第五章 鑄 鈦 包

1、1第五章第五章鑄鈦包埋料鈦的密度小，比強度高，韌性好，無磁性，熔點高，熱膨脹系數(shù)低，并具有優(yōu)異的耐腐蝕和耐生物侵蝕的能力，且對X射線具有半透射性，因此鈦及鈦合金已廣泛應用于航空、航天、航海、軍械、石油化工、造紙、酸堿工業(yè)以及醫(yī)療器械等各個領域。在口腔醫(yī)學領域中純鈦支架、冠橋修復體的應用也日益廣泛。與之有關的鈦加工工藝有：熔模鑄造、CADCAM、電火花蝕刻工藝等。其中熔模鑄造工藝具有尺寸精度高、表面粗糙度低、節(jié)省金屬材料、能夠完成形狀復雜

2、鑄件的特點，最適合口腔修復體的制作。但是鈦在高溫下的化學性質十分活潑，對氧、氫、氮等元素有很強的親和力，易與包埋料發(fā)生化學反應，且熔融鈦的粘度大，致使鑄造后的鑄件表面氧化、污染，從而改變了鈦原有的物理、機械性能。包埋料作為鑄鈦的造型材料，其理化性能直接影響到鈦鑄件的質量。因此，開發(fā)出質優(yōu)價廉的口腔科鑄鈦專用包埋料是國內外學者共同關注的問題。第一節(jié)熔模精密鑄造工藝及常用包埋料目前口腔科制作純鈦修復體主要通過熔模鑄造的方法，因此有必要首先了

3、解這種工藝的特點。一、熔模鑄造的概念及特點（一）熔模鑄造的概念熔模鑄造是在蠟制作的熔模表面涂敷多層耐火材料，待硬化干燥后加熱將熔模熔去，獲得具有與蠟模形狀相應的型殼，再經(jīng)焙燒之后將熔化的金屬液注入型殼而獲得鑄件的一種方法，又稱失蠟鑄造?，F(xiàn)代的熔模鑄造工藝是在本世紀40年代初期形成的，當時由于機械制造及軍事工業(yè)生產(chǎn)需要精密鑄鋼件，尤其是制造飛機發(fā)動機的葉片、葉輪及噴嘴等形狀復雜、尺寸精度及表面光潔程度要求很高的耐熱鋼鑄件，加之由于新型粘結

4、劑硅酸乙酯水解液和優(yōu)質耐火材料的出現(xiàn)，熔模鑄造開始在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應用。（二）熔模鑄造的特點1.鑄件精度高制殼時采用可熔化的一次模，因無需起模，故型殼為一整體而無分型面；且型殼是由性能優(yōu)良的耐火材料制成，材質細、耐高溫、其膨脹性可彌補鑄件的收縮，因而鑄件精度高，表面光潔。用熔模鑄造生產(chǎn)的鑄件，其尺寸精度可達HBO767的ZJ3ZJ2（0.005cmcm）；表面粗糙度為GBl03183（Ra1.25μm相當于▽7）的值，所以可減少或

5、無需機械加工。2.可鑄造形狀復雜的鑄件鑄件最小的壁厚僅為0.3mm，鑄出孔最小直徑為0.5mm。有時可將一些由幾個零件組合而成的部件，通過改變結構成為整體，直接用熔模包埋鑄造而成。這樣可節(jié)省工時和金屬材料，并使零件結構更加合理。3.鑄件的重量可輕可重工業(yè)上用熔模鑄造生產(chǎn)鑄件的重量一般由幾十克至幾千克。太重的鑄件因受到制模材料性能的限制和制殼時存在一定的困難而不宜采用這種方法。目前可生產(chǎn)重達80kg的熔模鑄件。4.工序繁多熔模鑄造生產(chǎn)也存

6、在一些缺點，主要是工序繁多，生產(chǎn)周期長，工藝過程復雜，影響鑄件質量的因素也多，因此必須嚴格控制工藝過程。熔模鑄造由于有著一系列的優(yōu)點，因而其發(fā)展速度很快。多層型的廣泛采用及生產(chǎn)過程的機械化、自動化，使生產(chǎn)周期縮短，材料消耗減少，生產(chǎn)成本降低，勞動條件改善。陶瓷型芯及可熔型芯的采用，使鑄件形狀不受限制。新的模料及型芯原材料的研制及開發(fā)，真空熔鑄，表面孕育細化晶粒，定向結晶及熱等靜壓等新工藝、新技術的應用，更有利于進一步提高和保證熔模鑄件的

7、質量，擴大其應用范圍。3因此，用剛玉制成的型殼尺寸穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及高溫下化學穩(wěn)定性都很好?？捎糜谏a(chǎn)高合金鋼、耐熱合金及鎂合金熔模鑄件。但因價格貴，來源少，故未廣泛應用。3.鋯英石鋯英石即硅酸鋯（ZrO2SiO2或ZrSiO4），理論組成為：ZrO2：67.03％，SiO2：32.97％。密度大，熱膨脹小而均勻，導熱性及蓄熱性好。純的鋯英石在1775℃分解，但有雜質（如Fe2O3、CaO）存在或在真空下可降至1540℃，分解時析出Si

8、O2，有較大的化學活性，易與鋁、鈦等金屬及其氧化物發(fā)生作用，影響鑄件的表面質量。用鋯英石粉作型殼面層的涂料，用于澆注溫度低于1500℃的合金鑄件，可提高其表面光潔程度和尺寸精度，并有細化鑄件表面晶粒的效果。（三）制殼用粘結劑1.粘結劑的性能要求松散的顆粒狀耐火材料不可能使型殼成型和具有必要的強度。在制殼時涂料的性質和型殼的性能都與粘結劑有直接關系。為了獲得優(yōu)質的型殼，對粘結劑有如下的基本要求：（1）粘結劑的常溫化學穩(wěn)定性粘結劑應能很好地

9、潤濕模組，但又不與模料互溶或起化學反應，以利于準確地復制出熔模輪廓形狀并獲得表面光潔的型腔。（2）粘結劑與耐火粉料結合后的強度在室溫、焙燒和澆鑄的溫度下，粘結劑與耐火材料有牢固的結合能力，使型殼在上述各種溫度下具有足夠的強度，能承受各種應力的作用而不被破壞。（3）粘結劑的高溫化學穩(wěn)定性粘結劑在焙燒和澆注溫度下形成的氧化物，或與耐火材料反應形成的化合物，應具有高溫下的化學穩(wěn)定性，不與所澆注的合金發(fā)生化學作用，以避免鑄件表面的污染。（4）粘

10、結劑的粘度粘結劑應具有適當?shù)恼扯龋古渲频耐苛显谥茪r有良好的涂掛性和滲透性。（5）粘結劑的貯存、來源及價格粘結劑還應有良好的貯存性，且來源豐富，價格低廉。由于常用粘結劑（如水玻璃、硅酸乙酯水解液及硅溶膠等）在高溫下最后形成的氧化物為SiO2，屬酸性，在高溫下會與鈦、鉻、錳等元素起作用。因此，人們曾經(jīng)努力尋找一些能形成堿性或中性氧化物的粘結劑，但因原材料及工藝方面存在著一定困難，尚未能用于生產(chǎn)。2.幾種常用的粘結劑：（1）硅酸乙酯硅酸乙

11、酯本身并不能用作粘結劑，它必須經(jīng)水解后成為水解液，才具有一定的粘結能力。因此，人們通常所說的硅酸乙酯粘結劑，實際上是指硅酸乙酯水解液。硅酸乙酯又稱正硅酸乙酯，是一種無色透明液體，含有微量雜質時呈淺棕色。硅酸乙酯［（C2H5O）4Si］是由四氯化硅和乙醇作用而成，其反應式如下：SiCl4＋4C2H5OH＝（C2H5O）4Si＋4HCl工業(yè)上硅酸乙酯除了含有正硅酸乙酯（單乙酯）外，還含有由它聚合成的不同聚合度的聚合物。當聚合物是線性分子時，

12、其分子通式為（C2H5O）2n＋2SinOn－1。n為聚合度（n＝l，2，3，…），并按n值來稱聚合物，如n＝1為（C2H5O）4Si，稱單乙酯；n＝2為（C2H5O）6Si2O，稱貳乙酯，以此類推。n越大，SiO2含量越高，粘結能力越強。必須指出，習慣上一般用SiO2含量來表示對硅酸乙酯進行化學分析結果的含硅量比較方便，而不是像硅溶膠那樣在硅酸乙酯中也存在著SiO2。按照這種表示方法，正硅酸乙酯應含28.8％的SiO2。目前國內熔模鑄