Химические процессы при отверждении и обжиге смесей с этилсиликатом

Гидролиз ортоэтилсиликата

Этилсиликат – прозрачная, слабо окрашенная в желтый и другой цвет с запахом эфира.

В производстве применяют этилсиликат марок: ЭТС-32, ЭТС-40. Цифра указывают среднее содержание SiO₂. На основе этилсиликата изготавливают связующие растворы для получения оболочковых форм при литье по выплавляемым моделям и получение керамических форм, этилсиликат для этого гидролизуют водой.

Полученная ортокремниевая гель-кислота Si(OH)₄является малостойкой и разрушается на гель кремнезема и молекулы воды.

Si(OH)₄=SiO₂+H₂O

Гидролиз должен выполняться непосредственно перед использованием. Гидролиз проводят раствором воды в спирте, ацетоне, а так же в эфироальдегидной фракции. Для ускорения процесса гидролиза приме6няют катализатор 0,2-0,4% раствора HCl.

На прочность оболочки σ_тверд., и склонность к трещинообразованию влияют состав раствора, количество воды, вид растворителя, и технология гидролиза. Улучшают свойства смесей интенсивное перемешивание связующего раствора и использование суспензии с пылевидным наполнителем.

Наиболее известными связующими для керамических формовочных смесей являются эфиры кремниевой кислоты. Реакцию между четыреххлор истым кремнием и этиловым спиртом можно описать уравнением

SiCl₄+4C₂H₆OH → 4HC1 + SiO₄ (C₂H₅)₄. (15)

В результате образуется этилсиликат с содержанием примерно 28% SiO₂. Для применения его в качестве связующего необходим гидролиз. Под действием воды проходят следующие реакции:

Процесс гидролиза:

Si(C₂H₅OH)₄+4H₂O=4C₂H₅OH+Si(OH)₄

или

SiО₄ (С₂Н₅)₄ + 3Н₂0 = H₂SiО₃ + 4С₂Н₅ОН. (16)

При сушке смеси H₂SiO₃ теряет воду и переходит в SiO₂. В обоих случаях SiO₂ оседает на поверхности зерен наполнителя в виде огнеупорной тонкой пленки. Скорость и степень протекания этого процесса зависят от температуры, состава раствора и присутствия катализаторов (чаще всего соляной кислоты).

Свойства смесей с этилсиликатом для керамических форм

Керамические формы должны обеспечить изготовление наиболее точных и качественных отливок из литейных сплавов, к которым предъявляются наиболее высокие требования. Необходимость получения высокой точности отливок обусловливает требования к свойствам смесей.

Наполнитель для керамических смесей должен иметь минимальный коэффициент теплового расширения и не должен претерпевать кристаллографических превращений при нагреве, сопровождающихся изменениями его объема. Наполнитель, не имеющий модификационных и объемных изменений в процессе нагрева, обеспечивает повышенную прочность обожженных оболочковых форм. Прочность форм повышается при увеличении в жидком связующем концентрации коллоида — алкозоля SiO₂.

Газопроницаемость обожженных форм зависит от гранулометрического состава пылевидного кварца и от изменения типа и количества связывающего геля SiO₂. В общем случае газопроницаемость керамических форм зависит от их толщины, температуры и прочности формы и вязкости связующего вещества, из которого они были изготовлены.

Процесс изготовления керамической оболочковой формы заключается в многократном погружении модельного комплекта в суспензию на основе гидрализованного этилсиликата и пылевидного огнеупорного наполнителя. После каждого погружения оболочку просушивают, а после формирования нескольких слоев прокаливают при температуре порядка 900ºС. Неотъемная модель перед прокаливанием удаляется следующими методами:

1. выплавление

2. растворение

3. выжигание

Выплавляемыми материалами являются: церезин, парафин, воски и т.п..

Выплавляемые модельные составы должны обладать следующими свойствами:

1. невысокой температурой плавления(от 60 до 100С), чтобы технология изготовления и удаления была простой.

2. Температура размягчения состава должна быть не ниже 35С, чтобы модель не деформировалась, не размягчалась, сохраняя точность формы и размеров.

3. Минимальная и стабильная усадка.

4. Невысокая плотность.

5. Хорошая жидкотекучесть, минимальная продолжительность затвердевания.

6. Не прилипать к поверхности прессформы, на взаимодействовать с материалом керамической огнеупорной оболочки.

7. Сохранять технологические свойства при многократном использовании.

8. Иметь высокую прочность.

9. Не быть дефицитными и токсичными.