2025年精密铸造行业现状分析：硅溶胶黏结剂改性研究与应用进展

  在现代制造业不断向高精度、高性能方向迈进的2025年，精密铸造作为近净成形的先进铸造技术，在航空发动机涡轮叶片等关键零部件制造中占据核心地位。随着行业对铸件精度、表面品质要求的持续攀升，作为精密铸造陶瓷型壳关键组成的硅溶胶黏结剂，其性能的优化与改性研究愈发关键。

  一、聚合物改性：提升精密铸造硅溶胶黏结剂综合性能的重要路径

  1.1 聚合物增强硅溶胶

  早期采用乳胶增强硅溶胶存在诸多局限，如今水溶性高分子聚合物成为主流。聚丙烯酰胺(PAM)等聚合物与硅溶胶结合形成有机 - 无机复合体系，PAM 主链的酰胺基团与硅溶胶胶粒表面硅羟基形成氢键，还与耐火粉料发生静电吸附，使浆料颗粒间产生桥联。在刚玉粉 - 碱性硅溶胶体系中加入 PAM，能有效增大浆料体系内部空间位阻，添加量适当时可形成聚合物三维网络结构，阻碍颗粒自由运动，增大浆料黏度，改善沉降现象。在酸性硅溶胶体系中，PAM 相比其他添加剂，更能显著增大体系黏度和剪切应力。

  《2025-2030年全球及中国精密铸造行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，在锆粉型壳制备中，含聚合物的黏结剂可使陶瓷浆料涂挂量增加，型壳湿态强度提高，残余强度降低。合物在 530℃完全分解，烧蚀分解增大陶瓷型壳内部孔隙程度，提高透气性，降低浇注后陶瓷型壳残余强度过大对合金内部组织的影响风险。向传统 830 硅溶胶中加入含氨基聚合物，可形成特殊胶粒 - 聚合物结构，提高硅溶胶稳定性，使陶瓷浆料涂挂性和流平性更好，铸件不合格率从 13% 降至 3.5%。不过，聚合物改性也存在问题，过高的浆料黏度可能导致涂挂不均，孔隙率过高会降低型壳机械强度，因此需通过系统试验确定最佳添加量。

  1.2 聚合物快干硅溶胶

  传统硅溶胶黏结剂风干胶凝时间长，增加了精密铸造生产成本。通过聚合物改性开发快干硅溶胶是解决之道。20 世纪 80 年代起，多种水溶性聚合物被用于提高干燥速率，美国杜邦公司的 Ludox SK 系列硅溶胶是快干硅溶胶的典型代表，在特定条件下制备型壳，每层干燥时间可缩短至 1 - 2 h，型壳强度与硅酸乙酯型壳相当。国内也积极开展相关研究，宇达公司与清华大学合作研发的 FS - Ⅱ、FS - Ⅲ 型快干硅溶胶，以及研发的 ZF - 801 型快干硅溶胶，都能通过聚合物作用，加快硅溶胶胶凝过程，缩短干燥时间，提高陶瓷型壳湿态强度，改善浆料涂挂性，提升产品合格率，适应大规模生产需求。

  二、纤维改性：优化精密铸造硅溶胶型壳性能的有效手段

  2.1 有机纤维改性

  有机纤维改性硅溶胶在精密铸造中展现出独特优势。美国和英国联合开发的 WEXCOAT 黏结剂，通过加入不溶于水的尼龙丝实现增强效果。向硅溶胶陶瓷浆料中加入尼龙纤维，可改善陶瓷浆料涂挂量及型壳厚度，使型壳 R 角处厚度增大 40%，平面厚度增大 13%，厚度一致性达到 67%，在减少涂层的同时降低生产周期和成本。

  在碱性硅溶胶中加入尼龙纤维，随着纤维含量增加，浆料流动性变差，运动黏度增大，涂挂性提高。加入香蒲纤维制备的陶瓷型壳，其湿态强度随纤维含量增加显著提高，加入质量分数为 1% 的纤维后，型壳湿态强度比无纤维型壳提高了 44%。不过，纤维含量过高时，型壳室温强度会下降，因为纤维间聚集导致烧蚀孔内产生裂纹，减小有效载荷面积。

  2.2 复合纤维改性

  有机纤维改性存在焙烧后影响型壳强度的问题，复合纤维改性应运而生。在刚玉粉浆料中加入碳 - 尼龙杂化纤维，未焙烧时可提高型壳湿态抗拉和抗弯强度，真空烧结后，尼龙纤维烧蚀形成微孔提高透气性，碳纤维与基体结合紧密增大烧结后型壳强度，最高达 5.46 MPa。引入硅酸铝与聚丙烯复合纤维的型壳，当纤维添加量为 1% 时，湿态强度达 3.08 MPa，较未改性时提高了 35.7%，室温强度在纤维添加量为 0.6% 时达到峰值，最高可达 4.96 MPa。

  复合纤维中各组分配比对体系性能影响重大。尼龙 - 氧化铝复合纤维改性硅溶胶陶瓷型壳研究表明，随着尼龙纤维占比下降，湿态强度降低，烧结强度先增后减，尼龙与氧化铝质量比为 2∶3 的试样最高烧结强度达 10.54 MPa。复合纤维在型壳焙烧前形成互锁网络结构，提高浆料黏度和型壳湿态强度，焙烧过程中有机纤维烧蚀形成孔洞提高透气性，无机纤维增强型壳室温和高温强度，为精密铸造硅溶胶提供了更稳定可靠的改性方案。

  三、胶粒表面改性：增强精密铸造硅溶胶稳定性的关键举措

  根据胶体化学相关理论，硅溶胶的稳定性受 SiO₂纳米颗粒之间静电相互作用影响。在碱性条件下，硅溶胶表面硅羟基电离使胶粒带负电荷，静电排斥作用维持其稳定，但稳定性与溶液 pH 值密切相关。当 pH 值在 8.5 - 10.5 时，硅溶胶可长期保持稳定;pH 值为 5 - 7 时，易发生胶凝;pH 值降为 2 - 4 时，处于亚稳态。

  为提高硅溶胶的 pH 稳定性，可在制备过程中加入水溶性铝盐、海藻酸盐等，将硅溶胶颗粒中部分 Si 替换为 Al 或其他元素，使胶粒表面新增负电荷，增大胶粒间互斥程度，降低聚集程度，减少因耐火粉料或添加剂加入导致 pH 值变化而使浆料失效的风险，降低生产成本。

  四、潜在改性方式：拓展精密铸造硅溶胶应用前景的方向探索

  由于硅溶胶表面基团单一，与有机聚合物结合性差，限制了其在精密铸造中的多功能化。对硅溶胶胶粒表面接枝硅烷偶联剂或其他有机基团是解决途径之一。用 γ 氨基丙基三乙氧基硅烷(KH - 550)偶联剂对酸性硅溶胶胶粒表面进行化学处理，当 KH550 投料量为 21.6% 时，接枝率达到最大(21.18%)，可改善有机 - 无机相容性，扩大硅溶胶表面基团功能性，使其能与更多种类聚合物结合。

  此外，控制长链聚合物封端基团亲疏水性制备的缔合型聚氨酯类增稠剂，有望应用于精密铸造硅溶胶。该增稠剂在水基体系中形成疏水缔合网络结构增大体系黏度，应用于硅溶胶中可能与胶粒相互作用，提高陶瓷浆料流变性能和涂挂性，改善水基陶瓷浆料与蜡模表面的润湿性。

  综上所述，在2025年精密铸造行业对铸件质量要求日益严苛的背景下，硅溶胶黏结剂的改性研究成果丰硕。聚合物改性可有效提升浆料性能和型壳强度，改变干燥时间;纤维改性能优化型壳厚度和强度，平衡透气性;胶粒表面改性增强了硅溶胶的稳定性。这些改性技术对精密铸造的发展至关重要。未来，深入探究硅溶胶微观结构与宏观性能的联系，精确控制材料合成制备，综合提升硅溶胶多种性能，加强学科交叉融合，将是硅溶胶改性技术发展的重要方向，有望为精密铸造行业带来新的突破。

更多精密铸造行业研究分析，详见中国报告大厅《精密铸造行业报告汇总》。这里汇聚海量专业资料，深度剖析各行业发展态势与趋势，为您的决策提供坚实依据。

更多详细的行业数据尽在【数据库】，涵盖了宏观数据、产量数据、进出口数据、价格数据及上市公司财务数据等各类型数据内容。