水玻璃砂的优点为：①硬化快，不需进炉烘干，可缩短生产周期，减少工序，节约燃料，提高劳动生产率；②硬化强度高，可省去芯骨，简化操作工序；③所得型芯尺寸精确；④便于组织机械化、自动化生产；⑤水玻璃价格便宜，制造简便，来源广泛。水玻璃砂的缺点是：①溃散性差，铸件清理难度较大；②旧砂回用及再生困难；③吸湿性较大，水玻璃砂对环境相对湿度非常敏感，制造的型或芯容易吸湿而导致强度下降。

1.水玻璃

水玻璃有钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃等，铸造上用作黏结剂的主要是钠水玻璃。

（1）水玻璃的模数 水玻璃的主要参数是模数和密度。水玻璃中的SiO₂和Na₂O的物质的量之比称为水玻璃的模数，用M表示。

式中 n（SiO₂）、n（Na₂O）——SiO₂和Na₂O的物质的量（mol）；

w（SiO₂）、w（Na₂O）——SiO₂和Na₂O的质量分数（%）。

必须指出：模数仅表示水玻璃中Na₂O和SiO₂的相对含量，而浓度能反映水玻璃中硅酸钠的绝对含量。

（2）浓度和密度 水玻璃的浓度是指它的水溶液中有多少Na₂O·mSiO₂，一般用密度来表示。生产中常用波美度计测出溶液的波美度（°Bé），换算成密度（ρ）。

（3）水玻璃模数和密度的选用 目前大多采用M=2.1～2.6，ρ=1.44～1.50g/cm³的水玻璃；夏季为延长可使用时间，选用M=2.2～2.5的水玻璃；冬季为缩短硬化时间，选用M=2.6～2.9的水玻璃；生产周期短的中小型芯时，可M=2.6～2.9，ρ=1.44～1.508g/cm³的水玻璃。

（4）水玻璃模数的调整 在水玻璃中加入氢氧化钠（NaOH），中和水玻璃中部分游离的SiO₂，可降低模数。在水玻璃中加入氯化铵（NH₄Cl）、盐酸（HCl）等使之与水玻璃中的Na₂O作用，减少与SiO₂结合的Na₂O，可以提高模数。

2.水玻璃砂的硬化原理及方法

（1）水玻璃砂的硬化原理

1）化学硬化：加入液体、固体或气体硬化剂，与水玻璃起化学反应，生成具有黏结性能的硅酸凝胶的硬化方法。

2）物理硬化：物理硬化是一种单纯的脱水硬化过程。在加热时，随着水分降低，硅酸浓度不断增加，硅酸分子间发生脱水聚合反应，形成多分子的硅酸胶粒，硅酸胶粒又聚合成网状立体结构的胶凝体，将砂粒黏结在一起，使型砂具有较高的强度。

（2）水玻璃砂的硬化方法

1）CO₂硬化法：CO₂硬化水玻璃具有操作简单，硬化迅速，生产周期短，对环境无污染，生产成本低等优点，故应用最广泛。

将CO₂气体吹入砂型或砂芯后，气体与水玻璃发生反应，生成硅酸溶胶，反应式为

Na₂O·mSiO₂·nH₂O+CO₂=Na₂CO₃+mSiO₂·nH₂O+Q

同时，CO₂气体本身也是干燥剂（露点为-30℃），吹CO₂有脱水、硬化作用。(www.daowen.com)

吹气方法有扎气孔吹气法、盖罩法和插管吹气法等。吹气压力越大，硬化反应就会越快，硬化深度也就越大。生产中常取吹气压力为0.15～0.3MPa，其硬化深度可达20～30mm。CO₂的流量和吹气时间实际上控制着CO₂的用量，因此可以用控制流量的方法来控制硬化过程。理论上CO₂的用量为水玻璃质量的1/9，但实际使用量则为水玻璃质量的1/2。吹气时间应该根据吹气方法、型（芯）大小等确定。

2）物理硬化法

①加热硬化。加热硬化是脱水硬化过程。其优点是所得砂型和砂芯的强度高、水分少，不容易使铸件产生气孔、砂眼等缺陷；其缺点是需要加热设备，硬化时间比吹CO₂的时间长。一般加热硬化设备多采用烘窑或移动式烘炉，加热温度为200～250℃，烘干时间为40～150min。

②自然干燥硬化和联合硬化。水玻璃砂在空气中停放，也可获得一定的强度，由于硬化时间长，硬化层较浅，因此在实际生产中很少应用，而是将CO₂硬化与加热联合使用，或将抽真空与吹CO₂联合使用。

③微波加热硬化。微波加热具有速度快、易于操作、水分去除充分、加热均匀等特点，是一种很有应用前途的工艺。

3.水玻璃砂的性能

（1）常温性能

1）强度。水玻璃砂的湿压强度较低，一般在10kPa以下。其湿强度随着水玻璃的黏度增加而增大。通常采用加入黏土等附加物的方法来提高水玻璃砂的湿强度，而其硬化强度（干强度）则主要取决于水玻璃模数、水玻璃浓度、水玻璃加入量、NaOH加入量、黏土含量和水分等。

2）透气性。在采用同样的原砂时，水玻璃砂的透气性比普通黏土砂高。随着水玻璃及附加物含量的增加，其透气性下降。

（2）高温性能

1）热强度与退让性。在加热开始阶段，随着温度升高，热强度增加，达到一定温度（350℃）后热强度出现峰值，随后随着温度继续升高，热强度下降。在多数温度情况下，水玻璃砂的热强度较低，因而具有较好的退让性，很少阻碍铸件的收缩。

2）发气性。水玻璃砂的发气性取决于其残留水分，残留水分越少，发气量越少。

（3）工艺性能

1）保存性。水玻璃砂的保存性较差，混好的砂放置不久，砂表面即硬化失效，故混砂与制芯、造型应很好地配合，做到及时供砂。

2）不粘模性。水玻璃砂容易粘模，并且水分越多越易粘模。因此，木模芯盒应尽量光滑，并涂以快干漆或喷洒脱模剂。

3）流动性。水玻璃砂的流动性与所用水玻璃的黏度和附加物的加入量有关，加入柴油有助于提高流动性。

4.水玻璃砂的配制

常用水玻璃砂的配比（质量比）为：硅砂100、水玻璃5～9，膨润土2～3、柴油0.5～1.0。配制时先加干料，混匀后再加湿料混碾。其过程一般为