钛合⾦熔模精密铸造技术的发展现状
钛合⾦因其⾃⾝卓越的综合性能，如低密度、⾼⽐强度、耐⾼温和抗腐蚀等，业已成为现代⼯业中不可或缺的先进结构材料。尤其近⼏⼗年来，伴随着宇航业和国防⼯业的迅猛发展，钛合⾦的使⽤量和应⽤⽔平都获得了显著提升。以民航客机为例，法国空客公司的A380的⽤钛量已由第四代A340时的6%猛增到10%；美国波⾳公司的B787也由B777的8%提⾼到15%。相较于国外，尽管我国在钛合⾦研发上的起步较晚，但却显⽰出强劲的发展势头。我国最新研制的C919⼤型飞机的⽤钛量已达到了9.3%，这已经超过了B777飞机的⽤钛量。然⽽，钛合⾦因其本⾝⾼的化学活性，⼩的热导率及较低的塑性，导致其在传统的加⼯⽅式下较难成形，尤其对于某些具有薄壁特征的复杂构件⽽⾔，这⽆疑限制了钛合⾦的进⼀步应⽤。为了打破这⼀困局，美国、德国和俄罗斯等世界⼏个⼯业发达国家从20世纪50年代开始就致⼒于钛合⾦铸造⼯艺的研究和开发，其中以近净成形⼯艺的熔模精密铸造技术所取得的成绩最为世⼈所瞩⽬。 熔模精密铸造也称失蜡法铸造，是⼀种采⽤可溶性⼀次模料制得型壳并浇注成件的⽅法。对⽐传统铸造⼯艺，熔模精密铸造具有如下优势：铸件表⾯粗糙度低（Ra=1.6～3.2µm）；尺⼨精确；原材料利⽤率⾼（70%～90%）；⼏乎不受合⾦种类限制，并可铸造各种结构复杂的铸件等。尤其是20世纪70年代末， 热等静压（HIP）技术被⼴泛应⽤于铸件的后处理，使得某些铸造缺陷得以被消除，从⽽有效改善了铸件的⼒学性能及稳定性。得益于以上的这些优势，钛合⾦的熔模精密铸造技术已经发展成为世界制造领域中不可取代的基础⼯艺之⼀。据不完全统计，⽬前航空⼯业中使⽤的98%以上铸造钛合⾦构件都是采⽤熔模精密铸造技术制备成形的。客观讲，钛合⾦熔模精密铸造技术在⼀定程度上是国家铸造技术⽔平是否先进的重要体现。
给出了熔模精密铸造技术的简要⼯艺流程图，⾸先在组装好后的蜡模组的表⾯须涂覆⼀层由耐⽕粉和粘结剂组成的浆料，随后撒⼀层耐⽕砂料并进⾏⼲燥处理。重复多次以上的操作，直⾄形成具有⼀定厚度的型壳，然后在⾼温状态下对型壳脱蜡和焙烧，以使型壳获得⼀定强度和厚度。铸造时，将熔融的⾦属液浇注到型壳内，并在⾦属冷却后利⽤机械的⽅法将外部型壳去除。最后，对脱壳的钛合⾦铸件进⾏⼀定的清理打磨、检验以及必要的热处理。不难发现，熔模精密铸造的⼯艺流程较长且复杂，因⽽，迄今为⽌，世界上也仅只有较少的国家成熟地掌握熔模精密铸造技术。另外⼀⽅⾯，由于钛合⾦本⾝的化学活性较⾼，其在熔融状态下⼏乎可以与所有的造型材料发⽣反应，因⽽，相较于其他⾦属的熔模铸造，钛合⾦的熔模精密铸造⼯艺对技术的要求更为苛刻。鉴于以上特点，本⽂以模样及型壳制备两⽅⾯为切⼊点，介绍了钛合⾦熔模精密铸造技术的研究进展，以期望能够为我国钛合⾦铸造技术的进⼀步提升提供有益参考。 1 模样制备及脱模技术
1.1 模料的发展现状
⼴义上来讲，模样的制备是熔模精密铸造的第⼀个环节，因⽽，模样质量的优劣会直接关系到铸件的品质。⽣产实践表明，模样的质量主要受蜡料性能以及成形⼯艺影响。⾸先，就其性能⽽⾔，钛合⾦的熔模精密铸造在选⽤模料时通常会考虑如下⼏个⽅⾯：①合适的熔点、软化点及良好的流动性；②良好的涂挂性；③含有较少的灰分；④具有较⼩的线收缩率和体收缩率；⑤良好的化学稳定性；⑥良好的⼒学性能及合适的韧性；⑦⽆毒性。此外，从成本上考虑，模料还应具备可回收性和复⽤性。综合考虑以上特性，⽬前我国钛合⾦熔模精密铸造所选⽤的模料主要为蜡基模料和松⾹基模料。⼀些我国常⽤的蜡基和松⾹基模料的配⽅及基本性能。总体⽽⾔，我国熔模精铸⽤模料的品种和规格都较简单，⽣产化和专业化程度也相对较低。可喜的是，随着航空航天领域对⼤型薄壁复杂钛合⾦精铸件需求的⽇益增长，我国许多研究机构或个⼈已经开始着⼿于对先进模料的研究和开发，例如，乔海滨等探究了KC蜡在⼤型复杂钛合⾦熔模精密铸造中的应⽤，发现KC蜡的使⽤可显著提⾼某型号铸件的质量，这不仅降低了⽣产成本，⽽且也缩短了交货周期。⽽⼴西⼤学则⾃主研发了⼀种熔模精密铸造⽤模料。该模料要由⽯油蜡、树脂、有机⾼分⼦聚合物和⽊薯淀粉组成。经测试，该模料的抗弯强度为8～9 MPa，线收缩率为0.3%～0.4%，灰分⼩于0.02%。此外，李柏鸿则选取中⽯化⽣产的⼏种⽯蜡和微晶蜡为主要原料，制备了分别具有⾼强度、⾼硬度、⾼热稳定性、冷却收缩均匀、表⾯光泽度好的低温、中温和⾼温蜡，很好补充了我国精铸⾏业在该领域的空⽩。
现代城市研究相较于国内熔模铸造⽤模料的现状，国外模料商品化历史悠久，品种丰富且规格齐全，已形成专业化系列产品。以⽇本株式协会⽣产的K系列精铸蜡为例，表3给出了该系列模料的分类及性能。此外，在先进模料的开发与应⽤上，国外最近也取得了许多令⼈瞩⽬的成果。Muschio和Henry研发了⼀种含⼄酸纤维素的熔模铸造蜡，其最⼤优势是燃烧时不产⽣致癌物质，且固化速度快，裂纹极少。Mcnulty等则以聚对苯⼆甲酸⼄⼆醇酯作为填料，制备了熔模精密铸造⽤蜡料。⼯程实践表明，该蜡能够有效控制熔模铸造时蜡料的膨胀和收缩，且在脱模时⼏乎不残留灰分。
1.2 模样制备的发展现状
模样制备主要有传统的模具压蜡和新兴的激光快速成形两种。模具压蜡采⽤液体蜡，通过射蜡机和压蜡模具压制成形。该⼯艺较适⽤于⽆复杂结构铸件的批量化和⼤型化⽣产，但其显著缺点是事先须制备⽣产⽤模具，因此⽆形中增加了⽣产周期和研发成本。值得注意的是，当采⽤蜡料进⾏钛合⾦精密铸造时，模料在压注过程中合理的压注⼯艺参数选择尤
产周期和研发成本。值得注意的是，当采⽤蜡料进⾏钛合⾦精密铸造时，模料在压注过程中合理的压注⼯艺参数选择尤为重要。研究表明，压注温度、模具温度、注射压⼒和保温时间、模料的流量和流速等都会影响蜡模的成形质量。例如，周李明等采⽤⾃制的⽹格状射蜡模具系统性地揭⽰了射蜡温度、射蜡时间、射蜡压⼒对蜡模充型性能的影响，发现射蜡温度、射蜡压⼒以及射蜡时间等的变化都
会直接影响蜡模的充型能⼒，其中射蜡温度的影响最为显著。阚精诚等的研究则表明，蜡模的体积收缩率、缩痕及变形量均会随着注蜡温度和速度的增加⽽明显增加；随着模具温度的升⾼，蜡模的收缩和变形倾向增⼤；⽽延长保压时间可以在⼀定程度上有利于降低蜡模部分缺陷的产⽣，如型腔内部收缩等。黄羊泉
相⽐于模具压蜡，新兴的激光快速成形则是⼀种采⽤数字化三维模型，利⽤激光成形机进⾏激光加热分层烧结成形的快速制模技术。因此，对⽐模具压蜡，该⼯艺具有材料利⽤率⾼、适⽤范围⼴、⽆需模具和⽀撑结构、可直接制造任意形状复杂的结构件等优点；但受限于激光快速成形的分布式⽣产特点，其并不适⽤于铸件的⼤批量、规模化⽣产，因此，激光快速成形尚不具备取代传统模具压蜡的条件。此外，激光快速成形技术通常选⽤的模料为⾼聚物，⽽铸造制壳⼜通常选⽤锆砂或⽯英砂，这导致在后续的脱蜡环节中极易因前者较⼤的热膨胀系数⽽导致型壳开裂，甚⾄⽆法完成脱蜡。由此可见，开发更多的熔模材料种类，进⼀步优化激光快速成形⼯艺仍然是未来重点研究的问题。
1.3 脱蜡⼯艺的发展现状
脱蜡（也称脱模）是指从型壳中溶失熔模的过程。由于在此过程中，型壳极易因蜡模受热膨胀⽽发⽣变形或开裂，因此选取合适的脱蜡⼯艺也成为钛合⾦熔模精密铸造⼯艺中关键⼯序之⼀。根据脱蜡原理的不同，⽬前国内外钛精铸⼯业领域实际应⽤的常规脱蜡⼯艺主要有溶剂脱蜡、热⽔脱蜡、⾼压蒸
汽脱蜡、电磁波脱蜡和燃烧脱蜡等⼏种。其中，溶剂脱蜡因其主要通过化学作⽤将蜡模溶解并靠重⼒使其流出型壳，因此，该⼯艺在抑制型壳变形和开裂⽅⾯具有显著优势，使其⼀度成为我国钛合⾦熔模精密铸造中主流的脱蜡⼯艺，如在2009年前沈阳铸造研究所⼀直使⽤该⼯艺。然⽽，该⼯艺最⼤的缺点就是使⽤的有机溶剂（三氯⼄烯）对⼈体和环境具有严重的毒害作⽤，迫使钛精铸企业不得不逐渐淘汰该⼯艺。
为了解决溶剂脱蜡的弊端，热⽔脱蜡和⾼压蒸汽脱蜡⼯艺应势⽽⽣。该类⼯艺主要借助⽔温或蒸汽温度使蜡模从型壳中溶失，其优点是不仅有利于环境保护，⽽且操作简单、蜡料回收效率⾼。由于这类⼯艺在应⽤过程中，钛合⾦铸造⽤型壳往往要接触⽔或⽔蒸⽓，因此，该类⼯艺并不适⽤于以⽔溶性物质（如⼆醋酸锆）作为粘结剂，或⼀些具有遇⽔回溶性质的材料作为耐⽕⾻料的型壳脱蜡。2001年，哈尔滨⼯业⼤学的李邦盛教授成功研制出遇⽔不回溶的LJ-8号新型粘结剂，这为解决国内外钛合⾦熔模精铸中热⽔脱蜡难题提供了可⾏的解决⽅案。
电磁波脱蜡则是为解决溶剂脱蜡的毒性问题和热⽔或蒸汽脱蜡型壳材料回溶问题⽽开发出来的新⼯艺，⽬前主要有红外波加热和微波加热两种。其中，红外波加热脱蜡是通过在线圈上通电加热产⽣红外波使蜡料受热熔化流出，属于典型的⾮接触式物理脱蜡过程。⽽微波脱蜡则是利⽤特定波长的电磁波发射作⽤在受热蜡模上，强制受热蜡模的分⼦随之发⽣强烈振动，从⽽使蜡模溶失。与前述脱蜡⼯艺⽐，该类脱蜡⼯艺不仅⽆毒⽆污染、安全，⽽且对型壳材料⽆特殊要求。⽬前，红外波加热法已成
为国内钛合⾦铸造企业及科研单位普遍采⽤的脱蜡⼯艺，如沈阳铸造研究所有限公司和北京航空材料研究院等。⽽与之相⽐，微波脱蜡⼯艺在实际应⽤上仍存在⼀定的难点。例如对于厚⼤铸件⽽⾔，其仍⽆法完美解决厚⼤的蜡模中⼼易因受热膨胀导致的型壳变形和开裂问题。最近，上海⼤学的刘宏葆等系统研究了微波脱蜡⼯艺的影响因素，并认为微波脱蜡是⼀种可以取代常规⾼压蒸汽、热⽔脱蜡的脱蜡⼯艺，其在钛合⾦的熔模精密铸造中具有很强的发展潜⼒。
应该说，上述脱蜡⼯艺的开发很好满⾜了传统钛合⾦精密铸造的需求，但随着3D打印快速成形技术的崛起，钛合⾦铸造⽤模料的材质也已经开始由传统的蜡料拓宽到⾼聚物类。⽽这些材料普遍具有好的化学稳定性和较⾼的熔点，因此，上述三种脱蜡⼯艺已⽆能为⼒。⽬前，针对该类模料的去除主要采⽤加热燃烧的⽅法，具体⼯艺主要有电加热和燃料加热两种。前者采⽤电阻炉作为加热设备，在氧化⽓氛内加热，使聚苯⼄烯复合物材料完全燃烧掉，易造成⼤的烟尘，对加热设备的损坏较⼤。后者采⽤煤油炉作为加热设备，通过煤油炉燃烧产⽣⾼温将型壳内的聚苯⼄烯复合物模料燃烧掉。⽬前，两种⽅法在国内钛合⾦铸造企业及科研单位均有所采⽤。⽽美国的Pacific Kiln&Insulations，Inc.则在以上两种⼯艺的研发基础上开发出了附有阻燃功能的新⼀代闪烧脱蜡炉，不仅实现脱蜡和焙烧⼯序⼆合⼀，⽽且还有效防⽌了燃烧、烟尘对环境的污染。
2 惰性⾯层型壳材料的发展
熔融状态下的钛具有极⾼的化学活性，⼏乎可以与所有常⽤的耐⽕材料发⽣反应，从⽽污染铸件表⾯，致使铸件的内部和外观质量极具恶化。因此，钛合⾦熔模精密铸造⽤型壳⾯层材料的选择成为提升钛合⾦铸件质量的关键。熔模精密铸造型壳主要由耐⽕材料和粘结剂组成。⽽从⾯层耐⽕材料的发展历史上看，钛合⾦熔模精密铸造⽤耐⽕材料的选择⼤致经历了三个阶段，分别为⽯墨耐⽕材料、难熔⾦属材料、氧化物陶瓷材料。此外，为了更好地服务于钛合⾦熔模精密铸造，⼈们也积极开展了⼀些关于新兴⾯层耐⽕材料的研发⼯作。
2.1 ⾯层耐⽕材料的发展
2.1.1⽯墨耐⽕材料
2.1.1⽯墨耐⽕材料
⽯墨按其来源可分为天然⽯墨和⼈造⽯墨两⼤类。通常来讲，钛合⾦熔模精密铸造选⽤的⽯墨指⼈造⽯墨，其是由⽯油焦炭和沥青为主要原料，经2 600～3 000℃⾼温煅烧⽽成。⼈造⽯墨在真空下具有较⾼的耐⽕度和较⼩的热膨胀系数，其强度随温度的升⾼⽽有所增强。此外，⽯墨在⾼温下对熔融钛合⾦也具有良好的惰性，这在很⼤程度上削弱了其与钛合⾦的反应。这些优点使得⼈造⽯墨很早就被⼈们选⽤为钛合⾦熔模精密铸造型壳材料。美国的Howmet公司早在1966年就发布了第⼀个关于钛合⾦⽯墨型壳精铸⼯艺的专利，后经不断的⽣产实践总结逐步形成了成熟的钛合⾦熔模⽯墨型壳精铸的
Mongraf⼯艺应该说⽯墨型壳⼯艺的开发极⼤地推动了钛合⾦熔模铸造的历史进程，但⼈造⽯墨还是存在着诸多缺点，例如其在空⽓中加热极易被氧化，故必须⼯作于真空、还原性或惰性⽓体⽓氛下；吸附⽓体的能⼒强，浇注前需在真空条件下进⾏⾼温除⽓；热导率⾼，仅次于铝、铜，因此在浇注过程中易产⽣激冷效应，致使铸件表⾯出现微裂纹、冷隔、流痕、裂纹等缺陷。此外，有研究还发现采⽤⽯墨型壳铸造的钛合⾦铸件会形成严重的渗碳现象，影响了铸件的内部质量。为了解决上述问题，沈阳铸造研究所赵军研究员领导的研究⼩组通过在⽯墨铸型内表⾯涂刷耐⽕氧化物Y2O3的⽅法制备了质量良好的钛合⾦铸件，同时未观察到Y2O3涂料与钛液发⽣化学反应的迹象。
2.1.2难熔⾦属材料
钛合⾦熔模精密铸造中的⾦属造型材料指的是⽤于⾯层材料的难熔⾦属粉，如钨、钼、钽、铌等⾼熔点⾦属。这些材料的化学稳定性较⾼，与熔融钛接触时⼏乎不发⽣界⾯化学反应。关于难熔⾦属型壳⼯艺的研究最早可追溯到20世纪70年代，Brown为解决⽯墨型壳⼯艺中存在的问题，尝试在陶瓷型表⾯涂覆⼀些不活泼的钨粉。随后的1979年，Basche⽤钨的化合物渗透普通陶瓷型壳，然后在还原性⽓氛下，如氢⽓状态中焙烧，将钨的化合物还原，⽣成钨和钨的氧化物，从⽽在耐⽕材料表⾯包覆了⼀层钨。但是，尽管该型壳在⼀定程度上减少了与钛液的反应，但是存在氧化物的问题。美国的Rem公司在前⼈研究基础上开发出了钨⾯层熔模陶瓷型壳⼯艺。这种⼯艺的⾯层浆料主要由填料钨粉和粘结剂⼆醋酸锆组成，经⾼温焙烧后，⼆醋酸锆分解的氧化锆与钨粉⼀起烧结成⾼强度的型壳⾯层。⽣产贵州大学选课系统
实践表明，采⽤钨⾯层陶瓷型壳⼯艺⽣产的钛合⾦铸件表⾯光洁度⾼、内部组织致密，同时⽆α脆性层，因此，该⼯艺较适⽤于制造复杂结构的航空⽤钛合⾦精铸件。然⽽，类似于⽯墨材料，由于钨⾦属本⾝⾼的热导率，铸件表⾯也易因激冷⽽产⽣冷隔、流痕等缺陷。此外，这种型壳脱蜡时常需使⽤三氯⼄烯或其他⼀些有机溶剂，⽽这些溶剂的使⽤势必会造成⼈体健康和环境的损害。因此，钨⾯层型壳⼯艺在钛合⾦的熔模精密铸造中并未得到⼤范围应⽤。
2.1.3氧化物⾯层耐⽕材料
对⽐⽯墨耐⽕材料和难熔⾦属⾯层材料，氧化物⾯层材料的热导率较低且不易吸附⽓体，这不仅更好地保证了合⾦的充型能⼒，⽽且也降低了合⾦浇注的环境要求。因此，氧化物陶瓷材料是⽬前国内外普遍选⽤的⾯层⽤耐⽕材料。经过多年的研究与发展，常⽤的氧化物⾯层材料主要有A12O3、CaO、ZrO2、Y2O3和ThO2，它们与熔融钛合⾦反应的能⼒依次减弱。这其中，尽管ThO2与钛液反应的惰性最强，但因其⾼成本和放射性已被停⽌使⽤。
A12O3俗称刚⽟，其不但具有较⾼的熔点，⽽且还具有良好的热抗震性能，因此，该材料被⼴泛⽤于型壳的背层材料。普通的刚⽟是不能直接使⽤的，必须事先经⾼温煅烧或电熔转化为稳定的刚⽟粉。近些年来，考虑A12O3在抑制TiAl基合⾦活性和氧固溶度上的优势，以及与TiAl合⾦相近的热膨胀系数，研究⼈员普遍看好其在TiAl基合⾦熔模精密铸造中作为型壳⾯层材料的应⽤前景。Misra系统研究
了A12O3与TiAl合⾦之间的反应程度，发现随着TiAl合⾦中Al含量的增加，两者之间的界⾯反应程度逐渐降低；当Al含量增加到50at.%时，界⾯处⼏乎观察不到明显的反应迹象。陈⽟勇等对⽐研究了氧化锆和A12O3分别作为⾯层材料浇注TiAl系合⾦时形成的反应层厚度，发现A12O3与熔融的钛液发⽣了较为严重的化学反应，并形成了厚度达30～40µm的连续反应层。⽽Kim等的研究结果则表明，选⽤热⼒学稳定的粘结剂可以有效降低A12O3与TiAl合⾦的界⾯反应，从⽽有利于减⼩反应层厚度。由此可见，通过⼀定的⼯艺调整，A12O3应该可以作为浇注TiAl合⾦铸件的型壳⾯层材料。
CaO因具有来源⼴泛、价格低廉，以及⾼温状态下较⾼的化学稳定性，⼀直以来被⼈们视为具有巨⼤发展空间的⾯层耐⽕材料。但CaO在室温下极易因吸潮⽽发⽣⽔解，这在很⼤程度上限制了其应⽤。因此，为了规避⽔化风险，当采⽤CaO作为型壳材料时必须要预先对其进⾏致密化提纯，并在浇注时要保证热壳浇注。Degawa等采⽤具有致密化CaO⾯层材料的陶瓷型壳浇注了钛合⾦铸件，发现铸件表⾯含氧量低，同时未检测出Ca元素，表明CaO与钛液间的界⾯反应极低。LaSalle提出了⼀种利⽤碳酸钙和⽔基碱性粘结剂制备CaO⾯层材料的⽅法，并利⽤该⼯艺成功制备出了表⾯质量优良的涡轮增压器转⼦。由此可见，CaO作为活泼⾦属的铸型⾯层材料将⼤有可为。
ZrO2和Y2O3是⽬前为⽌研究最多、应⽤上最⼴泛的钛合⾦熔模精密铸造⽤型壳⾯层耐⽕材料。研究表明，ZrO2在⾼温下与熔融钛合⾦接触时具有很好的惰性，例如，李邦盛等利⽤⾃制的ZrO2⾯层陶瓷型壳浇注钛合⾦铸件，结果显⽰，经该型壳浇注的铸件表⾯质量良好，其表⾯反应层厚度仅约为50µm。
应该指出的是，作为⾯层材料的ZrO2在使⽤前必须要经过稳定化处理，这是因为普通ZrO2的晶格类型在1 182℃下会由单斜转变为四⽅晶格，极⼤地增加了型壳开裂的风险。为了规避该风险的发⽣，通常的做法是向普通的ZrO2中添加4%～8%的CaO，经⾼温电熔或煅烧后得到使其形成稳定的ZrO2。
与ZrO2⼀样，Y2O3在使⽤时也需预先进⾏稳定化处理后才能作为钛合⾦熔模精密铸造的⾯层耐⽕材料。相较于
ZrO2，Y2O3对熔融钛液的惰性更⾼且所浇注出的铸件表⾯污染层更薄，铸件轮廓也更为清晰，尤其对于⼤型薄壁铸件
ZrO2，Y2O3对熔融钛液的惰性更⾼且所浇注出的铸件表⾯污染层更薄，铸件轮廓也更为清晰，尤其对于⼤型薄壁铸件⽽⾔，这种优势更为显著。中科院沈阳⾦属研究所的贾清等对⽐研究了Y2O3、ZrO2分别作为⾯层材料的陶瓷型壳对钛合⾦精铸件表⾯质量的影响，发现ZrO2与钛液的反应层厚度约为30～40µm；但在采⽤Y2O3⾯层型壳浇注出的铸件表⾯⼏乎检测不到Y元素的存在，说明Y2O3与钛液的界⾯反应极其微弱。然⽽，Y2O3作为⾯层耐⽕材料也存在⼀定的劣势：⼀⽅⾯，Y2O3与硅溶胶、⼆醋酸锆、钇溶胶等制成的涂料对pH值的控制要求较⾼，当pH值发⽣变化时，浆料极易发⽣凝胶现象，因此，Y2O3涂料的制备⼯艺要求较为苛刻；另外⼀⽅⾯，钇作为稀⼟元素，在地壳中的含量仅约为2.8×10-30%，这使得Y2O3的价格较为昂贵，这⽆形中增加了钛合⾦铸件的制造成本。为了解决
这个问题，近些年来，研究者们也进⾏了⼀些尝试和努⼒，例如，北京航材院的戴介泉选⽤含有60%以上Y2O3的混合重稀⼟氧化物取代纯
Y2O3制备出了符合⼯艺要求的陶瓷型壳，从⽽极⼤地降低了⽣产成本。unproper
农户办酒席发生食物中毒 多人身亡2.1.4其他类型⾯层耐⽕材料
除了以上介绍的⾯层耐⽕材料，研究⼈员也对⼀些碳化物（ZrC、Cr3C2）、硼化物（CrB2、MoB2、TaB2）、硅化物（MoSi2）以及硫化物（CeS）进⾏了研究和探讨。但从⽬前的相关报道看，只有TiC和CeS与熔融钛液的反应较弱，显⽰出作为⾯层耐⽕材料的发展前景，⽽部分碳化物、硅化物及硼化物中的⼀些元素组元会与钛元素在⼀定温度下形成低熔点的共晶相，进⽽严重影响钛合⾦铸件的质量。
2.2 粘结剂的发展
熔模精密铸造⽤型壳是以化学⽅式将粘结剂与耐⽕材料混合制成涂料浆，然后经⾼温焙烧⽽成。因此，粘结剂是⼀种⾮常重要的材料：它不仅要为各类型耐⽕材料颗粒间的粘结提供“⾻架”，⽽且在型壳焙烧后，其产物还要为型壳提供⾜够的强度。⽣产实践表明，⼀个好的钛合⾦熔模精铸⽤粘结剂需具备如下的特征：①焙烧后的产物要具有⾼的热⼒学稳定性，以尽可能降低与熔融钛的化学反应；②要对型壳⽤耐⽕材料有很强的润湿和粘结能⼒；③对光洁蜡模要有较好的涂挂成形能⼒。
早期钛合⾦熔模精密铸造中常⽤的⾯层粘结剂主要为碳质粘结剂和酚醛树脂。这类粘结剂主要⽤于制备熔模精铸⽤⽯墨型壳。在此期间，研究⼈员还尝试使⽤⽔玻璃、硅酸⼄酯等作为钛合⾦铸造⽤粘结剂，但是发现，钛合⾦与型壳的界⾯反应⼗分剧烈，因此不适合作为⾯层材料的粘结剂。⽬前，硅溶胶、⼆醋酸锆以及碳酸锆铵的有机化合物是钛合⾦熔模精铸中最常⽤的粘结剂。其中⼆醋酸锆在熔模精密铸造中的应⽤最为⼴泛，⽆论是难熔⾦属还是氧化物⾯层耐⽕材料都可以⽤其作为主要粘结剂。
然⽽，从当前的国内外研究热点看，硅溶胶在未来的粘结剂选⽤上⼤有取代醋酸锆之势。相⽐醋酸锆，硅溶胶不仅价格低廉、来源⼴泛，并且其⼯艺性、粘结性及型壳强度等明显都优于⼆醋酸锆。⽬前来看，硅溶胶作为粘结剂的⼀个最⼤弊端是，当其与氧化钇结合时容易发⽣过早凝胶，从⽽严重降低料浆的使⽤寿命。研究表明，氧化钇与硅溶胶之间发⽣的凝胶现象与氧化钇的极易⽔化有着紧密联系。据此，⼀些⾏之有效的措施也相继被提出。例如，Horton尝试在氧化钇和硅溶胶组成的涂料浆中引⼊⼀定量的氢基离⼦源（主要为氢氧化钠），发现经该措施配备的涂料浆的pH值在6天时间⾥仍保持在10.2以上，从⽽有效抑制了过早凝胶的发⽣。Yasrebi等利⽤氧化锆在⽔中较⼩的溶解度的特点，在氧化钇的坯料中掺⼊少量的氧化锆，同样也实现了降低氧化钇⽔化发⽣的⽬的。⽽我国武汉精密铸造⼚周泽衡和清华⼤学姜不居等则采⽤硅酸⼄酯和酸性/碱性硅溶胶混合的⽅法成功制备了⽤于“华夏编钟”铸造的粘结剂。由此可见，在⼀些辅助措施或新⼯艺的加持下，硅溶胶在未来的钛合⾦熔模精密铸造中将⼤有可为。
韩素音
除以上常⽤粘结剂外，出于⽣产成本和⼯艺优化⽅⾯的考虑，我国学者也⼀直在进⾏新型粘结剂的研究和开发，如北京航空材料研究所研制的Gu-1及Gu-3型粘结剂，哈尔滨⼯业⼤学研制的LJ-8型粘结剂等均显⽰出良好的应⽤前景。
作为近净成形⼯艺的⼀种，钛合⾦熔模精密铸造⼯艺的发展不仅催⽣了新型钛合⾦铸件的应⽤，⽽且也极⼤地推动了国家航空航天等⾼、精、尖⼯业的迅猛发展。然⽽，诚如上⽂所介绍的，钛合⾦熔模铸造⼯艺在模料、模样制备、⾯层耐⽕材料和粘结剂选择⽅⾯还存在着⼀定的局限性和不⾜，这不仅⽆形中会增加钛合⾦铸件的⽣产成本，⽽且还会限制钛合⾦的进⼀步应⽤，尤其是随着航空装备的更新换代，这种限制会愈加显著。因此，完善和提升钛合⾦熔模精密铸造技术还需铸造⼯作者们的共同努⼒，以使钛合⾦熔模精密铸造技术向着低成本、优质化的⽅向发展。将来钛合⾦熔模精密铸造的发展趋势如下：
（1）在模料⽅⾯，随着钛合⾦精铸件需求的不断增加，尤其是⼤型薄壁复杂钛合⾦构件，基于3D打印的快速成形技术因其具有⾼精度、⼯艺简单、⾃由度⾼等优点，在未来的熔模精密铸造领域具有⽆限的发展潜⼒。因此，开发更多的熔模材料种类以适应不断更新地快速成形⼯艺将是未来重点研究的问题。⽽就传统的蜡料⽽⾔，寻价格低廉、综合性能优良、复⽤性好的⾼品质模料仍将是相关研究⼈员和⽣产企业的主要关注点。
（2）在脱模⼯艺⽅⾯，随着我国对熔模精密铸造可持续化发展重视程度的不断提⾼，清洁化、低成本、⾃动化、普适性强及模料回收率⾼将是未来脱蜡⼯艺的⾰新重点。
（3）在⾯层⽤耐⽕材料⽅⾯，⽬前氧化钇和氧化锆仍是⼴泛使⽤的⾯层耐⽕材料，但两者⾼昂的价格成本限制了熔模精密铸造的规模化应⽤。因此，开发新的惰性⾯层耐⽕材料，或改良已有的价格低廉的耐⽕材料将是未来耐⽕材料发展的必由之路。
（4）在粘结剂的选择⽅⾯，研发低成本、⾼稳定性以及⽆毒⽆害的粘结剂是未来的研究热点之⼀。其中，硅溶胶⼯艺有望率先取代醋酸锆或钇溶胶，⽽成为主要的⾯层耐⽕材料的粘结剂。因此，在进⼀步加⼤硅溶胶凝胶机理探究的同时，着⼿优化⾯层制备⼯艺则显得尤为重要。
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