采用石膏型壳生产精铸件,具有精度高、表面质量好等优点,目前仍广泛应用于有色金属铸件的生产。石膏型的最大不足在于湿强度低脱壳后搬运过程中破损率高;型壳致密好但透气性差,铸件极易产生气孔等缺陷。增加型壳壁厚虽能在一定程度上提高型壳的强度,却会导致型壳的透气性更差、型壳难以完全干燥等诸多问题。因此,传统的石膏型壳就不能适应高精度、高等级铸件生产的要求。开发高强、薄壁型壳就成为该工艺进一步扩大应用的关键。目前,石膏型壳增强主要采取加入各种耐火粉料的方式来获得。但由于耐火粉料本身不具有粘结能力,增强效果有限。水玻璃因具有极高的粘结强度而被作为粘接剂广泛应用于精铸型壳生产中。水玻璃属于水溶性硅酸盐溶胶,与石膏浆料的相容性好,以水玻璃作为增强剂来增强石膏型壳,有望提高石膏型壳的强度,改善其性能;在型壳强度要求不变的条件下,可降低型壳的壁厚,增大透气性,提高铸件质量。为此,本文以水玻璃为增强剂,将其加入到制壳浆料中来制备增强石膏型壳。研究水玻璃加入量对石膏型壳试样的常温强度、焙烧后试样强度、试样断裂特征以及试样失水率的影响,查明水玻璃的加入对型壳特性的影响机制,为实现工程化应用奠定技术基础。本研究以密度为1.37g/cm~3、模数为3.15的水玻璃为增强剂,将0~2.25%的水玻璃与定量水预先稀释后,加入混制好的石膏与莫来石粉干混料中,配制成浆料并浇注成试样。将试样在室温条件下干燥24h及1100℃焙烧30~150min,分别测试石膏的湿强度、焙烧后强度。采用XRD、TG-DSC、SEM分别对试样的物相组成、热稳定性、断口进行观察及分析,以查明水玻璃的加入对型壳性能及失水特性的影响规律。研究发现,随水玻璃的加入量增加,水玻璃增强型壳试样的自然干燥后强度呈先增大后减小趋势。用1.35%水玻璃增强的石膏型壳试样的自然干燥后强度达到最大值2.16MPa,比非增强石膏型壳试样的自然干燥后强度提高了58%,增强效果显著。水玻璃增强型壳试样的焙烧后强度与非增强试样焙烧后强度相似。虽然水玻璃的加入影响自然干燥24h后的失水率,但对焙烧后失水率未有较大影响,并在焙烧温度为1100℃保温时间为150min时,失水率趋于一致。XRD分析结果表明,水玻璃增强型壳试样与非增强型壳试样的物相组成相同;但水玻璃增强型壳试样的衍射谱中二水石膏的衍射峰强度有不同程度的衰减,这说明水玻璃的加入对二水石膏的晶型产生一定程度的影响。TG-DSC分析结果表明,水玻璃对石膏型壳吸热峰值温度有一定程度影响。水玻璃加入后,型壳试样的吸热峰值温度有小幅下降,降幅在5~9℃之间;非增强试样在加热至350℃后,失重率变化不明显。试样断口形貌观察可知,水玻璃加入量较低时,自然干燥的水玻璃增强型壳中的晶粒变得细小;但随着水玻璃的增多,石膏晶粒变得粗大。由此可见,采用水玻璃增强精铸石膏型,可显著提高其湿强度,减少搬运过程中的破损率;或在湿强度要求一定的条件下,可适当降低型壳厚度,加速型壳焙烧过程失水彻底,同时有助于提高型壳的透气性,减少铸件缺陷。