钛酸铝提升液管

“反重力”铸造的关键部件——陶瓷液体升降管

 在古代，人们就已经掌握了铸造的金属热加工技术——将金属冶炼成符合一定要求的液体并浇铸成铸件，经冷却凝固、清理处理后得到预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程，如最早的青铜加工厂所绘。模具薄壁化是现代铸造技术的发展方向，也是产品轻量化发展的前提，实现铸件薄壁化在航空航天、汽车、电子等领域具有重要意义。充型是薄壁铸件制造技术的关键，大型复杂薄壁铸件散热快、凝固时间短、充型阻力大，因此其铸造成形一直是制造业的难点之一，而高温合金大型复杂薄壁铸件的铸造成形尤为困难。

 反重力铸造因其合理的温度场分布、平稳的充型特性以及良好的液态收缩能力，在高质量铝镁合金铸件的生产中得到广泛应用，并成为主流成形技术，尤其在生产大型复杂薄壁优质零部件方面几乎成为不可替代的生产手段。铸造可分为低压铸造、差压铸造、调压铸造和真空吸铸。

1.什么是反重力铸造？

 反重力就在我们日常生活中感知到的重力里面。在了解反重力铸造之前，先来了解一下重力铸造的概念。重力铸造是指在地球重力作用下，金属液体进行的铸造，又称重力铸造，广义的重力铸造包括砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失模铸造、泥模铸造等。狭义的重力铸造主要指金属型铸造。

反重力铸造（Counter-Gravity Casting，CGC）是20世纪50年代发展起来的一种铸造成型工艺，是帕斯卡原理在铸造生产中的应用。它是使坩埚中的金属在压力作用下克服重力及其他阻力沿上升管流动，在压力作用下获得铸件的一种方法。其特点是合金液充填铸件的驱动力与重力方向相反，合金液流动方向与重力方向相反。

帕斯卡原理

液体压力的传递

对封闭液体施加压力，

S2 15

能够保持每侧尺寸不变

ECT FS

这项法律被称为

一个奇怪的

帕斯卡原理。（P1=P2）

 帕斯卡原理：液体的压力传递。

 反重力铸造中金属液实际上是在重力和外加驱动力的共同作用下进行充型的。外加驱动力是金属液充型过程中的主导力，它使金属液能够克服自身重力、型腔阻力等外力作用完成充型和铸造定型。由于外加驱动力的存在，反重力铸造成为一个可控的过程。在金属液充型过程中，通过控制外加力，可以实现不同充型速度的充型；并且铸件在强烈的作用下凝固，提高了金属液的充型和收缩能力，减少了缩孔、气孔、针孔等铸造缺陷。

反重力成形技术可在整个成形过程中进行参数化控制，实现工艺过程的可重复性，广泛应用于高质量铸件的生产。反重力铸造适用范围广泛，可用于铝合金、镁合金、铜合金、钛合金、钛合金、高温合金等多种材质，铸件重量从几十克到几吨。

2.反重力铸造的关键部件之一：升降管

升降管是反重力铸造的关键部件之一。充型时，在气压作用下，金属液通过升降管从坩埚进入铸件。卸压时，未凝固的金属液也通过升降管返回坩埚。升降管作为浇注系统中的重要部件，起着导流和收缩的作用。它应具有气密性、化学惰性和充型过程的稳定可靠性，在反重力铸造过程中起着至关重要的作用。升降管可由不同的材料制成，从材质上讲，主要分为金属升降管和陶瓷升降管。在压铸过程中，铝熔体（温度700~900℃)每隔3~5分钟从导液管压入模腔一次。导液管必须具有较低的热膨胀系数和良好的抗热震性，以提高导液管的使用寿命。

1.金属液体升降管

金属液压管主要采用无缝钢管焊接或灰铸铁铸造，内外刷有耐火涂层。金属管的优点是机械性能好、气密性好、易于加工、价格低廉，缺点是金属与涂层的热膨胀系数差异大，涂层易剥落，金属管易腐蚀，污染合金液，而且金属管在使用过程中容易变形，会影响合金液的流速和流向。此外，铸铁液管使用寿命短，更换零件的时间长，影响生产效率。

2、钛酸铝陶瓷升降管

 钛酸铝陶瓷不仅具有较高的熔点（1860℃)、低热膨胀系数（α 2.0×10-6/K），同时还具备铝等许多有色金属的特性，是制造铸铝提液管的优良材料。然而，钛酸铝易分解成 α -Al2O3和金红石TiO2在750~1300℃导致材料力学性能和抗热震性能下降。国内对钛酸铝升液管的研究主要集中在提高其抗热震性能上。相比传统的铸铁升液管（下文提到的氮化硅和Ceron陶瓷也同样如此），因此在低压压铸过程中可以保持一定的热量。

钛酸铝升降液管，优质产品使用寿命3个月+，普通产品使用寿命十天左右。钛酸铝管使用时间长，性价比更佳，应用广泛。

3.氮化硅陶瓷提液管

 氮化硅作为一种先进的耐火材料，具有热膨胀系数低、抗热冲击性能好、高温力学性能高、抗金属侵蚀能力强等优点。氮化硅的熔点为1900℃，热膨胀系数为2.5×10-6/K，对很多金属不润湿。纯氮化硅升降管的抗热震性和耐温性比钛酸铝升降管好，使用寿命长，但价格昂贵。

氮化硅提升管，价格昂贵，但非常耐用，据说做得好的寿命可达14个月+；采用氮化硅结合碳化硅的提升管正常连续运行使用寿命在30天以上，使用性价比也不错。相比其他材质，它的耐用性更好，但成本也相对较高，要选择合适的平衡点，比较性能与寿命进行材料选择。

4.Selon陶瓷液体提升管

 赛隆陶瓷是Si3N4-Al2O3系高温烧结材料，Al2O3中的Al和O原子部分转化为Si3N4中的Si和N原子，形成Si-Al-ON体系。赛隆陶瓷具有良好的高温强度、在室温和高温下优异的稳定化学性能、良好的耐磨性、较低的热膨胀系数（2.4~3.2×10-6/K）和良好的抗热冲击性能。

赛隆陶瓷融合了氮化硅（高强度、硬度、断裂韧性和低热膨胀性）和氧化铝（耐腐蚀、化学惰性、耐高温和抗氧化）的综合性能，具有非常优异的热性能和机械性能。据资料显示，由专业公司生产的赛隆陶瓷液体升降管具有优异的抗热冲击性能，使用寿命可达12个月。

5.复合材料液体提升管

复合材料液压管多以铸钢、耐热钢为骨架，内外表面涂覆或嵌入一定厚度的耐高温陶瓷等非金属材料。它既具有金属液压管的气密性好、力学性能高的优点，又具有非金属材料的耐高温性能和高温化学稳定性。此类提升管制造工艺复杂，成本较高。

与上述相比，钛酸铝系列陶瓷介绍如下：

1.产品生产背景：

钛酸铝（Al2TiO5）是由一摩尔氧化铝（Al2O3）和一摩尔二氧化钛（TiO2）组成的耐火化合物。这种多晶陶瓷材料通常由氧化铝和二氧化钛粉末反应烧结形成化学计量比例的固溶体而制备。由于其良好的耐化学性、低热导率和高抗热震性（源于低热膨胀系数），钛酸铝可成为各种工艺应用的合适材料，例如铸造部件（喷嘴、坩埚、浇口）、机动车变矩器以及玻璃工业模具。钛酸铝系列陶瓷具有较高的室温和高温强度、耐腐蚀和低热膨胀性、不结渣、不开裂、使用寿命长以及不与铝溶液渗透等特性，使其成为冶金低压铸造行业用于液体提升管、水路、出液口的理想材料。目前，高质量的液体提升管仍然主要依赖进口，一是成本高，二是生产的连续性得不到保证。钛酸铝复合陶瓷液体升降管的诞生对于我国传统工业技术的改造提升、汽车电子产业的振兴具有深远的意义。

 产品特点：

1. 优异的耐热性和抗冲击性。钛酸铝（Al 2 TiO 5）具有优异的耐热性和抗冲击性。尽管强度差异较小，但用这种材料制成的零件却能够承受。

2、与铝熔体及其他有色金属溶液不浸润。钛酸铝是一种不会被液态铝润湿的陶瓷材料，同时也以其优异的耐热冲击性而闻名。

3、更高的室温和高温强度。工作温度：900℃极低的热膨胀（20至600℃之间<1×10-6 K 0-1）高绝缘性（1.5 W / mK）。

4、优异的耐磨性和耐腐蚀性。较低的杨氏模量（17至20 GPa）具有良好的耐化学性，且对熔融金属的润湿性较差。优异的耐化学性和耐磨性可确保较高的熔体纯度。

5、较低的热膨胀系数。钛酸铝可以轻松应对有色熔融金属行业的严苛条件，因为传统材料根本无法承受该行业的高温。

6、具有低导热性。这使得钛酸铝管成为铝铸造厂的理想选择。其低导热性可以节省能源，它具有无与伦比的抗热震冲击性能，通常用于承受高热应力等级的部件，可以使低压铸造机在生产过程中实现自动化和连续化，从而提高其生产效率，降低生产成本。

3.产品性能指标：

4.产品尺寸：

注：可根据客户需求加工各种型号钛酸铝升降管。