4.2. Огнеупорные наполнители
В качестве наполнителя были опробованы различные типы огнеупорных материалов: кремнеземистые, алюмосиликатные, глиноземистые, магнезиальносиликатные, цирконовые и др. Наилучшими из них были кремнеземистые огнеупоры, аморфный и кристаллический кварц, кварцевый песок, кристобалит и динас. За рубежом применяют только кристобалит, а в России — динас. Часто кристобалит получают из кремнеземистого сырья.
Кристобалит. Это наиболее качественный наполнитель для гипсовых форм, что обусловливается его динамометрической характеристикой. Большое термическое расширение кристобалита при 230—280 °С составляет ~ 1,6 %, а при 800 °С — около 1,8 %, что позволяет компенсировать усадку гипсовых форм при их прокаливании, а также устранять влияние усадки металлов и легкоплавких моделей на размеры получаемых изделий.
Отсутствие кристобалита привело к использованию искусственных тридимита-кристобалитовых динасов и к получению искусственного кристобалита из песка.
4.3. Изготовление литейных форм из гипсовых огнеупорных смесей
В художественном литье литейные формы изготавливают из огнеупорных смесей, основными компонентами которых являются гипс и динас (кристобалит). Гипс является связующим материалом. Высокопрочный гипс (а - полугидрат). После смешения порошкообразного гипса с водой и образования камневидного тела прочность гипса достигает максимума при высушивании. Замедление схватывания гипса достигается введением 1—2% гашеной извести или 1 —1,5% борной кислоты. В последнее время в качестве заменителя применяют лимонную кислоту.
Первым этапом изготовления литейной формы является получение суспензии. Для этого порошок формовочной смеси смешивают с дистиллированной водой в соотношении 0,32 - 0,42 л воды на 1 кг смеси. Чтобы получить однородный состав и удалить воздушные пузырьки, смесь перемешивают миксером, а затем вакуумируют в течение 3—4 мин. Технологические добавки кремнистого натрия и борной кислоты, вводимые в сухой порошок, способствуют удалению воздуха из массы, а подкисление воды ортофосфорной кислотой повышает жидкотекучесть суспензии. На втором этапе полученную однородную смесь заливают в опоки, установленные на вибростоле. Заливка производится плавно, чтобы избежать разрушения моделей. Заполненные опоки накрывают колпаком, создают вакуум и вибрацию. Остаточное давление составляет не более 1400 Па, продолжительность вибровакуумирования — 3—4 мин. За это время пузырьки воздуха, адсорбированные на поверхности восковых моделей, поднимаются вверх и удаляются. Происходит дегазация. Вибровакуумная установка показана на рис.4.3.1.
Рис. 4.3.1 Вибровакуумная установка для вибрации
и вакуумирования гипсовой массы в форме:
1-колпак; 2-опока с моделями; 3-вибростол;
4- манометр; 5-регулятор частоты;
6-кран для воздуха.
Затвердевание смеси заканчивается через 40 - 60 мин в опоках диаметром 75 и высотой 140 мм. Затвердевание смеси в опоках больших размеров продолжается до 3-х часов.
Влияние температуры нагрева. При нагреве прочность гипсовых форм понижается, поэтому для ее повышения при нагреве в состав вводят минералообразующие присадки, например борную кислоту или буру.
Следует отметить, что на приготовление гипсовых смесей влияет технология смешивания. Смешивание ингредиентов механической мешалкой с частотой вращения 350—400 об/мин создает более качественную смесь из-за отсутствия воздуха, который замешивается в смесь при ручном смешивании: количество и размеры воздушных раковин при ручном смешивании будут увеличены. Наилучшим способом является вакуумирование.