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(qiáng)度高，韌性好，無(wú)磁性，熔點(diǎn)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(duì)X射線具有半透射性，因此鈦及鈦合金已廣泛應(yīng)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(gè)領(lǐng)域。在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中純鈦支架、冠橋修復(fù)體的應(yīng)用也日益廣泛。與之有關(guān)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(fù)雜

2、鑄件的特點(diǎn)，最適合口腔修復(fù)體的制作。但是鈦在高溫下的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，對(duì)氧、氫、氮等元素有很強(qiáng)的親和力，易與包埋料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(jī)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(zhì)量。因此，開(kāi)發(fā)出質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的口腔科鑄鈦專(zhuān)用包埋料是國(guó)內(nèi)外學(xué)者共同關(guān)注的問(wèn)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(fù)體主要通過(guò)熔模鑄造的方法，因此有必要首先了

3、解這種工藝的特點(diǎn)。一、熔模鑄造的概念及特點(diǎn)（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?zāi)Ｐ螤钕鄳?yīng)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(jì)40年代初期形成的，當(dāng)時(shí)由于機(jī)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、葉輪及噴嘴等形狀復(fù)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(jié)

4、劑硅酸乙酯水解液和優(yōu)質(zhì)耐火材料的出現(xiàn)，熔模鑄造開(kāi)始在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。（二）熔模鑄造的特點(diǎn)1.鑄件精度高制殼時(shí)采用可熔化的一次模，因無(wú)需起模，故型殼為一整體而無(wú)分型面；且型殼是由性能優(yōu)良的耐火材料制成，材質(zhì)細(xì)、耐高溫、其膨脹性可彌補(bǔ)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(dá)HBO767的ZJ3ZJ2（0.005cmcm）；表面粗糙度為GBl03183（Ra1.25μm相當(dāng)于▽7）的值，所以可減少或

5、無(wú)需機(jī)械加工。2.可鑄造形狀復(fù)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(shí)可將一些由幾個(gè)零件組合而成的部件，通過(guò)改變結(jié)構(gòu)成為整體，直接用熔模包埋鑄造而成。這樣可節(jié)省工時(shí)和金屬材料，并使零件結(jié)構(gòu)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(shí)存在一定的困難而不宜采用這種方法。目前可生產(chǎn)重達(dá)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(diǎn)，主要是工序繁多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，工藝過(guò)程復(fù)雜，影響鑄件質(zhì)量的因素也多，因此必須嚴(yán)格控制工藝過(guò)程。熔模鑄造由于有著一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而其發(fā)展速度很快。多層型的廣泛采用及生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化，使生產(chǎn)周期縮短，材料消耗減少，生產(chǎn)成本降低，勞動(dòng)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(kāi)發(fā)，真空熔鑄，表面孕育細(xì)化晶粒，定向結(jié)晶及熱等靜壓等新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用，更有利于進(jìn)一步提高和保證熔模鑄件的

7、質(zhì)量，擴(kuò)大其應(yīng)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(xué)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(jià)格貴，來(lái)源少，故未廣泛應(yīng)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(dǎo)熱性及蓄熱性好。純的鋯英石在1775℃分解，但有雜質(zhì)（如Fe2O3、CaO）存在或在真空下可降至1540℃，分解時(shí)析出Si

8、O2，有較大的化學(xué)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(zhì)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(xì)化鑄件表面晶粒的效果。（三）制殼用粘結(jié)劑1.粘結(jié)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(qiáng)度。在制殼時(shí)涂料的性質(zhì)和型殼的性能都與粘結(jié)劑有直接關(guān)系。為了獲得優(yōu)質(zhì)的型殼，對(duì)粘結(jié)劑有如下的基本要求：（1）粘結(jié)劑的常溫化學(xué)穩(wěn)定性粘結(jié)劑應(yīng)能很好地

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

10、結(jié)劑的粘度粘結(jié)劑應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼扯?，使配制的涂料在制殼時(shí)有良好的涂掛性和滲透性。（5）粘結(jié)劑的貯存、來(lái)源及價(jià)格粘結(jié)劑還應(yīng)有良好的貯存性，且來(lái)源豐富，價(jià)格低廉。由于常用粘結(jié)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(huì)與鈦、鉻、錳等元素起作用。因此，人們?cè)?jīng)努力尋找一些能形成堿性或中性氧化物的粘結(jié)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(jié)劑：（1）硅酸乙酯硅酸乙

11、酯本身并不能用作粘結(jié)劑，它必須經(jīng)水解后成為水解液，才具有一定的粘結(jié)能力。因此，人們通常所說(shuō)的硅酸乙酯粘結(jié)劑，實(shí)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(wú)色透明液體，含有微量雜質(zhì)時(shí)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(yīng)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(dāng)聚合物是線性分子時(shí)，

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(lái)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(lèi)推。n越大，SiO2含量越高，粘結(jié)能力越強(qiáng)。必須指出，習(xí)慣上一般用SiO2含量來(lái)表示對(duì)硅酸乙酯進(jìn)行化學(xué)分析結(jié)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(yīng)含28.8％的SiO2。目前國(guó)內(nèi)熔模鑄