本发明涉及加工铸造技术领域，尤其是涉及一种陶瓷空心微粒、制备方法以及包含其的铸造用粘合树脂。
背景技术：
砂型铸造是指在砂型中生产铸件的铸造方法。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。
在砂型铸造的制备过程中，一般需要采用热固性和/或热塑性树脂作为粘接剂与铸造型砂混合制备砂芯和砂模，但是热固性和/或热塑性树脂与铸造型砂混合后制得的砂芯和砂模不但重量较重，抗压和抗冲击性也较差，而且由于热固性和/或热塑性树脂具有较大的内应力，在铸造高温的作用下极易导致铸件尺寸的不稳定，进而对精密铸件的生产带来很大的困难。
空心玻璃微珠是一种微小，中空的圆球状粉末。粒径可根据需要在30～100微米之间任意选择，密度在0.1～0.7g/ml，具有重量轻体积大、导热系数低、抗压强度高，分散性、流动性、稳定性好的优点。近年来为解决普通热固性和/或热塑性树脂制得的砂芯和砂模重量较重，抗压和抗冲击性较差，且内应力较大导致铸件尺寸的不稳定的问题，往往会在热固性和/或热塑性树脂中填充空心玻璃微珠，起到减轻产品重量，降低成本，消除产品内应力确保尺寸稳定性，挺高抗压、抗冲击性、耐火度、隔音隔热性、绝缘性等作用。
但是现有的空心玻璃微珠的耐火度均低于1000℃，由于玻璃的特性即使对其组分进行改进，其耐火度也很难超过1200℃。因此，这种方法很难满足需要较高温度如1500℃以上的铸造工艺的要求，对于这些需要较高温度进行铸造的工艺，现有技术一般会在热固性和/或热塑性树脂中加入青铜粉、二氧化钼和白炭黑等一些昂贵的填充料以缓解树脂内应力的问题，但青铜粉、二氧化钼和白炭黑等价格高昂，无疑增加了制备的成本，而且也无法解决砂芯和砂模重量较重的问题。
因此，研究开发出一种耐火度可以达到1700℃的空心微粒作为铸造用粘合树脂的添加物加入树脂中，以满足需要在较高温度下进行铸造的工艺要求，进而缓解现有空心玻璃微珠不能满足在较高温度下铸造，以及现有的高温铸造工艺粘结树脂成本较高和重量较重的问题，变得十分必要和迫切。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种陶瓷空心微粒，所述陶瓷空心微粒具有耐火度高、结构中空、粒径小，重量轻的优点，其耐火度可以达到1750～1800℃，粒径1～55μm的空心圆形微粒，可以充分满足需要在较高温度下进行铸造的工艺要求。
本发明的第二目的在于提供一种上述陶瓷空心微粒的制备方法，该方法主要由高岭土和膨化添加剂经两次煅烧制得，具有制备工艺简单、制备过程中不需要特殊的加工设备等优点。
本发明的第三目的在于提供一种上述陶瓷空心微粒在铸造用粘合树脂中的应用。
本发明提供的一种陶瓷空心微粒，所述陶瓷空心微粒为耐火度1750～1800℃，粒径1～55μm的空心圆形微粒。
进一步的，按质量百分数计，所述陶瓷空心微粒主要由以下原料组成：高岭土97～99.5％，膨化添加剂0.5～3％。
更进一步的，按质量百分数计，所述陶瓷空心微粒主要由以下原料组成：高岭土98～99％，膨化添加剂1～2％。
进一步的，按重量份数计，所述膨化添加剂包括sic80～98.5份，fe2o30.12～0.5份。
更进一步的，按重量份数计，所述膨化添加剂包括sic98.5份，fe2o30.12份。
本发明提供的一种陶瓷空心微粒的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(a)、将高岭土与膨化添加剂混合均匀并研磨为500～700目的细粉后进行陈腐均化；
(b)、对陈腐均化后的粉体进行团聚制粒，随后在800～1200℃煅烧制得中间颗粒；
(c)将中间颗粒再次粉碎研磨至800～2500目微粉，随后将微粉在2000～2500℃下急速煅烧2～30秒钟，制得粒径为1～55μm的陶瓷空心微粒。
进一步的，所述步骤(a)陈腐均化为将细粉加水混匀为含水量5～20％的湿性粉体，并陈腐12～48小时。
进一步的，所述步骤(b)中团聚制粒的粒径为0.425～0.85mm。
进一步的，所述制得陶瓷空心微粒后还包括冷却和收集的步骤。
本发明提供的一种铸造用粘合树脂，所述铸造用粘合树脂包含上述的陶瓷空心微粒。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的陶瓷空心微粒具有耐火度高、结构中空、粒径小，重量轻的优点，其耐火度可以达到1750～1800℃，粒径1～55μm的空心圆形微粒，可以充分满足需要在较高温度下进行铸造的工艺要求。
本发明提供的陶瓷空心微粒的制备方法，该方法首先将高岭土与膨化添加剂进行陈腐均化，并将陈腐均化后的粉体制备为中间颗粒，随后将中间颗粒研磨为800～2500目的微粉在2000～2500℃下急速煅烧2～30秒钟，在急速煅烧的过程中高岭土与膨化添加剂熔融成微小液滴，在炉内湍流的高温气体作用下高速自旋，形成浑圆硅铝球体，膨化添加剂和高岭土在燃烧和裂解反应中产生的氮气、氢气和二氧化碳等气体，在熔融的高温硅铝球体内迅速膨胀，在表面张力作用下，形成中空的气泡，制得粒径为1～55μm的陶瓷空心微粒。
本发明提供的铸造用粘合树脂，所述铸造用粘合树脂包含上述的陶瓷空心微粒。该陶瓷空心微粒可直接填充于绝大部分类型的热固性、热塑性树脂产品中，起到减轻产品重量，降低成本，消除产品内应力确保尺寸稳定性，提高抗压、抗冲击性、耐火度等作用。该铸造用粘合树脂的耐火度高达1750～1800℃，可以充分满足需要在较高温度下进行铸造的工艺要求。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个方面，一种陶瓷空心微粒，所述陶瓷空心微粒为耐火度1750～1800℃，粒径1～55μm的空心圆形微粒。
本发明陶瓷空心微粒具有耐火度高、结构中空、粒径小，重量轻的优点，其耐火度可以达到1750～1800℃，粒径1～55μm的空心圆形微粒，可以充分满足需要在较高温度下进行铸造的工艺要求。
在本发明的一种优选实施方式中，按质量百分数计，所述陶瓷空心微粒主要由以下原料组成：高岭土97～99.5％，膨化添加剂0.5～3％。
在上述优选实施方式中，按质量百分数计，所述陶瓷空心微粒主要由以下原料组成：高岭土98～99％，膨化添加剂1～2％。
本发明中，通过对各组分原料用量比例的进一步调整和优化，从而进一步优化了本发明陶瓷空心微粒的技术效果。
在本发明的一种优选实施方式中，按重量份数计，所述膨化添加剂包括sic80～98.5份，fe2o30.12～0.5份。
在上述优选实施方式中，按重量份数计，所述膨化添加剂包括sic98.5份，fe2o30.12份。
本发明中，膨化添加剂在高温(2000～2500℃)的环境中，可以增加材料的液相，产生相应的中空气孔结构。
根据本发明的一个方面，一种陶瓷空心微粒的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(a)、将高岭土与膨化添加剂混合均匀并研磨为500～700目的细粉后进行陈腐均化；
(b)、对陈腐均化后的粉体进行团聚制粒，随后在800～1200℃煅烧制得中间颗粒；
(c)将中间颗粒再次粉碎研磨至800～2500目微粉，随后将微粉在2000～2500℃下急速煅烧2～30秒钟，制得粒径为1～55μm的陶瓷空心微粒。
本发明陶瓷空心微粒的制备方法，该方法首先将高岭土与膨化添加剂进行陈腐均化，并将陈腐均化后的粉体经过轻烧(800～1200℃)制备为中间颗粒，随后将中间颗粒研磨为800～2500目的微粉在2000～2500℃下急速煅烧2～30秒钟，在急速煅烧的过程中高岭土与膨化添加剂熔融成微小液滴，在炉内湍流的高温气体作用下高速自旋，形成浑圆硅铝球体，膨化添加剂和高岭土在燃烧和裂解反应中产生的氮气、氢气和二氧化碳等气体，在熔融的高温硅铝球体内迅速膨胀，在表面张力作用下，形成中空的气泡，制得粒径为1～55μm的陶瓷空心微粒。
本发明通过两次煅烧制备陶瓷空心微粒，首次煅烧为在800～1200℃进行煅烧，其目的在于将高岭土与膨化添加剂通过轻烧工艺达到两种材料微观层面充分融合的效果，若没有进行轻烧，即使混合研磨，在微观层面上两种材料仍然没有混合，只有轻烧后，两种材料才能彻底混合。第二次煅烧为在2000～2500℃下急速煅烧2～30秒钟，目的在于在急速煅烧的过程中高岭土与膨化添加剂熔融成微小液滴，在炉内湍流的高温气体作用下高速自旋，形成浑圆硅铝球体，膨化添加剂和高岭土在燃烧和裂解反应中产生的氮气、氢气和二氧化碳等气体，在熔融的高温硅铝球体内迅速膨胀，在表面张力作用下，进而形成中空的气泡。
在本发明的一种优选实施方式中，所述步骤(a)陈腐均化为将细粉加水混匀为含水量5～20％的湿性粉体，并陈腐12～48小时。
优选的，所述陈腐均化为将细粉加水混匀为含水量10％的湿性粉体，并陈腐36小时。
在本发明的一种优选实施方式中，所述步骤(b)中团聚制粒的粒径为0.425～0.85mm。
在本发明的一种优选实施方式中，所述制得陶瓷空心微粒后还包括冷却和收集的步骤。
优选的，陶瓷空心微粒在立式窑炉中进行制备。
更优选的，所述冷却和收集的步骤为空心微粒首先从立式窑炉的高温段形成，快速进入炉体的冷却段，冷却段处于窑炉的炉体段的1/3位置处，炉体内嵌冷却水套，可将此段空气温度迅速下降。空心微粒在经过此处低温段时，可快速降低自身温度。经过炉体冷却段，进入冷却管道进入除尘器。冷却管道外部镶套冷却水管，空心微粒在经过此管道时，可再次降温至室温。同时，陶瓷空心微粒伴随着引风到达除尘系统，作为颗粒收集，形成陶瓷空心微珠。
根据本发明的一个方面，一种铸造用粘合树脂，所述铸造用粘合树脂包含上述的陶瓷空心微粒。
下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
实施例1
一种膨化添加剂，按重量份数计，所述膨化添加剂包括sic80份，fe2o30.12份。
实施例2
一种膨化添加剂，按重量份数计，所述膨化添加剂包括sic98.5份，fe2o30.5份。
实施例3
一种膨化添加剂，按重量份数计，所述膨化添加剂包括sic98.5份，fe2o30.12份。
实施例4
一种陶瓷空心微粒的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(a)、以高岭土占97％、实施例1的膨化添加剂占3％的百分比将原料混合均匀并研磨为500目的细粉后进行陈腐均化；
(b)、对陈腐均化后的粉体进行团聚制粒，制得粒径为0.425～0.5mm的颗粒，随后在800℃煅烧制得中间颗粒；
(c)、将中间颗粒再次粉碎研磨至800目微粉，随后将微粉在立式窑炉中以2000℃的温度急速煅烧2秒钟，制得20～25μm陶瓷空心微粒。
实施例5
一种陶瓷空心微粒的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(a)、将高岭土占99.5％、实施例2的膨化添加剂占0.5％的百分比混合均匀并研磨为700目的细粉后进行陈腐均化；
(b)、对陈腐均化后的粉体进行团聚制粒，制得粒径为0.7～0.85mm的颗粒，随后在1200℃煅烧制得中间颗粒；
(c)、将中间颗粒再次粉碎研磨至2500目微粉，随后将微粉在立式窑炉中以2500℃的温度急速煅烧30秒钟，制得40～45μm陶瓷空心微粒。
实施例6
一种陶瓷空心微粒的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(a)、将高岭土占98％、实施例3的膨化添加剂占2％的百分比混合均匀并研磨为500目的细粉后进行陈腐均化；
(b)、对陈腐均化后的粉体进行团聚制粒，制得粒径为0.5～0.7mm的颗粒，随后在900℃煅烧制得中间颗粒；
(c)、将中间颗粒再次粉碎研磨至1200目微粉，随后将微粉在立式窑炉中以2100℃的温度急速煅烧10秒钟，制得粒径为30～40μm的陶瓷空心微粒。
实施例7
一种陶瓷空心微粒的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(a)、将高岭土占99％、实施例3的膨化添加剂占1％的百分比混合均匀并研磨为700目的细粉后进行陈腐均化；
(b)、对陈腐均化后的粉体进行团聚制粒，制得粒径为0.65～0.7mm的颗粒，随后在1100℃煅烧制得中间颗粒；
(c)、将中间颗粒再次粉碎研磨至2000目微粉，随后将微粉在立式窑炉中以2400℃的温度急速煅烧20秒钟，制得粒径为20～25μm的陶瓷空心微粒。
实施例8
一种陶瓷空心微粒的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(a)、将高岭土占98.5％、实施例3的膨化添加剂占1.5％的百分比混合均匀并研磨为600目的细粉后进行陈腐均化；
(b)、对陈腐均化后的粉体进行团聚制粒，制得粒径为0.5～0.65mm的颗粒，随后在1000℃煅烧制得中间颗粒；
(c)、将中间颗粒再次粉碎研磨至1600目微粉，随后将微粉在立式窑炉中以2200℃的温度急速煅烧15秒钟，制得粒径为30～35μm的陶瓷空心微粒。
对比例1
一种陶瓷微粒的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(a)、将高岭土混合均匀并研磨为600目的细粉后进行陈腐均化；
(b)、对陈腐均化后的粉体进行团聚制粒，制得粒径为0.5～0.65mm的颗粒，随后在1000℃煅烧制得中间颗粒；
(c)、将中间颗粒再次粉碎研磨至1600目微粉，随后将微粉在立式窑炉中以2200℃的温度急速煅烧15秒钟，制得粒径为30～35μm的陶瓷空心微粒。
效果例1
为表明本发明制得的陶瓷空心微粒具有耐火度高、结构中空、粒径小，重量轻的优点，现特将本发明实施例4～8制备得到的陶瓷空心微粒以及对比例1制备的陶瓷微粒进行耐火度和结构检测，其结果为本发明实施例4～8制备得到的陶瓷空心微粒其耐火度均可以达到1750～1800℃，耐火度远远高于现有的空心玻璃微珠。而对比例1制备的陶瓷微粒虽然耐火度也可以达到相应的标准，但其不具备中空结构，重量较重，将其加入铸造粘合树脂中，在高温环境中极易导致树脂变形，影响铸造效果。
综上所述，本发明陶瓷空心微粒主要由高岭土和膨化添加剂经两次煅烧制备得到，该陶瓷空心微粒具有耐火度高、结构中空、粒径小，重量轻的优点，其耐火度可以达到1750～1800℃，粒径1～55μm的空心圆形微粒，可以充分满足需要在较高温度下进行铸造的工艺要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。