铸造生产中应用最广泛的无机化学粘结剂是钠水玻璃。此类型芯砂与粘土砂比较，有下列优点：
(1)型(芯)砂流动性好，易于紧实，故造型(芯)劳动强度低。
(2)硬化快，强度较高，可简化造型(芯)工艺，缩短生产周期，提高劳动生产率。
(3)可在型(芯)硬化后起模，型、芯尺寸精度高。
(4)可取消或缩短烘烤时间，降低能耗，改善工作环境和工作条件。
1.钠水玻璃粘结剂
水玻璃是各种聚硅酸盐水溶液的通称。铸造上最常用的是钠水玻璃(Sodiumsilicate water glass)，因其便宜，来源充足;其次为钾水玻璃，此外还有锂水玻璃、钾钠水玻璃、季铵盐水玻璃等，分别是硅酸钠(Na20·mSi02)、硅酸钾(K20，nSi02)、硅酸锂(Li20·mSi02)、硅酸钾钠(mK20·Na20·nSi02)、季铵盐的水溶液。
硅酸钠是弱酸强碱盐，干态时为白色或灰白色团块或粉末，溶于水时，纯的钠水玻璃外观为无色粘稠液体，由于含铁盐而呈灰色或绿色,pH值一般在11-13。钠水玻璃的化学式为Na20·mSi02·nH20。
钠水玻璃有几个重要参数，直接影响它的化学和物理性质，也直接影响钠水玻璃砂的工艺性能，这就是钠水玻璃的模数、密度、含固量和粘度等。
(1)模数
钠水玻璃中Si02和Na20的摩尔数之比称为模数，用M来表示。模数的大小仅表示钠水玻璃中SiO2、Na2O的摩尔数之比，并不表示钠水玻璃中硅酸钠的质量分数。但是模数改变，钠水玻璃结构及其物理—化学性质也会发生变化，因为模数的大小直接影响硅酸阴离子的聚合度，聚合度越高，模数也越大。模数越高，作为芯(型)砂粘结剂时的硬化速度也越快，达到最高强度的时间也越短。但过高的模数，将使芯(型)砂的保存性差，不适于造型和造芯。
钠水玻璃模数可以通过化学的方法降低或提高。降低钠水玻璃模数可加入适量的NaOH，以提高水玻璃中Na20的质量分数，从而相对地减少Si02的质量分数。铸造生产中，吹C02硬化时常用模数为2的钠水玻璃。
(2)密度、含固量和粘度
钠水玻璃的密度P取决于钠水玻璃中水的质量分数，而不是它的模数，因为Na2O (62)和Si02(60)(括号中数值为相对分子质量)的相对分子质量数值很近似。密度低，水的质量分数高，含固量少，不宜用作型(芯)砂粘结剂;反之，密度过大，粘稠，也不便定量和不利与砂子混合。铸造上通常采用密度为1.32-1.68g/cm3或波美度35-54的钠水玻璃。
2。钠水玻璃砂的硬化机理
硅酸钠是弱酸强碱盐，在水溶液中几乎完全电离，所以钠水玻璃实际是部分电离的聚硅酸负离子和钠离子在水中的分散体系。不同硅酸盐负离子的平衡是错综复杂的，它取决于pH值、模数和温度，在若干特有的反应过程中达到平衡。其中最有意义的反应是硅酸钠(以=Si-0-Na表示)的钠-氧键水解(hydrolysis)(向右进行)和酸-碱反应(向左进行).，硅氧烷链(Si-0-Si(siloxane linkage)沿线性方向生长，就形成高聚物(polymcr);当它在三维空间任意生长时，就形成凝胶(gel)，这就导致了钠水玻璃的硬化。
如果没有任何胶凝作用的影响，钠水玻璃则可保存很长时间，但它对引起平衡变化的任何因素却非常敏感，这一潜在不稳定特性，通常被用来加速钠水玻璃的缩聚，以形成坚硬的三维的网状结构，使型砂粘结在一起。
铸造生产中常用的一些硬化方法，都是加入能直接或间接影响上述反应平衡点的气态、液态或粉状固化剂，与OH-作用，从而降低pH值，或靠失水，或靠上述二者的复合作用来达到硬化。
(1)加热硬化----失水发生由液态到固态的转变
凡是能去除钠水玻璃中水分的方法，如加热烘干、吹热空气或干燥的压缩空气、真空脱水、微波照射以及加入产生放热反应的化合物等都可使钠水玻璃硬化。图是Na20、Si02和H20三元系统的常温状态图。其中铸造行业所用的商品液体钠水玻璃，是图中阴影部分(区域9，M=2.0—3.3，p=1.2—1.7g/cm3)，当这种水玻璃与砂混合制成砂芯(型)时，如果用加热(或用热空气)方式硬化，会按图中带箭头虚线指示的方向，液体钠水玻璃先变成粘稠液体，接着成为半固体，再变成脱水液体。
(2)化学反应形成新的产物
钠水玻璃在pH值大于10以上很稳定，加入适量酸性或具有潜在酸性的物质时，其pH值降低，稳定性下降，使水解和缩聚过程加速进行。
图为pH值对钠水玻璃胶凝时间的影响曲线，曲线呈大写“N”字形,即著名的“N曲线”。胶凝速度最快的pH值，亦即曲线的最低点在6.8到7.1之间;钠水玻璃稳定性最好、胶凝速度非常慢的pH值，也就是曲线的最高点，在3.2-3.9和10以上。
A)吹C02硬化
C02与钠水玻璃中的水作用形成碳酸 ：
CO2 + H20---- 2H+ + C032-
产生的H+使表面钠水玻璃的pH值不断降低，并达到迅速硬化。
钠水玻璃同C02反应，消耗Na20，把凝胶化的水玻璃推到图的不稳定液体和凝胶区域(图区域11)。这种Si02凝胶含$i02高，并使砂芯和砂型建立强度。
C02是一种脱水能力相当强的气体，从砂粒周围流过，C02与粘结剂接触面积大，使钠水玻璃部分失水，因此，C02硬化既有钠水玻璃的物理脱水作用，也有化学反应，两种机理难以截然分开，通常其粘结是两种作用的结果。(哪一种作用占主导地位?)
采用C02法硬化，有人认为仅发挥了钠水玻璃粘结性能的10%，：因此不得不把砂中钠水玻璃加入量提高到6%-7%(质量分数)。图所示为C02硬化后包裹在砂粒表面的钠水玻璃膜的结构模型，膜由两层组成，表层Ι的主要成分是硅酸胶体以及Na2C03和NaHC03结晶(粉化即白霜)，里层Ⅱ的主要成分是尚未反应的硅酸钠胶体。
B)有机酯液态硬化剂
酯促使钠水玻璃砂硬化建立强度分两阶段，酯使钠水玻璃胶凝化，产生强度;最终强度来自硅酸钠脱水。用酯硬化时，酯在钠水玻璃中进行水解生成有机酸和醇，有机酸提供氢离子，其反应通式是
RCOOR’+H2O-------RCOOH+R’OH
RCOO-与钠水玻璃电离的钠离子Na+发生皂化反应，生成脂肪酸钠;H+与钠水玻璃的OH-结合，均有利于酯的进一步水解和使钠水玻璃析出硅酸溶胶，并促使朝着生成大的凝聚的硅酸分子方向移动，当它在三维空间任意生长时，就形成凝胶，这就导致钠水玻璃硬化。
(3)不同硬化方法所得钠水玻璃砂的强度是不同的。
其原因为：
①所得到的粘结剂膜组织的密度和有序性排列不同，因而影响强度的大小，其顺序为加热硬化、酯硬化、铬铁渣硬化、CO2硬化，相应的粘结膜的内聚强度为41MPa、29.8MPa、20.5MPa、14.9MPa;
②所得钠水玻璃的凝胶胶粒大小明显不同，C02硬化的胶粒直径为0.2—0.48?m，酯硬化的为0.07-0.18?m，真空硬化的为0.06-0.16?m，加热硬化的只有0.035-0.04?m，因而强度会明显不同。
(四)其它类型的砂型
还可使用硅溶胶、植物油、树脂等作为粘结剂形成不同类型的砂型。
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