熔融石英具有密度小、热膨胀率低、透气性好、抗蠕变能力强、容易充型和脱壳等特点,熔融石英作为制壳耐火材料在美国以及欧洲已大量采用。
由于熔融石英与锆石相比在价格和性能方面的优势,在我国精铸行业的推广应用具有迫切性和现实性。
熔融石英在精铸中应用虽然已有相当长的历史,但以往主要用作陶瓷型芯,用作型壳则主要用于面层,背层很少使用。美国各种耐火材料消耗量10年来使用现状的调查统计数据所占比例(质量分数)大致如下:铝、硅系耐火材料55%,熔融石英30%,刚玉9%,锆石6%。
熔融石英与铝硅系材料比较:1.1型壳质量熔融石英密度为2.2,铝硅系材料为2.7,故同样厚度型壳,前者质量明显小于后者,有利于减轻工人劳动强度和机械手操作。
热膨胀系数小是熔融石英的一个很大的优点,有利于减小加热时型壳内外因温度差造成的热应力,因而有利于防止脱蜡和焙烧过程中型壳开裂和变形,同时对提高铸件尺寸精度也甚为有利,所以,铸造尺寸公差要求严格的产品,就更适合采用熔融石英。
力学性能和透气性结果显示湿强度(抗弯强度)和断裂韧度,熔融石英型壳稍低于铝,硅系型壳,但透气性却远高于铝硅系型壳。
高温抗蠕变能力当采用熔融石英撒砂料代替铝,硅系材料时型壳高温抗蠕变能力提高,脱壳性容易,脱壳和清理是熔融石英迅速崛起的最重要原因,熔融石英型壳残留强度大大低于铝硅系材料,这是因为熔融石英大约在1200℃高温下会转变为方石英,实践证明在浇洼温度下,型壳中大约有70%熔融石英转变为方石英,当型壳温度下降至300℃左右,方石英又由高温型转变为低温型,同时体积骤变无数裂纹随之产生,型壳强度剧降,于是,脱壳性大为改善此外,对于全铝硅系型壳来说,如采用碱煮,碱爆等化学清理方法,碱溶液只能溶解粘结剂中的二氧化硅,对耐火粉、粒料却无能为力,但对熔融石英型壳来说无论牯结剂还是耐火粉粒料、碱都有强烈的腐浊作用。
熔融石英热导率较铝一硅系材料差,而比热容又只有锆石的一半,这些因素都有利于薄壁铸件的充型,由于熔融石英透明度高(夜问浇注时,甚至可透过型壳看见其中流动的钢液)因此辐射散热快,铸件冷却快,更容易获得健全致密的铸件,这对于铸造铝合金薄壁件甚为有利。