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第四章 铸造用粘结剂 §4-1铸造用粘土 粘土是湿型砂的主要粘结剂。粘土被水湿润后具有粘结剂和可塑性；烘干后硬结，具有干强度，而硬结的粘土加水后又能恢复粘结剂和可塑性，因而具有较好的复用性。但如果烘烤温度过高，粘土被烧死或烧枯，就不能再加水恢复塑性。粘土资源丰富，价格低廉，所以应用广泛。 粘土的矿物成分 粘土主要是由细小结晶质的粘土矿物所组成的土状材料。粘土矿物的种类很多，按晶体结构可分为高岭石组包括高岭石、珍珠陶土、地开石、埃洛石等；蒙脱石组，包括蒙脱石、贝得石、绿脱石、皂石等；依利石组，包括依利石、海绿石等。 各种粘土矿物主要是含水的铝硅酸盐，化学式可简写成：mAl2O3·nSiO2·xH2O。 例如 高岭石的一化般学式为Al2O3·2SiO2·2H2O； 蒙脱石为Al2O3·4SiO2·xH2O·H2O（式中是层间水）。粘土是由各种含有铝硅酸盐矿物的岩石经过长期的风化、热液蚀变或沉积变质作用等生成的。 通过根据所含粘土矿物种类不同将所采用的粘土分为铸造用粘土和铸造用膨润土两类。膨润土主要是由蒙脱石组矿物组成的，主要用于湿型铸造的型砂粘结剂，例如我国淳化、宣化、信阳、潍坊、凌源、黑山、怀德、长春等地都有较丰富飞膨润土矿藏。 铸造用粘土指主要含有高岭石或依利石类矿物。例如沈阳、无锡、唐山、巩义等地所出产的白泥。甘子土等都是以高岭石为之一可的普通粘土，常用作干型砂和修炉、修包材料的粘结剂。粘土的主要矿物成分是依利石，用途与高岭山东宜昌和鄂州等地石类粘土相同。 一、粘土组成 含水铝硅酸盐，岩石风化后的产物。 化学式：mAl2O3.nSiO2.xH2O 粘土的结晶特征 各种粘土之所以具有不同的性能，其基本原因是粘土矿物的结晶结构不同。 通过X射线衍射法的研究，可以得知按照粘土矿物的晶层排列，有两层型、三层型等不同形式。粘土矿物的晶格中都包含着两种基本结构单位： （1）硅氧四面体晶片：硅氧四面体是由一个硅Si4+等距离地配上4个比它大得多的氧O2-（或氢氧离子）构成的。每个硅氧四面体中的三个氧位于同一平面，称为底氧。另一个氧带负电荷称为顶氧，是活性氧。在层状结构中，每个四面体的三个底氧分别和相邻的三个硅氧四面体公用组成四面体群，在二维平面上排列成六角形的网络，连成无限延伸的整片。 （2）铝氧八面体晶片：由一个铝（或铁、镁）离子居于中心，6个氧或氢氧等距离排列成八面体。八面体之间共棱相连形成八面体片。 二、粘土矿物的组成： 四面体：Si-O 八面体：Al-O Al-OH 高岭石： 是1︰1型两层结构的粘土矿物，它的每一个单位晶层是由一层硅氧四面体层和一层铝氧八面体层结合而成的。四面体层的顶端指向八面体，并和它共同占有一个氧。 这种单位晶层在垂直方向（c向）层层叠起，在水平方向（a向、b向）无限展开而构成高岭石的晶体。在c轴上单位层晶的厚度是0.72mm，由于高岭石相邻的单位晶层之间是由氧面和氢氧面呈氢键紧紧联结，因此高岭石的结晶在水中不容易分散，颗粒较粗，水分子不能进入单位晶层之间，所以吸水膨润现象、吸水率均较小。 蒙脱石： 是典型的2:1型三层结构的粘土矿物。其单位晶层是由两层硅氧四面体，中间夹着一层铝氧八面体组成的。四面体的尖端指向单位晶层内部，四面体与八面体共同占有氧。 晶层沿水平方向延伸，并在垂直方向 （c轴）层层叠起。蒙脱石两晶层之间是由O层和O层相接的，不形成氢键，靠一般分子间力相结合。因此蒙脱石的单位晶层之间结合力微弱，水分子和水溶液中的离子或其它极性分子容易进入单位晶层与单位晶层之间，使晶格沿c轴方向膨胀。所以蒙脱石的单位晶层厚度可以变化，无层间水时单位晶层厚度为0.96nm，而有层间水时可以增至2.14nm。在某些情况下，例如钠蒙脱石在多水的条件下，其晶体甚至能分离成单位晶层，故这类粘土矿物的晶粒特别细小。 【思考题】 1铸造用粘结剂的分类