砂作为主要造型材料，制作铸型的传统铸造工艺。然而，每个砂质铸型只能浇注一次，获得铸件后铸型即损坏，必须重新造型，因此砂型铸造的生产效率较低；砂的整体性质软而多孔，刚度不高，因此砂型铸造的铸件尺寸精度较低，表面也较粗糙；砂型铸造的铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷；砂型铸造占用场地大，生产效率低，粉尘大。

鉴于以上铸造技术的不足，卫浴五金行业又面临少量多样生产、铜等金属材料价格上涨（合金铜等材料成本占企业资金60%以上），人工成本日益提升等等。因此，提高生产效率、减少耗材，降低生产成本，成为卫浴五金行业不得不面对的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型组合物，用于盛接熔融金属，克服现有金属型铸造中出现的开裂、应力集中等问题，可以将铸件的壁厚降到1.9-2.2mm，可降低耗材成本，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明，提出的具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型组合物为堇青石-莫来石晶相，实质上包含下列按重量计至少96％的氧化物，其中SiO₂：45-55%、AL₂O₃：30-40%、CaO：0.5-1.2%、MgO：4-9%、K₂O：0.3-0.8%、Na₂O：0.5-1.0%、Fe₂O₃：0.8-1.5%、以及TiO₂：0.5-1.2%。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现。

为达到上述目的，前述的陶瓷铸型组合物实质上包含下列氧化物，按重量计为SiO₂：51.64%、AL₂O₃：35.17%、CaO：0.69%、MgO：5.25%、K₂O：0.51%、Na₂O：0.95%、Fe₂O₃：1.04%、以及TiO₂：0.97%。

为达到上述目的，前述的陶瓷铸型组合物是以按重量计45-55%的煅烧高岭土、15-25%的球土、15-25%的烧滑石以及5-15%的石英砂配比，在1200℃烧结成。前述的原料烧结成的陶瓷铸型组合物的吸水率为19.2%。

为达到上述目的，前述的陶瓷铸型组合物的原料按重量计为50%的煅烧高岭土、20%的球土、20%的烧滑石以及10%的石英砂。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现。制备具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型的方法，包含以下步骤：以原料：球：水＝1：2：0.5的配比，球磨成细度为3至5g/100ml(325目筛上物)的浆料，其中所述原料组成按重量计为：煅烧高岭土：45-55%；球土：15-25%；烧滑石：15-25%；以及石英砂：5-15%；将磨好的浆料灌入铸模(pattern)中形成陶瓷铸型腔并干燥；以及在1200℃烧结成具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型。

为达到上述目的，具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型原料按重量计为50%的煅烧高岭土、20%的球土、20%的烧滑石以及10%的石英砂。

为达到上述目的，所述浆料细度为3.5g/100ml。

为达到上述目的，所述铸模为石膏铸模(plasterpattern)。

通过上述技术方案，本发明的具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型组合物至少具有下列优点及有益效果：

第一，本发明的陶瓷铸型是由陶瓷质耐火材料制成，透气性、退让性好，可改善目前金属型铸造中出现的浇铸难点，如开裂、应力集中等问题；

第二，本发明的陶瓷铸型可应用于重力铸造和砂铸，因为导热性较低，在浇铸过程中合金铜等金属材料熔液的热量不会迅速流失，能减少工件壁厚到1.9-2.2mm，降低耗材成本；

第三，本发明的陶瓷铸型成形模具有良好的抗热疲劳强度，可重复多次使用；

第四，陶瓷铸型成形模的材料便宜、加工周期短、加工过程中刀具磨损率低且刀具修复次数少，因此，模具加工成本低廉。与金属型模相比，陶瓷铸型成形模的费用较低，可适用于大批量生产，也可以用于少量多样生产。

综上所述，本发明陶瓷铸型模具及其铸造方法克服了目前铸型铸造的缺陷、减少了材料的消耗，并且降低了生产成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为采用现有工艺的铸造结果示意图；

图2为采用本发明具体实施方式的工艺的铸造结果示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技艺的的人士可由本说明书所揭示的的内容了解本发明的其它优点与功效。

于本说明书中，除非另有说明，否则具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型配方所包含的组成分皆以合金总重量为基准，并以重量百分比(wt％)表示。

于本说明书中，所述“陶瓷铸型”（ceramicmold）指用陶瓷材料烧制而成的铸型。用陶瓷浆料灌注到模板上或芯盒中、硬化、起模、烧结以形成陶瓷铸型的方法，称为“陶瓷铸型制备”（ceramicmolding）。所述“烧结”（sintering）指陶瓷铸型制备的工序，陶瓷铸型在浇注前加热到一定温度烧结成型以增加铸型的强度。在陶瓷铸型中浇注铸件的铸造方法，称为“陶瓷铸型铸造”（ceramicmoldcasting）。

于本说明书中，所述“铸模”（pattern）指由材料（例如石膏）制成，用来形成铸型型腔的工艺装备。

以下，将以示例性实施例详细阐述本发明。

根据本发明一实施例，具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型组合物是以按重量计50%的煅烧高岭土（Calcinedalumina）、20%的球土（Ballclay）、20%的烧滑石（Calcinedtalc）以及10%的石英砂（Quartzsand）配比，以原料：球：水＝1：2：0.5的配比，球磨成细度约为3.5g/100ml的浆料，磨好的浆料灌入石膏铸模中形成陶瓷铸型腔并干燥；在1200℃烧结成具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型。

本发明实施例的陶瓷铸型是用在浇铸熔融金属（例如铜水），必需具有耐高温冷热急变性的能力，一般生产卫生瓷器的泥浆配方无法满足此条件。因此需要高温耐火的配方。因此原料配方是依据耐火材料的成分所选定，原料化学成分如下表一所示：

表一

选用的原料之中，煅烧高岭土为高温耐火材料，矿物组成为莫来石（mullite）晶相，耐冷热急变性能强，可提高坯体的抗热变形能力。烧滑石可提供镁源,球土一般作为增塑剂，在此球土可与烧滑石在高温反应成堇青石（2MgO·2AL₂O₃·5SiO₂），提高耐热性能。石英砂能提高烧成时高温液相粘度，减小制品变形与提高制品强度。

依照上述工艺烧结成的陶瓷铸型吸水率为19.2%。吸水率检测方法为：

试块在105-110℃恒温干燥箱内烘干至恒重，测量其重量（G1），将冷却的试块在水中煮沸2小时，在原水中泡20小时，取出试块用拧干的毛巾擦去试块表面的附水，然后称量试块的重量（G2）后进行结果计算。

试验例：

较利用本发明的制备方法烧成的陶瓷铸型，浇注铜水进行铸造后的制品，与现有工艺铸造的制品(见图1)的差异。

试验例的陶瓷铸型，包括内部结构砂芯和陶瓷铸型型腔，陶瓷铸型型腔由陶瓷质耐火材料制成，陶瓷铸型型腔与内部结构砂芯对应定位而形成匹配于铸件本体形状的型腔。

试验例的陶瓷铸型铸造方法，包括以下步骤：

(一)陶瓷铸型型腔加工：在模具加工机床上安装好由陶瓷质耐火材料制成的棚板，同时根据铸件外型的结构大小调整好模具加工参数，在棚板上加工成形陶瓷铸型型腔；

(二)砂芯制作：在砂芯机上安装好砂芯模具，同时根据铸件的结构大小调整好制芯参数制作出砂芯；

(三)向陶瓷铸型的型腔表面喷洒一层脱模剂，脱模剂主要为石墨水；

(四)模具预热：将陶瓷铸型型腔放置在加热装置上预热10-20分锺，预热后的陶瓷铸型型腔温度控制在200-300摄氏度；

(五)合模：将陶瓷铸型型腔与内部结构砂芯对应定位而形成匹配于铸件本体形状的型腔；

(六)浇铸：合模后放置在浇铸机上进行转动浇铸，铜合金浇铸温度控制在1100±50摄氏度，浇铸时间控制在10-15秒；

(七)脱模：浇铸完毕后的铸件10-15秒(或30-50秒)后从陶瓷铸型型腔中取出，根据铸件冒口和较厚部分的凝固情况而确定脱模时间。

图1采用现有工艺的铸造结果示意图；图2为采用本发明具体实施方式的工艺的铸造结果示意图。在图1中以传统浇铸方式得到的壁厚约为3mm，而在图2中以本发明的制备方法烧成的陶瓷铸型浇铸铸件得到的壁厚约为2mm，有效降低铸件耗材使用量。

根据上述结果可知，本发明的陶瓷铸型型腔的导热性较低，在浇铸过程中金铜等金属材料熔液的热量不会迅速流失，可以将铸件的壁厚降到1.9-2.2mm，可降低耗材成本。除此之外，本发明的陶瓷铸型由陶瓷质耐火材料制成，透气性、退让性好，可改善目前金属型铸造中出现的浇铸难点，如开裂、应力集中等问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型组合物，用于盛接熔融金属，其特征在于，所述陶瓷铸型组合物为堇青石-莫来石晶相，实质上包含下列按重量计至少96％的氧化物，其中SiO₂：45-55％、AL₂O₃：30-40％、CaO：0.5-1.2％、MgO：4-9％、K₂O：0.3-0.8％、Na₂O：0.5-1.0％、Fe₂O₃：0.8-1.5％、以及TiO₂：0.5-1.2％；

所述陶瓷铸型组合物是以下列原料配比在1200℃烧结成，所述原料按重量计为：

煅烧高岭土：45-55％；

球土：15-25％；

烧滑石：15-25％；以及

石英砂：5-15％。

2.根据权利要求1所述的具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型组合物，其特征在于，所述陶瓷铸型组合物实质上包含下列氧化物，按重量计为SiO₂：51.64％、AL₂O₃：35.17％、CaO：0.69％、MgO：5.25％、K₂O：0.51％、Na₂O：0.95％、Fe₂O₃：1.04％、以及TiO₂：0.97％。

3.根据权利要求1所述的具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型组合物，其特征在于，所述原料按重量计为：

煅烧高岭土：50％；

球土：20％；

烧滑石：20％；以及

石英砂：10％。

4.根据权利要求3所述的具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型组合物，其特征在于，所述烧结成的陶瓷铸型组合物的吸水率为19.2％。

5.一种制备具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型的方法，其特征在于，包含以下步骤：

以原料：球：水＝1：2：0.5的配比，球磨成细度为3至5g/100ml(325目筛余)的浆料，其中所述原料组成按重量计为：煅烧高岭土：45-55％；球土：15-25％；烧滑石：15-25％；以及石英砂：5-15％；

将磨好的浆料灌入石膏铸模中形成陶瓷铸型腔并干燥；以及

在1200℃烧结成具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型。

6.根据权利要求5所述的制备具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型的方法，其特征在于，所述原料按重量计为：煅烧高岭土：50％；球土：20％；烧滑石：20％；以及石英砂：10％。

7.根据权利要求5所述的制备具有抗冷热急变性质的陶瓷铸型的方法，其特征在于，所述浆料细度为3.5g/100ml。