无机聚合技术应用于精密铸造废陶壳模再生应用之研究 - 台北科技大学.PDF

無機聚合技術應用於精密鑄造廢陶殼 模再生應用之研究 吳一峰 * 、鄭大偉 ** 摘 脫蠟鑄造法為精密鑄造中常見方法之一 ，其陶殼模主要由莫來石 、鋯英石等 耐火粉體組成 。陶殼模製程中 ，因程序繁瑣 、乾燥時間長 ，致使陶殼模之完成需 耗費較長時間 ，且使用後之廢棄陶殼模 ，尚須付費委外處理 。 本研究主要以無機聚合技術將精密鑄造廢陶殼模 ，添加重質碳酸鈣 、變高嶺 土及鹼性溶液製成無機聚合材料及前導漿體 ，探討粉體添加量及固 /液比 對於材 料機械強度 、物理性質及微結構之影響 。並將無機聚合前導漿體取代實廠背層漿 體 ，探討取代層數對陶殼模整體機械強度 、透氣性質及鑄件表面型態 、公差之影 響 ，期盼獲得較佳的經濟及時間效益 。 研究結果顯示 ，以精密鑄造廢陶殼模製成的無機聚合前導漿體 ，可 縮短硬化 時間 。將無機聚合前導漿體取代實廠背層體 ，可增加陶殼模的 透氣性質 ，增加濕 態破斷強度 ；降低 燒結後破斷強度 ，且鑄件尺寸皆符合公差限定範圍 。取代外層 2 數至 2層半時 ，每取代 1m 之實廠背層漿體 ，成本可節省 76 元 ，製程乾燥時間 節省達 13 小時 。故以無機聚合前導漿體取代實廠背層漿體 ，既可回收並節省廢 陶殼模處理費用 ，更可節省陶殼模製程時間 ，深具市場潛力與開發價值 。 【關鍵 字】精密鑄造 、無機聚合技術 、陶殼模 、背層漿體 國立臺北科技大學* 資源工程研究所 研究生 **國立臺北科技大學 資源工程研究所 教授 一 、前 言 1.1 研究動機 精密鑄造主要係以耐火材料包覆蠟模 ，經由脫蠟產生空穴之陶殼模 ，並鑄入熔融金 屬液而製得高精度鑄件的 作業 。然而在 陶殼模製程中 ，程序繁瑣 、乾燥時間冗長 ，以蠟 模 表面被覆五層半製程為例 ，約需兩天半之乾燥時間 ，時間成本耗費 甚鉅 。且澆鑄完畢 之陶殼模堅硬且 崩散性差 ，常需再次加工 與鑄件分離 ，而產生出之廢 陶殼模又須付費委 外處理 ，費用平均 每噸新台幣 5000 元 ，增加公司營運支出 。如能將此類廢棄物回收利 用 ，應用至原始陶殼模製程 ，將可增加其附加價值 。 無機聚合物(Geopolymer)為無機非金屬材料 ，由法國科學家 Davidovits 於 1978 年 所提出 ，主要係由鋁矽酸鹽材料於鹼性溶液中溶出矽 、鋁膠體 ，經脫水硬化後形成具有 類似沸石之三維架狀結構 ，具有硬化時間短 、高早期強度 、耐火等性質 ，故成為新的工 業材料 ，相當具有發展性 。 查尋國內外近年對無機聚合物之研究 ，較少應用於精密鑄造領域 。因鑄造廢殼模含 有部分矽 、鋁元素 ，符合無機聚合物矽鋁酸鹽材料構成之條件 ，可作為原料之使用 。由 於陶殼模乾燥時間長 ，而無機聚合物具有硬化時間短及耐火等性質 ，如能將其應用至精 密鑄造製程中 ，既可縮短殼模之製造時間 ，又可節省廢殼模之廢棄物處理費用 。因此 ， 本研究以精密鑄造廢陶殼模添加重質碳酸鈣及變高嶺土 ，與鹼性溶液混合製成無 機聚合 物 。並利用重質碳酸鈣於高溫下分解產生二氧化碳 ，增加無機聚合物高溫之透氣性 ，同 時 重質碳酸鈣於高溫中分解後 產生之氧化鈣 ，冷卻時與水分反應生成具膨脹性之氫氧化 鈣 ，故藉此增加無機聚合物之崩散性 ，期盼開發取代現有陶殼模之背層漿體 ，朝節省時 間 、成本之方向邁進 。 1.2研究目的 本研究主要為了解以無機聚合技術將精密鑄造廢陶殼模回收 ，取代精密鑄造實廠背 層漿體之可行性 。本研究目標如下 : 1. 精密鑄造廢陶殼模 、重質碳酸鈣及變高嶺土作為粉體原料 ，與鹼性溶液混合製成無 機聚合前導漿體 ，探討重質碳酸鈣 、變高嶺土添加量及固 /液比 對於