摘要：熔模铸造是一种净近成型工艺，可以生产尺寸精度高、表面粗糙度小、外型复杂的薄壁零件，可经很少工序加工后使用，甚至不经加工就可直接使用【1】。熔模铸造在高精度、复杂结构铸件，特别是在高熔炼温度、高化学活性金属的铸造成形中起着不可替代的作用。

赵雅琴1,2 钱建新1,2 章浩龙1,2 沈钦1,2

（1浙江宇达化工有限公司·浙江·绍兴· 312300）

（2浙江宇达新材料有限公司·浙江·绍兴· 312300）

熔模铸造是一种净近成型工艺，可以生产尺寸精度高、表面粗糙度小、外型复杂的薄壁零件，可经很少工序加工后使用，甚至不经加工就可直接使用【1】。熔模铸造在高精度、复杂结构铸件，特别是在高熔炼温度、高化学活性金属的铸造成形中起着不可替代的作用。

在熔模铸造工艺中，型壳制备是其中至关重要的一步，性能优良的陶瓷型壳是制备高质量精密铸件的基础，其不仅需要承受温度为1500℃的合金液的机械冲击，还需要具备良好的高温强度、透气性、散热性能、化学热稳定性和较低的热膨胀系数，以保证合金液的填充率，以及铸件的表面粗糙度、尺寸精度和形状结构。陶瓷型壳主要由耐火粉料、粘结剂和耐火砂料组成，其中，粘结剂主要有水玻璃、硅酸乙酯和硅溶胶三大类。硅溶胶是熔模铸造中最常用的一种优质粘结剂，其配置的浆料具有稳定性好、便于贮存、环境污染少、可控性好的特点。

快干硅溶胶由于其具有更快的制壳速度、更高的制壳效率、更稳定的型壳质量，以及可以更好的适应制壳自动化生产线的特征，近二十年来，一直是各硅溶胶生产企业的研究重点，也是各熔模铸造企业技改的重要方向【2】【3】。而近十年来，快干硅溶胶在一些较大的铸造企业，特别是某些特种铸件制造企业中的应用已越来越普遍。

由于历史的原因，国内精密铸件制造企业使用快干硅溶胶主要用的是一些进口产品。

然而，近几年来，已成为型壳工艺中少部分严重依赖进口关键材料的快干硅溶胶，由于国际形势日益紧张，因严重依赖进口导致的“卡脖子”现象已逐渐凸显出来。

特别是今年以来，从4月份中美关税大战开始，中美贸易往来已接近中断。在此背景下，国内硅溶胶生产企业必须尽快承担起研究、生产、替代国外快干硅溶胶的任务。

而浙江宇达化工有限公司作为国内最早开始快干硅溶胶研制、生产的企业，从企业发展初期就开始快干硅溶胶的研究与生产，特别是最近几年，跟踪国外同行先进制备技术，研制相关原位替代产品作为公司的研究重点，也取得了较好的进展。

一、宇达化工早期（1996-2018年）快干硅溶胶的研制与生产情况

浙江宇达化工有限公司从创办开始，就一直把逐步提高国内硅溶胶生产技术，并逐步达到国外先进技术水平作为企业的发展目标。也因此，公司从1996起就开始快干硅溶胶的研发工作。

1997年，宇达化工与清华大学合作，开发成功第一代快干硅溶胶产品：铝改性碱性快干硅溶胶产品，该项目于1997年11月通过机械工业部鉴定【4】。该项目产品既是国内第一个快干硅溶胶产品，也是全球首个碱性快干硅溶胶产品（当时欧美企业均只生产酸性的快干硅溶胶产品）。

之后，宇达化工与清华大学继续进一步进行增强型快干硅溶胶的研究【3】【5】。

2003年7月，宇达化工推出第二代碱性快干硅溶胶产品：增强型快干硅溶胶系列产品，并通过了浙江省的省级鉴定。这是一种添加了高分子材料的产品，产品的干燥速度和制壳强度与第一代产品相比均有明显提升【6】【7】。同时也很快在一些铸造企业推广使用【8】。

同年，铝改性碱性硅溶胶产品和增强型快干硅溶胶制备技术先后申请了国家发明专利【9】【10】。也因此，当时形成了宇达化工拥有碱性快干硅溶胶产品专利，欧美几家公司拥有酸性快干硅溶胶产品专利的格局。

之后，美国几家公司开始研制并逐步推出碱性快干硅溶胶产品，而且由于其原硅溶胶的市场和品牌优势，其生产的碱性快干硅溶胶也很快在中国精密铸造企业推广使用。

同一时期，宇达化工也开始酸性快干硅溶胶产品的研制工作。

二、中美冲突背景下（2018年-现在）宇达化工快干硅溶胶的研制与生产情况

2018年，宇达化工研制成功高稳定性的酸性硅溶胶产品（稳定期最高可达到3年），并开始利用该生产技术进行酸性快干硅溶胶的试制工作。

2022年，根据行业需求，宇达化工开始着手研制进口快干硅溶胶的对标与替代产品。

到2023年上半年，宇达化工就初步完成了要求替换产品的实验室工作和产品的小批量试用工作。

到目前为止，宇达化工已完成了多种进口精铸用硅溶胶产品的对标替代研制工作，完成了包括产品对标、实验室测试与试用、小批量生产与试用、批量产品的生产与铸造厂使用等工作，几乎可以为目前我国在进口的各种精铸用快干硅溶胶，提供原位替代产品，并已在国内一些精密铸造企业批量使用，同时出口俄罗斯。

宇达化工现已研制完成，并实现批量生产的快干硅溶胶主要分为二大类共八个品种的产品。

其中，碱性快干硅溶胶有FSI、FSⅡ、FSⅢ、FSⅣ、FSⅤ共5个产品。其中FSI产品的 SiO2含量约31%，铝改性，pH值9.0左右，不含高聚物。这是宇达化工最早(1997年)开发的一个快干硅溶胶产品，也是全球第一个碱性快干硅溶胶产品。

FSⅡ产品的粒径7-9nm，铝改性，含高聚物，pH值约10.4。这是一个粒径较小，SiO2含量相对较低（约23%），高聚物含量相对较高的产品，其应用特征是湿强度较高，型壳残留强度相对更低。

FSⅢ、FSⅣ、FSⅤ三个产品均大致是硅溶胶胶粒经表面改性，再铝改性后，分别加不同量的高聚物改性制得的产品，以满足不同的湿强度和型壳残留强度要求（也对标国外不同型号的产品）。

上述 FSⅡ、FSⅢ、FSⅣ、FSⅤ四个产品基本上是对标国外同类产品设计，差异主要是pH值稍有提升（约高0.2左右），这主要是为进一步提高铸造涂料的稳定性，特别是针对国内使用的耐火粉料中浸出离子可能偏高的实际情况而设计的。

经某研究机构型壳制备验证，FSV焙烧前的湿态强度大于10 MPa，焙烧后的室温强度大于10 MPa，孔隙率约为22-28%，型壳性能优良。

酸性快干硅溶胶有FSK-1、FSK-2、FSK-3共3个品种，其中FSK-1产品的pH值4.0左右，铝改性，不含高聚物；FSK-2为FSK-1进一步添加高聚物改性的产品；FSK-3为FSK-2加助剂（润湿剂和消泡剂）的产品。

某研究机构对FSK-1与国外同类产品做了对比实验，实验结果显示：FSK-1的胶粒粒径为13nm，呈近单分散状态，与国外同类产品的15nm基本相近；在无循环量的情况下，浆料寿命约为1个月，其粘度、板重参数波动均小于±10%，在粘度为25-30s时，板重为6-10g，工艺粘度范围内，波动幅度均符合要求，所制备的型壳产品性能符合精密铸造要求。

特别的，根据该研究所实验室的工作显示，宇达化工生产的FSK系酸性快干硅溶胶与国外同类产品相比，具有并不完全相同的涂料特性（当然差异并不大），但对其应用性能没有负面影响。而这也进一步证明了，宇达化工研制生产的快干硅溶胶并不是“抄写”国外同类产品仿制的。事实上，宇达化工所有的快干硅溶胶产品，均为宇达化工自主研发，自主拥有其核心制备技术和知识产权。

三、一个典型快干硅溶胶产品（FSIII）的性能简介及应用建议

据前所述，FSIII是一个铝改性、含高聚物的快干硅溶胶产品，其SiO2含量为29%左右，pH值10.4左右。产品具有较高的湿强度和较低的残留强度，并可适应较大的风速干燥。在铸造车间正常温湿度情况下，其干燥时间约为常规普通硅溶胶的1/3-1/2。

由于该型号产品具有较好的应用性能，和更低的售价（不到国外同类产品的一半），使其有很好的性价比，可供各铸造企业使用。特别是，在当前中美关税和贸易战带来的经济大环境下，我们在考虑一个不确定是否可行的建议：铸造企业是否可适当缩减制壳车间规模，包括相应人员与场地等，然后平时以相对较小的规模运行，而当有较大订单时，采用FSIII快干胶快速制壳，实现相对较大的实际产能。至于具体是否可行，以及具体如何运行，需要各铸造企业根据具体情况确定。

小结：由于中美关税和贸易战，已成为型壳工艺中少部分关键材料的快干硅溶胶，严重依赖进口导致的“卡脖子”现象已逐渐凸显出来。在此背景下，宇达化工因相关企业要求，利用自身长期以来对快干硅溶胶持续研究与生产的技术积累，已开发完成二大类八个品种的系列快干胶产品。该系列产品已基本覆盖精铸用进口快干硅溶胶品种，并经相关企业测试、试用和批量应用，其性能可完全达到国外同类产品要求，并能实现对应型号产品的原位替代。产品已在国内和俄罗斯多个铸造企业批量应用，也为铸造行业突破关键材料技术封锁、推动国内产业链自主可控提供了有效解决方案。

“参考文献：

【1】 包彦堃,陈才金,朱锦伦. 熔模精密铸造技术[M]. 杭州：浙江大学出版社，2012.

【2】 William O. For VOC Reduction-Studies Show LUDOX® SK-R Effective as Ethyl Silicate Replacement, INCAST, 1996(4):12~15.

【3】 张锡平，闫双景，吕志刚，章浩龙等，熔模铸造用硅溶胶粘结剂综述[J]. 特种铸造及有色合金，2002（2）：39~41

【4】 闫双景，姜不居，吕志刚，章浩龙等，FS-30快干硅溶胶型壳工艺研究[J]. 特种铸造及有色合金，1998，13～16.

【5】 张锡平，闫双景，吕志刚，章浩龙等，新型PFS-25快干硅溶胶的研制[J]. 铸造技术，2002,(23):365～367

【6】 吕志刚，闫双景，张锡平，章浩龙等. 增强型快干硅溶胶的研制[J]. 特种铸造及有色合金,2003(6)47-49.

【7】 田培凤，吕志刚，章浩龙等，一种新型快干增强硅溶胶的试验[J] . 铸造技术, 2008(8): 1066-1068.

【8】 马波，快干硅溶胶应用研究[J]. 特种铸造及有色合金，2005（4）：234-236.

【9】 章浩龙，一种硅溶胶粘结剂及其制造方法:ZL 02 1 60715.X[P].2006-3-1.

【10】 章浩龙. 一种铝改性碱性硅溶胶:ZL 200310108815.3[P].2007-1-17.

来源：特铸杂志