[发明专利]一种3D打印用硅砂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种3D打印用硅砂及其制备方法和应用。该方法将原料硅砂经过研磨、磁选及烘干后，焙烧获得3D打印用硅砂。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。

技术领域

本发明涉及3D打印材料的技术领域，特别涉及一种3D打印用硅砂及其制备方法和应用。

背景技术

3D打印砂型芯技术是近年发展起来的新兴造型制芯技术，其特点是工艺高效快速、材料绿色环保、适用于复杂精密铸件，这些与现代铸造技术的要求完美契合。目前国内已有数十家单位使用该工艺进行研发、生产工作，年用砂量在万吨以上，随着3D打印技术的进步以及设备的普及，用量在未来数年中将会成倍增加。硅砂作为3D打印工艺用量最大的原材料，目前国内大部分厂家使用的是经简单筛分处理的树脂砂工艺用砂，由于粘结剂加入方式及硅砂紧实方式等诸多不同，目前使用的硅砂与进口3D打印专用硅砂相比，存在同等粘结剂加入量下，强度偏低，砂型芯表面粗糙，砂箱内不同位置的砂型芯强度偏差大等问题，而进口3D打印专用硅砂价格昂贵，且受供货周期长、海运过程硅砂易受潮等因素制约，因此开发出3D打印工艺专用硅砂的意义十分重大。

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3D打印用型砂的制备方法，该方法将原料硅砂经过研磨、磁选及烘干后，焙烧获得3D打印用硅砂。采用该制备方法制得的3D打印用硅砂制作砂型模，能够减少粘接剂的加入量，从而减小发气量，进而降低3D打印砂型芯成本，减少气孔类铸件缺陷；减少砂型芯表面的拖边、刮痕等缺陷，提高铸件表面质量。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案得以实现的：

一种3D打印用硅砂的制备方法，该方法将原料硅砂经过研磨、磁选及烘干后，焙烧获得3D打印用硅砂。包括有以下处理步骤：

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。

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≤1.35。