[发明专利]3D打印用硅砂的预处理工艺、获得的硅砂及硅砂的应用

说明书

本发明公开了3D打印用硅砂的预处理工艺、获得的硅砂及硅砂的应用。预处理工艺包括：研磨、磁选烘干、焙烧；其中，焙烧时将原料硅砂在900‑950℃下焙烧2‑3h，然后冷却。焙烧能够去除硅砂表面杂质，采用该种硅砂与粘接剂、固化剂混合后经3D打印获得砂型模，砂型模中的粘接剂和硅砂之间的粘结度更高，砂型模的强度更高；在获得等强度砂型模时，能够减少粘接剂加入量，从而降低砂型模铸造时的发气量；焙烧后的硅砂的晶相转变为α磷石英，减小了硅砂在高温下的膨胀现象，由此降低了砂型模在铸造高温下出现脉纹、气孔的概率。将硅砂与固化剂混合，再继续与粘接剂混合后，经3D打印制得砂型模，其中，粘接剂占硅砂的3‑5‰，固化剂占硅砂的0.3‑0.5%。

技术领域

本发明涉及3D打印材料的技术领域，特别涉及3D打印用硅砂的预处理工艺、获得的硅砂及硅砂的应用。

背景技术

天然硅砂中二氧化硅含量高，具有耐热性好、粒型规整等特点，是铸造砂型模的重要材料。目前，铸造工业上采用冷芯盒法，将树脂作为粘接剂与天然硅砂混合，在固化剂作用下使铸造混合料硬化得到固态铸造用砂型模。固化后的砂型模需要有一定的力学强度，以保证搬运或浇铸过程中型模不被损坏。

目前砂型模提高强度的方法主要为增加树脂的用量，然而，增加树脂用量会使型模的发气量增加，影响铸件表面质量且增加生产成本。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的一在于：提供一种型砂的预处理工艺，采用该种预处理工艺制得的硅砂制作砂型模，能够减少粘接剂的加入量，从而减小发气量，而且能够有效减轻砂型模在铸造过程中出现脉纹、气孔等缺陷的现象。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：

3D打印用硅砂的预处理工艺，包括有以下制备步骤：

焙烧：将原料硅砂在900-950℃下焙烧2-3h，然后冷却，获得硅砂。

通过采用上述方案，本发明将原料硅砂进行焙烧处理，焙烧后能够有效去除的硅砂表面杂质。采用该种硅砂与粘接剂、固化剂按一定比例混合后经3D打印获得砂型模，砂型模中的粘接剂和硅砂之间的粘结度更高，从而能够有效提高砂型模的强度。由于砂型模的强度随粘接剂的加入量的增加而提高，故采用本发明的硅砂，在获得等强度的砂型模的前提下，能够减少粘接剂的加入量，从而降低砂型模用于铸造时的发气量，提高零件表面质量。

而且，发明人研究发现，原料硅砂在上述焙烧条件下，其晶相会发生转变，转变为α磷石英，含有该种晶相的硅砂在高温下的膨胀现象大大降低，由此大大降低了砂型模在铸造高温下出现脉纹、气孔的概率，不仅能够提高零件的表面质量，而且，使得砂型模的损坏率低，使用寿命延长。

本发明进一步设置为：在焙烧之前，还包括有以下制备步骤：

磁选：对原料硅砂进行磁选。

通过采用上述方案，磁选是对原料硅砂进行磁铁筛选，能够去除原料硅砂中的氧化铁，从而提高硅砂的耐火度和烧结点，从而能够提高硅砂的焙烧温度，进一步提高硅砂表面杂质的去除率，而且能够提高α磷石英晶相的转化率，从而进一步减小硅砂在铸造高温下的膨胀现象。

本发明进一步设置为：磁选的同时进行烘干处理。

通过采用上述方案，能够预先去除原料硅砂中的水分，减少焙烧过程中水分的散发量，从而减小焙烧时水分散发对硅砂颗粒的不良影响。

本发明进一步设置为：所述烘干温度为150-180℃。

本发明进一步设置为：在磁选之前，还包括有以下制备步骤：

研磨：将原料硅砂研磨至角形系数≤1.2。