硅溶胶比重与二氧化硅含量的关系探索

杨敬敏 江爱华 刘晶沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司 辽宁省沈阳市 110043

硅溶胶比重与二氧化硅含量的关系探索

杨敬敏 江爱华 刘晶
沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司 辽宁省沈阳市 110043

硅溶胶是一种熔模铸造用工艺材料，广泛用于精密铸造壳体及壳形的生产中。公司军品和民品生产需使用大量的精密铸造用的硅溶胶，硅溶胶的入厂复验，采用重量法测试其二氧化硅含量，因复验周期长，已远不能满足精密铸造生产所需，因此寻找一种快速检测硅溶胶中二氧化硅大致含量的方法是很有必要的。本文通过对不同批次的GJR-26硅溶胶，采用重量法测试硅溶胶中二氧化硅含量，同时测试其比重，通过对其比重与二氧化硅含量的关系研究，测试硅溶胶的比重即可确定其二氧化硅在某个范围内的大致含量。

密度；二氧化硅含量；硅溶胶；线性关系

一、引言

硅溶胶是一种熔模铸造用工艺材料，广泛用于精密铸造壳体及壳形的生产中。因公司内大量军品和民品任务的所需，需要大量的精密铸造用的硅溶胶，而对于硅溶胶的入厂复验，我们原有的重量法测试硅溶胶中二氧化硅含量，因复验周期长，已远不能满足精密铸造生产所需，因此寻找一种快速检测硅溶胶中二氧化硅含量的方法是很有必要的。由于生产某一个品种的硅溶胶(如GJR-26号)，采用的生产工艺目前已较成熟，通过测其比重的方法来测试硅溶胶中二氧化硅含量，我们对每批次的入厂硅溶胶采用重量法测试硅溶胶中二氧化硅含量，同时测试其比重，从积累的大量的试验数据中我们发现其比重(密度)和二氧化硅含量成正比的关系。

二、硅溶胶的介绍

硅溶胶是二氧化硅的胶体微粒分散于水中的胶体溶液，又名硅酸溶胶，或二氧化硅水溶胶。硅溶胶外观为乳白色半透明的胶体溶液，多呈稳定的碱性，少数呈酸性。硅溶胶中SiO2的浓度一般为10%-35%，浓度高时可达50%。硅溶胶粒子比表面积为50-400 m2/g，粒径范围一般在5-100nm，即处于纳米尺度，与一般粒径为0.1-10μm的乳液相比，其颗粒要小得多。

1.硅溶胶的生产工艺

目前硅溶胶的生产工艺主要有两种，一种为硅酸钠水溶液离子交换去除钠离子；另一种是采用二氧化硅加水加氧化钠合成的方法，我公司目前使用的硅溶胶是第二种工艺方法制成的。

2.硅溶胶的技术要求

熔模铸造用硅溶胶(GJB-26)采用的技术要求规定如下：二氧化硅含量(%)

24～28; 氧化钠含量(%)≤0.3; 硅溶胶比重1.15～1.19; pH9～9.5; 运动粘度m2/s≤6×10-6;二氧化硅粒子直径(nm) 7～15; 外观, 乳白或淡青无外来杂物。

三、实验部分

1.实验用品

⑴试剂

甲基红指示剂、盐酸标准溶液（0.1N）、去离子水。

⑵仪器

精密比重计、温度计、最小分度值、量筒、电子天平、锥形瓶、电炉、

马弗炉。

⑶样品

不同牌号的硅溶胶试样

2.试验方法

⑴测定密度

用250ml量筒量取硅溶胶溶液，将温度计、量程适当的比重计放入其中，控制温度在25±1℃，且勿触及管壁，准确到0.001。

⑵测定二氧化硅含量

①氧化钠含量

称取3克左右的硅溶胶（精准至0.0001克），移入250毫升锥形烧瓶中，加50毫升去离子水稀释，滴3滴甲基红指示剂，用0.1N盐酸标准溶液由黄变红即为终点。

计算公式： Na2O%=(V×N×0.031) /G×100 式中：V-滴定所耗盐酸体积，毫升； N-标准盐酸的当量浓度；0.031-每毫升盐酸相当于氧化钠的克数；G-硅溶胶试样重，克。

②二氧化硅含量

在850℃马弗炉中将瓷坩埚恒重，在已恒重的带盖瓷坩埚内称取3克硅溶胶（精准至0.0001克）,在电炉上低温加热使其微沸，让水分缓慢蒸发至干涸后，将坩埚加盖置于马弗炉中随炉温升温至850℃，保温30分钟，恒重。

计算公式：SiO2%=(G1-G×Na2O%)/G×100 式中：G1-熔烧恒重后的硅溶胶残留物重，克；G-硅溶胶试样重，克；Na2O-试样中氧化钠含量，%。

四、结果讨论与分析

1.我们实验室对GRJ-26型硅溶胶累积实验数据如下

2013年：批次号分别为13-119、13-180（05）、13-180（06）、13-196、13-264；比重分别为1.181、1.184 、1.183、1.182、1.185；二氧化硅含量分别为27.00 、27.30、27.20、27.12、27.47。

2014年: 批次号分别为14-007、14-071、14-075 、14-124、14-287、14-357；比重分别为1.181、1.183 、1.182、1.185、1.180、1.184；二氧化硅含量分别为27.00、27.37、27.19、27.72、27.77、27.56。

2015年: 批次号分别为15-212、15-237、15-253 、15-007、15-013；比重分别为1.184、1.182、1.185 、1.187、1.179；二氧化硅含量分别为27.60、27.40 、27.68、27.77、27.18。

由上述数据做出的比重和二氧化硅含量二者关系曲线见下图：

2013年数据曲线

2014年数据曲线

2015年数据曲线

由上述数据可以看出GRJ-26型硅溶胶，密度在1.179～1.187范围内，二氧化硅含量在26.77～27.77范围内，二氧化硅含量随密度的升高而增大，密度和二氧化硅含量呈一定的线性关系。

五、结论

由重量法测试硅溶胶中二氧化硅含量和比重的关系图可以直观地反映出，当硅溶胶的生产工艺处于稳定状态的情况下，硅溶胶中二氧化硅含量随密度的升高而增大，即硅溶胶的密度和二氧化硅含量呈一定的线性关系。因此，根据上述数据曲线，通过测试硅溶胶的比重即可确定其二氧化硅在某个范围内的大致含量。为生产过程中需要快速测试在某一个技术指标范围内二氧化硅大致含量打下坚实基础。

[1]HB5346-86《熔模铸造用硅溶胶》

[2]《硅溶胶的性质、制备和应用》

[3]《硅溶胶的用途》

On the relation of Ludox Proportion and Silicon Dioxide Content

Yang Jingmin, Jiang Aihua, Liujing, Shenyang Dawn Airline Engine (Group) co., LTD, Shenyang city, Liaoning province , 110043

Ludox is one arts and crafts material used for investment casting,which material is widely used in course of precision casting shell and shell shape. The production of company military products and civilian products needs large number of ludox used in precision casting and the ludo x’s factory reinspection adopts gravimetric method to test silicon dioxide content, because the reinspection needs a long period, it is far from meeting th e precision casting production requirements, it is necessary to f nd one new method to quickly test silicon dioxide roughly content in ludox. In this paper, t he roughly silicon dioxide content in certain range can be determined by using the gravimetric method to test the silicon dioxide content in various GJR-26 ludoxs, meanwhile measuring their proportion. By comparing the proportion with silicon dioxide content, we can get the conclusion that testing th e proportion of ludoxs can help to conf rm silicon dioxide roughly content in certain range.

density；silicon dioxide content；ludox；linear relation

T

A

杨敬敏( 1982～) 女, 汉, 工程师, 研究方向：航空润滑剂性能研究。