硫磺砂漿模具的制作方法

摘要：模具在陶瓷工業生產中起著非常重要的作用，傳統方法一般用硫磺制作母模與胎膜，操作過程較復雜。為了改善硫磺模具制備工藝的可行性，在硫磺模具中引入硫磺砂漿，采用一次熔制、兩次澆注、一次成形的工藝，簡化硫磺模具的制作程序，提高強度，減小模具的收縮、開裂和變形等問題。本文詳細闡述了改性硫磺模具的制作方法及工藝流程。

關鍵詞：模具 硫磺砂漿 石英骨料

1 引言

母模是陶瓷生產的必備工具，傳統陶瓷生產中采用硫磺和石墨制作母模。其制作工藝為：先制作硫磺薄壁空心模，空心模完成后，往里填入石膏和泥塊以提高母模強度。硫磺在固態狀態下為斜方或單斜結晶體，脆性較強，抗拉及沖擊強度低，一般抗拉強度僅為0.15MPa左右，抗沖擊強度僅為0.08MPa；同時，硫磺經熔融后，在冷卻凝固過程中收縮性大，易出現裂紋，且制作工藝復雜，對操作要求高，所以硫磺在陶瓷生產中的應用受到限制。

本文通過對硫磺砂漿的研究，結合陶瓷母模的現狀，在熔融硫磺中加入適量的石英骨料，解決硫磺凝固過程中出現的收縮問題；同時，加入少量石墨以減緩硫磺在冷卻過程中的晶型轉換，進一步解決收縮問題。在改善硫磺模具性能的同時，需規范其工藝流程。

2 原料性能及其作用

硫磺砂漿模具由硫磺、石墨、石英等原料組成，其原料的性能與作用如下。

2.1硫磺

硫磺是硫磺砂漿的膠粘劑，通常選用工業中粉狀或塊狀的硫磺，要求純度高、雜質少、水份少，一般要求含量≥98%、水分≤1%。硫磺屬于熱施工材料，對溫度要求較嚴格。純硫磺在常溫下為淡黃色固體、比重為2.07、熔點為112.8℃、沸點為444.6℃，不同的溫度形成不同的同素異形體。固態的斜方在95.5℃形成固態單斜硫；119.25℃形成液態黃色硫，加溫至160℃形成褐色液態硫；到444.6℃形成氣態硫；1000℃形成氣態硫蒸氣。硫的工程特性見表1。

熔融硫磺的粘度變化較復雜。其粘度與溫度的變化情況見表２。當溫度為115℃時，粘度為0.0125Pa·s；160℃時為0.0066Pa·s；165℃時其粘度增加1000倍以上；198.8℃時，其粘度高達90Pa·s，增加10000倍以上。因此硫磺在施工過程中溫度應介于115～160℃之間，易于操作施工。

石墨具有良好的物理潤滑性、化學穩定性，石墨的引入提高了硫磺砂漿的流動性，并有效減少硫磺模具的收縮、變形。磷片石墨的性質見表3。

2.2骨料

（1） 石英骨料

在硫磺砂漿中，摻入一定量的石英骨料，可以提高硫磺的強度，減少體積收縮。

質量要求：含水率小于0.5%，含泥量不大于1%；1.25mm篩孔篩余量不大于5%；使用前需烘干脫水。

（2） 石英粉料

石英粉料起集料的作用，可填充砂粒的空隙，改善硫磺砂漿漿液，防止硫磺砂漿澆注時分層離析。

質量要求：細度需過0.16mm篩孔，篩余率≤5%；過0.08mm篩孔，篩余率為10%～30%；含水率≤0.5%，使用前必須烘干。

3 硫磺砂漿的工藝流程及方法

3.1配合比設計

（1） 骨料粒徑、級配的影響

若骨料中缺乏有效的粗粒級或骨料粒徑過小，不能有效降低硫磺冷卻時因收縮而產生的裂縫；若骨料中缺乏大小粒級的搭配，使骨料的空隙率增大，會造成硫磺粘結劑的不足，最終導致模具的強度下降。

（2） 骨料含量的影響

在骨料粒徑、級配合理時，骨料含量過大，砂漿流動性下降；骨料含量過少，砂漿固化收縮過大。

經反復試驗，較理想的配比為硫磺50%～60%、石墨9%～11%、石英砂12%～25%、石英粉6%～18%。

3.2硫磺砂漿的制備方法

（1） 先將硫磺打成2～5cm的小塊，與石墨按比例稱后好分批放入鍋中，加熱到130～150℃熔化，邊熔邊放邊攪，防止局部過熱，以達到充分脫水的目的。

（2） 硫磺脫水后，分批將石英骨料、石英粉料攪拌均勻，并升溫至130℃脫水炒干，然后加入到熔融的硫磺中，混合均勻，繼續熬制。注意要嚴格控制熬制溫度，一般為140～170℃，最高不超過180℃，約3～4h。

（3） 待硫磺砂漿熬制均勻、顏色一致、汽泡完全消失后，取樣檢查其質量，如不符合要求，加5%～10%硫磺繼續熬制，直到合格為止。

（4） 硫磺砂漿的質量鑒定：在140℃時，澆入耐溫試模中，觀察冷卻時無涌泡、凹陷、不密實、分層等現象。然后將其打斷，觀察其頸部斷面，小孔數大于5個時，說明熬制時間不夠，延長熬制時間，直到小孔數小于或等于5個為止。硫磺砂漿熬制的工藝流程圖如1所示。

4 硫磺砂漿模具的制作方法

（1） 先預備好石膏陰摸模或凹模，吸足水后捆綁結實。

（2） 初次澆注溫度應保持在150℃左右，取硫磺砂漿上層清夜，注入石膏陰模中，并勻速轉動石膏陰模，使硫磺砂漿液流過全部陰模面，然后把多余的液體倒出。

（3） 停止加熱并不斷攪拌砂漿，使其混合均勻。在溫度下降至120℃左右時，在石英微粉的作用下，硫磺開始析晶，其粘度也隨之增加，此時將砂漿快速注入石膏陰模內，并不斷震動，使之充滿每個地方。

（4） 根據母模的體積大小，確定其固化時間，一般需要1~2h，然后開模。

（5） 用銼刀砂紙適當修正開模線等位置，即完成母模的制作。

5 結論

（1） 采用一次熔制、兩次澆注、一次成形的工藝，簡化了模具的制作工藝流程。

（2） 因模具整個材質為硫磺石英砂結構，類似于混凝土結構，極大提高其抗彎、抗裂等承載能力。

（3） 硫磺砂漿模具還可以重新熔化使用，其性能沒有改變，在生產中大大節約原料成本。

（4） 因硫磺砂漿的引入，有效減少了收縮、開裂和變形，一般對尺寸為820mm×820mm×50mm的模具內加Φ10mm鋼筋支架，性能良好。

（5） 硫磺砂漿在陶瓷模具方面的應用有待于進一步研究，充分發揮硫磺砂漿的最佳性能。

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