CN114736008B

CN114736008B - 一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN114736008B
Application number: CN202210659320.2A
Authority: CN
Inventors: 樊振中; 熊艳才; 陈军洲; 左强
Original assignee: AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Current assignee: AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Priority date: 2022-06-13
Filing date: 2022-06-13
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2042-06-13
Also published as: CN114736008A

Abstract

本发明提供了一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂及其制备方法和应用，所述球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：氧化锆5%~7%，二氧化硅6%~8%，三氧化二铝60%~62%，氧化镁6%~9%，氧化钇2%~4%，改性剂3%~4%，分散剂2%~3%，余量为膨润土。本发明的陶瓷颗粒砂的球形度高、热膨胀系数小，用于铸造型芯时所需的粘结剂用量少且型芯及铝合金铸件的尺寸精度更高；本发明的陶瓷颗粒砂的耐热性好、耐磨度高，在铸造生产时可通过加热混磨多次重复使用，批量使用成本低、且对环境的污染更低。

Description

一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于铸造及铸造用辅助材料领域，具体涉及一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂及其制备方法和应用。

背景技术

铝合金密度低、比强/刚度高、耐蚀性好、塑性好、加工性能优异，且具有良好的焊接性能，优良的导电性、导热性，在军工装备领域得到了广泛的应用。铝合金按照加工工艺主要可分为变形铝合金与铸造铝合金两类，其中铸造铝合金因具有良好的工艺流动性能与中等载荷承载能力，在导弹壳体、载油舱壳体、发动机附件机匣、发动机油路管道、汽车发动机缸体、汽车发动机缸盖等产品制造上得到了广泛的应用。目前现有的铸造成形工艺主要为砂型铸造，砂型铸造通常是选用硅砂作为主要的造型材料，硅砂来源广泛、价格低廉，且具有良好的耐热性能与球形度，因此在铸造铝合金领域被广泛选用。

近年来，随着国家对军工装备与新能源汽车领域的不断投入，军工装备与新能源汽车领域在结构部件设计时都采用了一体化精密铸造工艺，结构部件内腔采用近净成形设计，无加工余量设计；这对铸造型芯的尺寸精度提出了较高的要求，而硅砂的热膨胀系数大、角形系数高，难以满足近净成形精密化铸造，此外，使用硅砂时还必须与粘结剂进行配合使用，而粘结剂的消耗量大，造成制备成本的提升，这些都限制了铸造工艺的发展。

发明内容

为了解决传统硅砂材料在制造复杂精密铝合金铸件用铸造型芯时颗粒尺寸不一、耐热度低、角形系数高、热膨胀系数大、粘结剂消耗量大等不足，本发明提供了一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂及其制备方法和应用，所述球形陶瓷颗粒砂具有颗粒细小、尺寸均匀、透气性高、耐热度高、耐磨度高、角形系数低、热膨胀系数小、球形化程度高、可多次重复使用的特点；本发明还可以通过对其成分的选配与质量配比的调控，实现对陶瓷颗粒砂物理化学性质的协控，制造出适用于复杂精密铝合金铸件用铸造型芯的陶瓷颗粒砂，实现军工装备与新能源汽车复杂精密铝合金铸件的短周期、低成本、低污染绿色铸造，经济效益明显。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种球形陶瓷颗粒砂，所述球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：

氧化锆5%~7%，二氧化硅6%~8%，三氧化二铝60%~62%，氧化镁6%~9%，氧化钇2%~4%，改性剂3%~4%，分散剂2%~3%，余量为膨润土。

根据本发明的实施方式，所述球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：

氧化锆5%~7%（例如5%、5.5%、6%、6.5%、7%），二氧化硅6%~8%（例如6%、6.5%、7%、7.5%、8%），三氧化二铝60%~62%（例如60%、60.5%、61%、615%、62%），氧化镁6%~9%（例如6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%），氧化钇2%~4%（例如为2%、2.5%、3%、3.5%、4%），改性剂3%~4%（例如为3%、3.5%、4%），分散剂2%~3%（例如为2%、2.5%、3%），余量为膨润土。

根据本发明的实施方式，所述球形陶瓷颗粒砂具有高透气性。

根据本发明的实施方式，所述球形陶瓷颗粒砂用于制备铸造型芯。

根据本发明的实施方式，所述膨润土包括钠基膨润土、钙基膨润土和氢基膨润土；优选地，所述膨润土由钠基膨润土、钙基膨润土和氢基膨润土组成。所述膨润土的引入可改善陶瓷颗粒砂的化学活性，提高陶瓷颗粒砂的粘结性与透气性。

根据本发明的实施方式，所述改性剂包括十水四硼酸钠、对羟基苯乙酮、磷酸钙、苯磺酸钠、硅藻土、聚乙烯醇和云母粉；优选地，所述改性剂由十水四硼酸钠、对羟基苯乙酮、磷酸钙、苯磺酸钠、硅藻土、聚乙烯醇和云母粉组成。所述改性剂的引入可以改善陶瓷颗粒砂的物理化学性能，提高陶瓷颗粒砂的耐热度与耐磨性能。

根据本发明的实施方式，所述分散剂包括三聚磷酸钠、柠檬酸钠和偏硅酸钠；优选地，所述分散剂由三聚磷酸钠、柠檬酸钠和偏硅酸钠组成。

根据本发明的实施方式，所述氧化锆的粒径为0.5mm~3.0mm，例如为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm。

根据本发明的实施方式，所述二氧化硅的粒径为1.0mm~3.0mm，例如为1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm。

根据本发明的实施方式，所述三氧化二铝的粒径为2.0mm~5.0mm，例如为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm。

根据本发明的实施方式，所述氧化镁的粒径为1.5mm~5.0mm，例如为1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm。

根据本发明的实施方式，所述氧化钇的粒径为1.0mm~4.0mm，例如为1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm。

根据本发明的实施方式，所述膨润土的粒径为0.2mm~2.0mm，例如为0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.5mm或2mm。

根据本发明的实施方式，所述膨润土中各组分的质量百分含量为：

钠基膨润土40%~45%（如40%、41%、42%、43%、44%、45%），钙基膨润土45%~50%（例如45%、46%、47%、48%、49%、50%），余量为氢基膨润土。

根据本发明的实施方式，所述膨润土中各组分的质量百分含量之和为100%。

根据本发明的实施方式，所述改性剂中各组分的质量百分含量为：

十水四硼酸钠22%~24%（如22%、22.5%、23%、23.5%、24%），对羟基苯乙酮8%~12%（如8%、8.5%、9%、9.5%、10%、10.5%、11%、11.5%、12%），磷酸钙6%~8%（如6%、6.5%、7%、7.5%、8%），苯磺酸钠18%~22%（如18%、19%、20%、21%、22%），聚乙烯醇4%~6%（例如为4%、4.5%、5%、5.5%、6%），云母粉10%~12%（如10%、10.5%、11%、11.5%、12%），余量为硅藻土。

根据本发明的实施方式，所述改性剂中各组分的质量百分含量之和为100%。

根据本发明的实施方式，所述分散剂中各组分的质量百分含量为：

三聚磷酸钠35%~40%（如35%、36%、37%、38%、39%、40%），柠檬酸钠40%~45%（如40%、41%、42%、43%、44%、45%），余量为偏硅酸钠。

根据本发明的实施方式，所述分散剂中各组分的质量百分含量之和为100%。

根据本发明的实施方式，所述陶瓷颗粒砂的松装密度为3.48g·cm^-3~3.62 g·cm^-3，例如为3.48 g·cm^-3、3.50 g·cm^-3、3.52 g·cm^-3、3.55 g·cm^-3、3.56 g·cm^-3、3.58g·cm^-3、3.60 g·cm^-3、3.62g·cm^-3。

根据本发明的实施方式，所述陶瓷颗粒砂的紧实密度为3.78g·cm^-3~3.86 g·cm^-3，例如为3.78 g·cm^-3、3.80 g·cm^-3、3.82 g·cm^-3、3.83 g·cm^-3、3.84 g·cm^-3、3.85g·cm^-3、3.86 g·cm^-3。

根据本发明的实施方式，所述陶瓷颗粒砂的洛氏硬度为62HRC~66HRC，例如为62HRC、63 HRC、64 HRC、65 HRC或66 HRC。

根据本发明的实施方式，所述陶瓷颗粒砂的粒径为0.36mm~0.54mm，例如为0.36mm、0.38 mm、0.40 mm、0.42 mm、0.45 mm、0.48 mm、0.50 mm、0.52 mm或0.54 mm。

根据本发明的实施方式，所述陶瓷颗粒砂的角形系数为1.04~1.08，例如为1.04、1.05、1.06、1.07或1.08。

根据本发明的实施方式，所述陶瓷颗粒砂的球形度为0.92~0.99，例如为0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98或0.99。

根据本发明的实施方式，所述陶瓷颗粒砂的热膨胀系数为5.4×10^-6·℃^-1~6.2×10^-6·℃^-1，例如为5.4×10^-6·℃^-1、5.5×10^-6·℃^-1、5.6×10^-6·℃^-1、5.8×10^-6·℃^-1、6×10^-6·℃^-1或6.2×10^-6·℃^-1。

根据本发明的实施方式，所述陶瓷颗粒砂的熔点为1430℃~1470℃，例如为1430℃、1440℃、1450℃、1460℃或1470℃。

本发明还提供上述陶瓷颗粒砂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

（1）将氧化锆、二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、氧化钇、膨润土、改性剂、分散剂与去离子水混合，搅拌，得到混合浆料；

（2）将步骤（1）的混合浆料进行压制烧结，得到混合烧结块体；

（3）将步骤（2）的混合烧结块体进行初级粉碎，研磨，喷雾造粒，制备得到所述球形陶瓷颗粒砂。

根据本发明的实施方式，步骤（1）中，所述去离子水与其他固体组分的质量比为16.8~21.4:100，例如为16.8:100、17:100、18:100、19:100、20:100或21:100。

根据本发明的实施方式，步骤（1）中，所述搅拌的转速为600r/min~800r/min，所述搅拌的时间为50min~80min。

根据本发明的实施方式，步骤（2）中，所述压制烧结的温度为800℃~1000℃，例如为800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃，所述压制烧结的时间为60min~100min，例如为60min、70 min、80 min、90 min、100 min。

根据本发明的实施方式，步骤（3）中，所述研磨包括低速研磨与高速研磨。

其中，所述低速研磨用研磨球的材质为钢球或陶瓷球，研磨球的粒径为12.0mm~15.0mm，低速研磨的转速为1200r/min~1400r/min，低速研磨的时间为30min~45min。

其中，所述高速研磨用研磨球的材质为聚四氟乙烯或碳化钨，研磨球的粒径为4.0mm~6.0mm，高速研磨的转速为1800r/min~2000r/min，高速研磨的时间为40min~60min。

本发明中，通过低速研磨和高速研磨的配合使用，低速研磨可以初步实现烧结体的破碎粉化，高速研磨可以实现烧结体破碎粉体的球形化，两者配合可实现烧结体的破碎与粉体球形化，提高其在喷雾造粒时的流动性能。

根据本发明的实施方式，步骤（3）中，所述喷雾造粒是将研磨后的粉料和液化剂置于雾化设备中，采用喷雾造粒的方法制备得到球形陶瓷颗粒砂。

根据本发明的实施方式，步骤（3）中，所述喷雾造粒时雾化频率为45Hz~60Hz，喷雾造粒时雾化喷嘴的材质为陶瓷，雾化喷嘴的温度为1200℃~1400℃，喷嘴口径为0.5mm~1.0mm，真空度为-0.01MPa~0.02MPa，进料量为200L/h~240L/h，气体流量为4.4L/min~5.2L/min。

根据本发明的实施方式，步骤（3）中，液化剂与粉料的质量比为14.5~17.5:100；液化剂包括去离子水、乙醇与环氧树脂胶，所述液化剂由如下质量百分含量的各组分组成：去离子水80%~82%，乙醇14%~16%，余量为环氧树脂胶。

喷雾造粒（Spray Drying）是通过机械作用，将需干燥的物料进行液态化处理，分散成很细的雾化微颗粒，与空气接触的瞬间将大部分水分进行有效去除，使物料中的固体物质干燥成形状规则的球状粉粒。本发明将复合陶瓷粉料进行混浆、压制烧结、初级粉碎、研磨细化后，添加一定比例的液化剂然后采用喷雾造粒工艺制备出了球形度高、粒径细小均匀的陶瓷颗粒砂。

本发明还提供上述陶瓷颗粒砂在制备铸造型芯中的应用。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂及其制备方法和应用，本发明的陶瓷颗粒砂的球形度高、热膨胀系数小，用于铸造型芯时所需的粘结剂用量少且型芯及铝合金铸件的尺寸精度更高；本发明的陶瓷颗粒砂的耐热性好、耐磨度高，在铸造生产时可通过加热混磨多次重复使用，批量使用成本低、且对环境的污染更低。

附图说明

图1是发明实施例2制备陶瓷颗粒砂的粒径测试结果。

图2是发明实施例3制备陶瓷颗粒砂的SEM形貌测试结果。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

在文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

实施例1：

本实施例提供一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂与制备方法，所述铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：氧化锆6%，二氧化硅7%，三氧化二铝61%，氧化镁7.5%，氧化钇3%，改性剂3.5%，分散剂2.5%，余量为膨润土。

其中膨润土由钠基膨润土、钙基膨润土与氢基膨润土组成，改性剂由十水四硼酸钠、对羟基苯乙酮、磷酸钙、苯磺酸钠、硅藻土、聚乙烯醇与云母粉组成，所述分散剂由三聚磷酸钠、柠檬酸钠和偏硅酸钠组成。

其中氧化锆粒径为2.5mm，二氧化硅粒径为2.0mm，三氧化二铝粒径为3.5mm，氧化镁粒径为3.5mm，氧化钇粒径为2.5mm，膨润土粒径为1.1mm。

其中所述膨润土中各组分的质量百分含量为钠基膨润土42.5%，钙基膨润土47.5%，余量为氢基膨润土。所述改性剂中各组分的质量百分含量为十水四硼酸钠23%，对羟基苯乙酮10%，磷酸钙7%，苯磺酸钠20%，聚乙烯醇5%，云母粉11%，余量为硅藻土。所述分散剂中各组分的质量百分含量为三聚磷酸钠37.5%，柠檬酸钠42.5%，余量为偏硅酸钠。

所述的铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂的制备方法包括步骤如下：

（1）将氧化锆、二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、氧化钇、膨润土、改性剂与分散剂进行混料，混料时添加去离子水，水料质量比为19.1:100，之后进行搅拌，搅拌转速为700r/min，搅拌时间为65min；

（2）将所述步骤（1）得到的混合浆料进行压制烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为80min；

（3）将所述步骤（2）制备的混合烧结块体进行初级粉碎，随后对粉碎体进行研磨，所述研磨分为低速研磨与高速研磨，低速研磨球材质为钢球，粒径为13.5mm，转速为1300r/min，研磨时间为40min，高速研磨球材质为聚四氟乙烯，粒径为5.0mm，转速为1900r/min，研磨时间为50min；

（4）将所述步骤（3）中研磨后的粉料和液化剂置于雾化设备中，采用喷雾造粒方法制备得到球形陶瓷颗粒砂，喷雾造粒时的雾化频率为55Hz，喷雾造粒时雾化喷嘴的材质为陶瓷，雾化喷嘴的温度为1300℃，喷嘴口径为0.8mm，真空度为0.01MPa，进料量为230L/h，气体流量为4.8L/min。

液化剂与粉料的质量比为16:100；液化剂为去离子水、乙醇与环氧树脂胶的混合物，液化剂中各组分的质量百分含量为去离子水81%，乙醇15%，余量为环氧树脂胶。

实施例2：

本实施例提供一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂与制备方法，所述铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：氧化锆5.2%，二氧化硅6.8%，三氧化二铝60.6%，氧化镁7.2%，氧化钇2.8%，改性剂3.2%，分散剂2.2%，余量为膨润土。

其中氧化锆粒径为2.2mm，二氧化硅粒径为1.5mm，三氧化二铝粒径为3.0mm，氧化镁粒径为3.2mm，氧化钇粒径为2.4mm，膨润土粒径为0.8mm。

所述膨润土组分质量百分含量为钠基膨润土41.5%，钙基膨润土46.5%，余量为氢基膨润土。所述改性剂组分质量百分含量为十水四硼酸钠22.4%，对羟基苯乙酮9.5%，磷酸钙6.8%，苯磺酸钠19.5%，聚乙烯醇4.8%，云母粉10.5%，余量为硅藻土。所述分散剂组分质量百分含量为三聚磷酸钠36.5%，柠檬酸钠41.5%，余量为偏硅酸钠。

（1）将氧化锆、二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、氧化钇、膨润土、改性剂与分散剂进行混料，混料时添加去离子水，水料质量比为18.2:100，之后进行搅拌，搅拌转速为650r/min，搅拌时间为55min；

（2）将所述步骤（1）得到的混合浆料进行压制烧结，烧结温度为840℃，烧结时间为70min；

（3）将所述步骤（2）制备的混合烧结块体进行初级粉碎，随后对粉碎体进行研磨，所述研磨分为低速研磨与高速研磨，低速研磨球材质为陶瓷球，粒径为13.0mm，转速为1280r/min，研磨时间为35min，高速研磨球材质为聚四氟乙烯，粒径为4.5mm，转速为1840r/min，研磨时间为45min；

（4）将所述步骤（3）中研磨后的粉料和液化剂置于雾化设备中，采用喷雾造粒方法制备得到球形陶瓷颗粒砂，喷雾造粒时的雾化频率为50HZ，喷雾造粒时雾化喷嘴材质为陶瓷，雾化喷嘴温度为1280℃，喷嘴口径为0.6mm，真空度为-0.01MPa，进料量为225L/h，气体流量为4.6L/min。

液化剂与粉料的质量比为15.5:100；液化剂为去离子水、乙醇与环氧树脂胶的混合物，液化剂中各组分的质量百分含量为去离子水80.5%，乙醇14.5%，余量为环氧树脂胶。

图1所示为发明实施例2制备陶瓷颗粒砂的粒径测试结果。从图1中可以看出，采用实施例2制备出的陶瓷颗粒砂的平均粒径仅为0.4mm±0.05mm，与传统的石英砂硅砂材料相比，粒径明显更加细小。

实施例3：

一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂与制备方法，所述铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：氧化锆6.8%，二氧化硅7.6%，三氧化二铝61.6%，氧化镁8.6%，氧化钇3.7%，改性剂3.8%，分散剂2.9%，余量为膨润土。

其中氧化锆粒径为2.7mm，二氧化硅粒径为2.8mm，三氧化二铝粒径为4.5mm，氧化镁粒径为4.8mm，氧化钇粒径为3.6mm，膨润土粒径为1.6mm。

其中所述膨润土组分质量百分含量为钠基膨润土44.0%，钙基膨润土49.5%，余量为氢基膨润土。所述改性剂组分质量百分含量为十水四硼酸钠23.8%，对羟基苯乙酮11.5%，磷酸钙7.8%，苯磺酸钠21.5%，聚乙烯醇5.5%，云母粉11.6%，余量为硅藻土。所述分散剂组分质量百分含量为三聚磷酸钠38.5%，柠檬酸钠44.5%，余量为偏硅酸钠。

所述的铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂的制备方法包括如下步骤：

（1）将氧化锆、二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、氧化钇、膨润土、改性剂与分散剂进行混料，混料时添加去离子水，水料质量比为20.6:100，之后进行搅拌，搅拌转速为760r/min，搅拌时间为75min；

（2）将所述步骤（1）得到的混合浆料进行压制烧结，烧结温度为980℃，烧结时间为85min；

（3）将所述步骤（2）制备的混合烧结块体进行初级粉碎，随后对粉碎体进行研磨，所述研磨分为低速研磨与高速研磨，低速研磨球材质为钢球，粒径为15.0mm，转速为1350r/min，研磨时间为45min，高速研磨球材质为聚四氟乙烯，粒径为5.5mm，转速为1950r/min，研磨时间为60min；

（4）将所述步骤（3）中研磨后的粉料和液化剂置于雾化设备中，采用喷雾造粒方法制备得到球形陶瓷颗粒砂，喷雾造粒时的雾化频率为60Hz，喷雾造粒时雾化喷嘴材质为陶瓷，雾化喷嘴温度为1350℃，喷嘴口径为1.0mm，真空度为0.02MPa，进料量为240L/h，气体流量为5.0L/min。

液化剂与粉料的质量比为17.0:100；液化剂为去离子水、乙醇与环氧树脂胶的混合物，液化剂中各组分的质量百分含量为去离子水82.0%，乙醇15.5%，余量为环氧树脂胶。

图2所示为发明实施例3制备陶瓷颗粒砂的SEM形貌测试结果。从图2中可以看出，实施例3制备出的陶瓷颗粒砂SEM形貌均为球形，平均粒径约为0.45mm，且陶瓷颗粒砂的球形度较高。

对比例1

选取硅砂，购买自河北省承德北雁新材料科技有限公司。

对比例2

其他操作同实施例1，区别仅在于：球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：二氧化硅7.6%，三氧化二铝68.4%，氧化镁8.6%，氧化钇3.7%，改性剂3.8%，分散剂2.9%，余量为膨润土。

对比例3

其他操作同实施例1，区别仅在于：球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：氧化锆6.8%，三氧化二铝69.2%，氧化镁8.6%，氧化钇3.7%，改性剂3.8%，分散剂2.9%，余量为膨润土。

对比例4

其他操作同实施例1，区别仅在于：球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：氧化锆6%，二氧化硅7%，三氧化二铝70.5%，氧化镁7.5%，氧化钇3%，改性剂3.5%，分散剂2.5%。

对比例5

其他操作同实施例1，区别仅在于：球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：氧化锆6%，二氧化硅7%，三氧化二铝64.5%，氧化镁7.5%，氧化钇3%，分散剂2.5%，余量为膨润土。

测试例1

选取上述实施例1~3和对比例1~5的陶瓷颗粒砂与水玻璃粘结剂（购买自山东鑫百禾化工科技有限公司）在混砂机室温按100:3.0的质量配比混制后，利用射芯机射制型芯，室温固化35min后制备得到铸造型芯。

测试标准：GB/T 2684-2009 铸造用砂及混合料试验方法。

表1 实施例和对比例的陶瓷颗粒砂的物性参数及由陶瓷颗粒砂制备的铸造型芯的性能测试结果

实施工艺	松装密度/g·cm<sup>-3</sup>	紧实密度/g·cm<sup>-3</sup>	洛氏硬度/HRC	粒径/mm	角形系数	球形度	热膨胀系数/10<sup>-6</sup>·℃<sup>-1</sup>	熔点/℃	透气率	发气量/ml.g<sup>-1</sup>
											实施例1	3.55	3.82	64	0.42	1.06	0.98	5.8	1450	254	2.42
实施例2	3.50	3.80	63	0.40	1.05	0.96	5.6	1440	248	2.36
											实施例3	3.60	3.85	65	0.45	1.06	0.98	6.0	1460	246	2.38
对比例1	2.74	2.86	48	1.26	1.56	0.78	8.7	1520	124	10.18
											对比例2	2.64	2.82	46	1.32	1.64	0.72	8.9	1380	130	10.24
对比例3	2.86	2.98	44	1.44	1.72	0.68	9.2	1320	134	10.86
											对比例4	3.12	3.25	50	1.52	1.66	0.74	9.3	1340	142	11.24
对比例5	3.18	3.36	52	1.48	1.62	0.76	9.4	1362	136	10.54

由测试例1测试结果可知，实施例1~实施例3制备的陶瓷颗粒砂粒径细小、球形度高、透气性好、发气量小且耐磨度高，对比例1~对比例5制备的陶瓷颗粒砂粒径粗大、透气性差、发气量高且耐磨度低，难以实现军工装备与新能源汽车复杂结构精密铝合金铸件的短周期低成本绿色铸造。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂，其特征在于，所述球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：

氧化锆5%~7%，二氧化硅6%~8%，三氧化二铝60%~62%，氧化镁6%~9%，氧化钇2%~4%，改性剂3%~4%，分散剂2%~3%，余量为膨润土；

所述膨润土中各组分的质量百分含量为：钠基膨润土40%~45%，钙基膨润土45%~50%，余量为氢基膨润土；

所述改性剂中各组分的质量百分含量为：十水四硼酸钠22%~24%，对羟基苯乙酮8%~12%，磷酸钙6%~8%，苯磺酸钠18%~22%，聚乙烯醇4%~6%，云母粉10%~12%，余量为硅藻土；

所述分散剂中各组分的质量百分含量为：三聚磷酸钠35%~40%，柠檬酸钠40%~45%，余量为偏硅酸钠。

2.根据权利要求1所述的球形陶瓷颗粒砂，其特征在于，所述球形陶瓷颗粒砂用于制备铸造型芯。

3.根据权利要求1所述的球形陶瓷颗粒砂，其特征在于，所述氧化锆的粒径为0.5mm~3.0mm；

和/或，所述二氧化硅的粒径为1.0mm~3.0mm；

和/或，所述三氧化二铝的粒径为2.0mm~5.0mm；

和/或，所述氧化镁的粒径为1.5mm~5.0mm；

和/或，所述氧化钇的粒径为1.0mm~4.0mm；

和/或，所述膨润土的粒径为0.2mm~2.0mm。

4.根据权利要求1所述的球形陶瓷颗粒砂，其特征在于，所述陶瓷颗粒砂的松装密度为3.48g·cm^-3~3.62 g·cm^-3；

和/或，所述陶瓷颗粒砂的紧实密度为3.78g·cm^-3~3.86 g·cm^-3；

和/或，所述陶瓷颗粒砂的洛氏硬度为62HRC~66HRC；

和/或，所述陶瓷颗粒砂的粒径为0.36mm~0.54mm；

和/或，所述陶瓷颗粒砂的角形系数为1.04~1.08；

和/或，所述陶瓷颗粒砂的球形度为0.92~0.99；

和/或，所述陶瓷颗粒砂的热膨胀系数为5.4×10^-6·℃^-1~6.2×10^-6·℃^-1；

和/或，所述陶瓷颗粒砂的熔点为1430℃~1470℃。

5.权利要求1-4任一项所述的陶瓷颗粒砂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述去离子水与其他固体组分的质量比为16.8~21.4:100；

和/或，步骤（2）中，所述压制烧结的温度为800℃~1000℃，所述压制烧结的时间为60min~100min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述研磨包括低速研磨与高速研磨；

其中，所述低速研磨用研磨球的材质为钢球或陶瓷球，研磨球的粒径为12.0mm~15.0mm，低速研磨的转速为1200r/min~1400r/min，低速研磨的时间为30min~45min；

所述高速研磨用研磨球的材质为聚四氟乙烯或碳化钨，研磨球的粒径为4.0mm~6.0mm，高速研磨的转速为1800r/min~2000r/min，高速研磨的时间为40min~60min；

和/或，步骤（3）中，所述喷雾造粒时雾化频率为45Hz~60Hz，喷雾造粒时雾化喷嘴的材质为陶瓷，雾化喷嘴的温度为1200℃~1400℃，喷嘴口径为0.5mm~1.0mm，真空度为-0.01MPa~0.02MPa，进料量为200L/h~240L/h，气体流量为4.4L/min~5.2L/min；

和/或，步骤（3）中，液化剂与粉料的质量比为14.5~17.5:100；所述液化剂由如下质量百分含量的各组分组成：去离子水80%~82%，乙醇14%~16%，余量为环氧树脂胶。

8.权利要求1-4任一项所述陶瓷颗粒砂在制备铸造型芯中的应用。