В.И.Стадничук

Белгородский государственный технологический университет

НИЗКОКРЕМНЕЗЕМИСТОЕ ЭТИЛСИЛИКАТНОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ

Керамические формы для получения ответственных отливок изготавливают с применением в качестве связующего гидролизованного раствора этилсиликата (ГРЭ), связующие свойства которого определяются количеством образовавшегося после обжига форм кремнезема. В условиях высокотемпературной вакуумной заливки сплавов кремнезем взаимодействует с некоторыми химически активными элементами, что вызывает появление на литой поверхности дефектов. Поэтому актуальным вопросом является разработка технологии получения керамических форм с пониженным содержанием связующего.

Понижение содержания кремния в связующем отражается на его технологических свойствах – плотности, кинематической вязкости и испаряемости, что сильно влияет на технологические свойства огнеупорных суспензий. Поэтому необходимо было установить изменение этих характеристик в зависимости от степени разбавления ГРЭ растворителями-разбавителями (РР) – эфироальдегидной фракцией (ЭАФ) и синтетическим спиртом.

Исследовали низкокремнеземистое этилсиликатное связующее (НКЭС), содержащее 8…12 % условного кремнезема, полученное разбавлением предварительно гидролизованного этилсиликата с 16 % SiO₂. Плотность связующего ρ измеряли денсиметрами с ценой деления 1 кг/м³, кинематическую вязкость ν_к в Сст определяли капиллярным вискозиметром ВПЖ-2. Испаряемость связующего (W_и ) различного состава определяли по потере массы из чашек Петри объемом 5·10^-5 м³ , измеряемой на аналитических весах ВЛА-200 г. Замер убыли массы с точностью до 10^-7 кг производили в течение 0,5 ч через 1…5 минут. Температура и относительная влажность воздуха находились в пределах соответственно 293…295 К и 55…60 %. Температуру воздуха контролировали ртутным термометром, а его относительную влажность психрометром ПБ1А (ГОСТ 9177-74). Значения W_и (кг/кг·м²·с) определяли по формуле:

W_и = Δm / (m·F·τ), (1)

где Δm – убыль массы связующего за время τ, кг; m – исходная масса связующего, кг; F = 70,85·10^-4 м²- площадь испарения; τ- время от начала измерения, с.

Результаты исследования свойств гидролизованного этилсиликата-40 показали, что при разбавлении ГРЭ с 16 % SiO₂ до содержания 8…10 % масс. происходит понижение плотности связующего на 14…15 % и кинематической вязкости на 15…20 % , при этом испаряемость повышается на 20…25 %.

Суспензия, приготовленная на основе ГРЭ с низким содержанием кремнезема, не может найти практического применения из-за ее существенных недостатков. Низкое поверхностное натяжение связующего из-за большого количества растворителя. Жидкая фаза интенсивно проникает в поры формы, обедняя связующим наносимый слой суспензии и снижая тем самым его прочность. Резко увеличивается испаряемость растворителя из суспензии, как во время ее перемешивания, так и при нанесении на модельный блок. Возрастает скорость перехода золя связующего в студень и гель, т.е. увеличивается скорость огеливания. Из-за низкого поверхностного натяжения связующего, высоких летучести растворителя и скорости огеливания невозможно нанести на слой суспензии обсыпку, т.е. получить качественные слои керамической формы. Через 25…30 с после нанесения суспензии на модель обсыпочный материал к ней не пристает.

С целью уменьшения испаряемости, повышения прочности керамических форм до обжига в НКЭС вводили растворимый в этиловом спирте поливинилбутираль (ПВБ) (ГОСТ 9439-79).Это порошок белого цвета с плотностью 1100 кг/м³. Полимеризация ПВБ происходит при комнатной температуре во время испарения растворителя. Для определения влияния добавок ПВБ на свойства НКЭС повторили исследования по вышеприведенной методике. В качестве РР применили ЭАФ. Влияние ПВБ на кинематическую вязкость (ν_к) и испаряемость (W_и) ГРЭ отражено в табл.1.

Таблица 1 Влияние ПВБ на технологические свойства связующего

Содержание SiO2 в ГРЭ, % масс.	Значения νк (сСт) при содержании в ГРЭ ПВБ (% масс.)				Значения Wи ·10^4 (кг/кг·м^2·с), содержание в ГРЭ ПВБ (% мас.)
	0	0,125	0,250	0,375	0	0,125	0,250	0,375
8	2,41	2,45	2,51	2,60	2,51	2,49	2,47	2,43
10	2,55	2,59	2,66	2,77	2,40	2,37	2,34	2,29
12	2,70	2,79	2,88	2,99	2,31	2,29	2,22	2,16
16	3,21	-	-	-	2,15	-	-	-

Результаты показывают, что добавление в НКЭС 0,375 % масс. ПВБ приводит к повышению кинематической вязкости связующего раствора на 8,0…10,7 %, причем, чем меньше разбавление, тем выше значение кинематической вязкости. Тем не менее, кинематическая вязкость стандартного ГРЭ (16 % SiO₂) больше, чем у разбавленных растворов на 7,4, 16 и 23,5 % в последовательности увеличения разбавления. Это может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на свойства суспензии. При снижении ν_к можно повысить наполняемость суспензии при одном значении ее вязкости. Также улучшается смачиваемость дисперсных частиц огнеупорного наполнителя и кроющая способность суспензии. Однако при этом повышается испаряемость связующего (см. табл.1). Примерно одинаковую испаряемость имеют растворы с 16 % и 12 % SiO₂, а при их большем разбавлении испаряемость повышается на 6,5 % и 13 %. Такая разница не оказывает заметного влияния на свойства суспензии. Также применение ПВБ в составе НКЭС в количестве 0,375 % масс. увеличивает время стекания суспензии с модели. Практика показала, что его оптимальное содержание в связующем находится в пределах 0,20…0,25 %, что позволяет получить удовлетворительную прочность керамических форм после их сушки.