摘要：本文综述了精密铸造用硅溶胶黏结剂的发展历程、改性方法及应用现状，探讨了聚合物改性、纤维改性和胶粒表面改性等技术对硅溶胶性能的优化作用，为精密铸造行业提供了重要的参考。
导读
本文综述了精密铸造用硅溶胶黏结剂的发展历程、改性方法及应用现状，探讨了聚合物改性、纤维改性和胶粒表面改性等技术对硅溶胶性能的优化作用，为精密铸造行业提供了重要的参考。
研究背景介绍
精密铸造作为一种近净成形的先进铸造技术，广泛应用于航空发动机涡轮叶片等复杂零部件的制造。在精密铸造过程中，硅溶胶黏结剂是制备陶瓷型壳的关键材料，其性能直接影响型壳的强度、表面粗糙度和尺寸精度，进而影响铸件的品质。然而，传统硅溶胶存在胶凝时间长、湿态强度不足等问题，限制了其在精密铸造中的应用。因此，开发高性能的硅溶胶黏结剂，通过改性技术优化其性能，成为精密铸造行业的重要研究方向。
文章来源及内容
张飞宇等人撰写的《精密铸造用硅溶胶黏结剂研究现状》发表于《特种铸造及有色合金》2025年第45卷第1期。文章详细介绍了精密铸造用硅溶胶黏结剂的发展历程及其在近期研究中的进展，重点探讨了聚合物改性、纤维改性和胶粒表面改性等常见方法及其原理，并提出了优化硅溶胶性能的潜在改性策略。该研究由中国航发北京航空材料研究院、陕西师范大学、陆军装备部航空军事代表局和北京科技大学共同完成。
研究亮点
• 综述了精密铸造用硅溶胶黏结剂的发展历程和改性方法。
• 详细探讨了聚合物改性、纤维改性和胶粒表面改性对硅溶胶性能的优化作用。
• 提出了潜在的改性策略，为硅溶胶在精密铸造中的应用提供了新的思路。
研究方法
本文通过文献综述的方式，系统总结了精密铸造用硅溶胶黏结剂的研究进展，重点分析了不同改性方法对硅溶胶性能的影响。研究方法包括对现有文献的梳理、实验数据的分析以及改性技术的对比。
内容解读
1.聚合物改性硅溶胶
• 聚合物增强硅溶胶：通过聚合物与硅溶胶中的无机组分结合形成有机-无机复合体系，有效提高浆料的黏度和涂挂量，增强型壳的湿态强度和透气性。
图1固化状态下含聚合物的硅溶胶黏结剂的微观结构
图2不同添加剂对陶瓷浆料流变性能的影响
图3不同烧结温度下不同聚合物含量的型壳面层截面SEM形貌
图4聚合物改性与非聚合物改性陶瓷型壳性能对比
图5聚合物改性与非聚合物改性陶瓷型壳透气性对比
• 聚合物快干硅溶胶：通过聚合物改性加速硅溶胶的胶凝过程，缩短干燥时间，降低生产成本。
2.纤维改性硅溶胶
• 有机纤维改性：有机纤维通过表面静电作用连接硅溶胶与耐火粉料，形成网络结构，提高浆料黏度和型壳的湿态强度。
图6楔形型壳试验实际效果对比
图7纤维含量对浆料黏度和涂挂厚度的影响
图8不同纤维添加量的焙烧型壳试样截面形貌
图9不同纤维添加量的焙烧型壳的室温强度变化
• 复合纤维改性：结合有机纤维和无机纤维的优点，提高型壳的湿态强度、透气性和高温强度。
图10复合纤维焙烧型壳试样断口形貌
图11复合纤维焙烧型壳试样抗弯强度变化
图12Nsf-Asf混杂纤维质量比对型壳强度影响
图13含典型断裂特征的Nsf-Asf混杂纤维改性型壳煅烧试样高倍SEM图像
3.胶粒表面改性
• 表面接枝改性：通过化学处理在硅溶胶胶粒表面接枝有机基团，增强硅溶胶的稳定性和相容性。
• 元素替换改性：通过部分替换硅溶胶中的Si元素为Al等其他元素，提高胶粒表面的负电荷密度，增强硅溶胶的稳定性。
图14硅溶胶胶粒表面Al元素置换示意图
4.潜在改性方式
• 功能基团改性：通过接枝硅烷偶联剂等有机基团，提高硅溶胶的表面功能性和相容性。
• 疏水缔合型增稠剂：通过控制增稠剂的亲疏水性，提高陶瓷浆料的流变性能和涂挂性。
图15硅烷偶联剂KH-550对硅溶胶表面进行接枝处理
主要结论
• 聚合物改性可以有效提高硅溶胶的黏度和涂挂量，增强型壳的湿态强度和透气性，但过高的黏度可能导致涂挂不均匀。
• 纤维改性通过形成网络结构提高浆料黏度和型壳强度，有机纤维烧蚀形成的孔洞有助于提高透气性，但纤维含量过高会降低型壳强度。
• 胶粒表面改性通过增加负电荷密度提高硅溶胶的稳定性，降低因pH变化导致的浆料失效风险。
• 功能基团改性和疏水缔合型增稠剂等潜在改性方式为硅溶胶的多功能化提供了新的思路。
中英文引用格式
• 中文引用格式：张飞宇，丁琪，武振强，等.精密铸造用硅溶胶黏结剂研究现状［J］.特种铸造及有色合金，2025，45（1）：6-14.
• 英文引用格式：ZHANG F Y，DING Q，WU Z Q，et al.Research status of silica sol binder for investment casting［J］.Special Casting&Nonferrous Alloys，2025，45（1）：6-14.
扩展阅读
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编辑/排版：江姗
校对：刘晨辉
审核：张正贺
来源：特铸杂志
