二氧化硅-氧化鋁系耐火材料(二）

1、職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程制作人：劉振華陜 西 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院SiO2-Al2O3系耐火材料（二）銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程適用于石膏型的填料種類較多，但以SiO2-Al2O3系耐火材料應(yīng)用較廣，其中煅燒高嶺土和高鋁礬土類材料不但價(jià)格較低且能明顯改善石膏型的性能。玻璃纖維可提高石膏型抗裂紋能力，鋯英石蓄熱系數(shù)大，石墨熱傳導(dǎo)率大均可彌補(bǔ)石膏本身熱傳導(dǎo)率小的缺陷。下面重點(diǎn)介紹常見(jiàn)填料性能特點(diǎn)。緒論銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程高嶺土熟料是由高嶺石煅燒、破碎而成，高嶺石在我國(guó)陜西、四川、江蘇等地均有分布。各地產(chǎn)的高嶺土因雜質(zhì)含量不同，性能亦有差別，但均可作為石

2、膏型填料。高嶺石的化學(xué)分子式為Al2O32SiO2，其中SiO2含量為50%左右，Al2O3含量為40%左右,其余為CaO、K2O、Na2O等雜質(zhì)。高嶺土熟料（高嶺土）銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程高嶺石在煅燒過(guò)程中要發(fā)生一系列變化，屬于不可逆反應(yīng)。從450-520起至550-580止，高嶺石脫除結(jié)晶水，生成非晶型偏高嶺石。Al2O32SiO22H2O Al2O3SiO2+2H2O從930起至980-1010止，偏高嶺石分解為游離的無(wú)定型的Al2O3和SiO2，前者又轉(zhuǎn)變?yōu)?Al2O3。Al2O32SiO2 Al2O3+SiO2銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程當(dāng)溫度為1100-1200之間，生成莫來(lái)石。溫度高于

3、1200，無(wú)定型SiO2可轉(zhuǎn)變成方石英。3Al2O3+SiO2 3Al2O3SiO2+4SiO2高嶺土熟料具有優(yōu)良的熱物理性能、熱化學(xué)穩(wěn)定性，良好的高溫抗變形能力，在加熱過(guò)程中線膨脹率較小，變化較平穩(wěn)，且價(jià)格低，取材方便，是理想的石膏型填料。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程莫來(lái)石（3Al2O32SiO2）是SiO2-Al2O3二元狀態(tài)圖中唯一穩(wěn)定的化合物，其理論成分為Al2O3 71.8%；SiO2-Al2O3系耐火填料在高溫下均可向莫來(lái)石轉(zhuǎn)化。莫來(lái)石一般通過(guò)煅燒高嶺石及高鋁礬土來(lái)制取。莫來(lái)石熔點(diǎn)高、化學(xué)穩(wěn)定性好、線膨脹系數(shù)較小，抗激冷激熱能力強(qiáng)，為合適的石膏型填料，但價(jià)格較高嶺土貴。莫來(lái)石銅合金鑄件鑄

4、造技術(shù)課程硅線石有三種變體即硅線石、藍(lán)晶石、紅柱石。硅線石中Al2O3的理論含量為62.88%。煅燒過(guò)程中，加熱至1500-1550時(shí)，硅線石迅速分解，生成莫來(lái)石及二氧化硅；紅柱石及藍(lán)晶石也分別在1350-1400和1300-1350分解成莫來(lái)石與二氧化硅。硅線石的熔點(diǎn)高，線膨脹率較小，抗激冷激熱能力強(qiáng)，高溫化學(xué)穩(wěn)定性好。但產(chǎn)量不如高嶺土，價(jià)格高，不是理想的石膏型填料。硅線石銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程我國(guó)河南、貴州、山西等地含有豐富的鋁礬土。按Al2O3含量不同，礬土礦可分為四級(jí)：特級(jí)（88%）、一、二級(jí)（Al2O3為60-88%）、三級(jí)（Al2O3為50%-60%）。Al2O3含量大于70-80

5、%的鋁礬土叫高鋁礬土，其主要礦物組成為含水氧化鋁及高嶺石。高鋁礬土熟料銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程高鋁礬土在煅燒過(guò)程中加熱至450-480時(shí)，含水氧化鋁脫水形成-Al2O3。加熱至930-1200時(shí)，-Al2O3轉(zhuǎn)變成-Al2O3，在1100-1200之間發(fā)生莫來(lái)石化。經(jīng)煅燒的高鋁礬土其主要組成為剛玉、莫來(lái)石及玻璃相。高鋁礬土的熱膨脹系數(shù)較小、有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性，高溫抗變形能力較好，價(jià)格不貴，是合適的石膏型填料。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程氧化鋁有多種同質(zhì)異晶體，最常見(jiàn)的有-Al2O3（工業(yè)氧化鋁）和-Al2O3（剛玉）兩種。剛玉為最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，屬中性氧化物，化學(xué)穩(wěn)定性高，高溫下不與合金液及其氧化物起反

6、應(yīng)。加熱過(guò)程中線膨脹率較大，抗激冷激熱能力不強(qiáng)。因比重較大、結(jié)構(gòu)致密，用作石膏型填料易導(dǎo)致沉淀，一般不選用。 -Al2O3結(jié)構(gòu)較疏松，呈多孔性，在漿體中懸浮性較好，可選作石膏型填料。氧化鋁銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程玻璃纖維是由熔融玻璃拉制而成，其主要成分為SiO2。根據(jù)玻璃纖維中堿性氧化物的含量，可把玻璃纖維分成中堿（Na2O、K2O含量為2-12%）和無(wú)堿（2%Na2O、K2O）兩種。其化學(xué)成分見(jiàn)表1。玻璃纖維銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程類別SiO2Al2O3CaOMgONa2OK2OB2O3CaF2BaO中堿67.379.54.212無(wú)堿53.513.516.34.50.5102中堿64.54.113.40.37.91.74.70.9無(wú)堿54.515.217.34.70.680.1池窯無(wú)堿53.214.821.10.31.20.190.3表1 玻璃纖維的化學(xué)成分銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程玻璃纖維中，堿性氧化物含量越高，高溫性能越差，在加熱時(shí)析出方石英晶體的傾向越大，一旦方石英質(zhì)量超過(guò)一定百分?jǐn)?shù)時(shí)，纖維變脆強(qiáng)度急劇下降。所以，用作石膏型填料應(yīng)選用無(wú)堿玻璃