矿物铸件材料特性
矿物铸件是一种由天然矿物骨料和环氧树脂黏合剂组成的复合材料，采用冷铸工艺制造。相较于钢、灰铸铁或铸铁，它具有多项独特优势。
材料优势
- 优异的阻尼特性
- 低热传导系数
- 化学惰性
- 冷铸工艺
- 低收缩率
- 高设计自由度
- 可整合多种机械零件
- 无废弃物处理问题
设计考量
- 弹性模量低于铸铁
- 需要精密模具
- 对冲击较敏感
材料成分
黏合剂
主要使用环氧树脂作为黏合剂，提供优异的机械性能和化学稳定性。黏合剂与填充物之间的化学反应在室温下进行（冷铸工艺）。含环氧树脂的铸件不适合超过 80°C 的操作温度。
填充物
使用高纯度天然石英岩作为填充物，采用不同粒径等级。填充物的特性决定了矿物铸件的主要性能，包括密度、抗拉强度、抗压强度、弹性模量、热膨胀系数和热传导系数。
标准矿物铸件材料
矿物铸件材料主要由环氧树脂与石英砂石组成，采用冷铸工艺制造的均质材料，耐用、无腐蚀、化学惰性，可抵抗大多数化学品。
材料属性参数
资料来源：SCHNEEBERGER 矿物铸造技术
材料特性与设计注意事项
弹性模量、密度与强度
矿物铸件的弹性模量、密度、抗拉/抗压强度与钢和铸铁差异较大，设计时需注意：
- 增加壁厚，计算变形量，优化结构刚度
- 调整自重，计算模态及频率，优化动态性能
- 抗拉与抗压强度差异较大，需合理设计受力方向
热膨胀系数
矿物铸件的热膨胀系数（11.5 - 14×10⁻⁶ K⁻¹）与钢材（约 12×10⁻⁶ K⁻¹）相近，这意味著：
- 与钢制预埋件的接触咬合不受热力影响
- 钢制导轨安装面可保持良好的配合精度
热传导系数
矿物铸件的热传导系数较低（1 - 3 W/m·K），此特性带来以下优势：
- 短期温度变化对机身结构几乎没有影响
- 提供良好的热稳定性，减少热变形
- 时效时间长，长期精度稳定
线性收缩
矿物铸件采用冷浇铸工艺，收缩特性优异：
- 冷浇铸工艺，几乎不受热力影响
- 固化后收缩量很小（约 0.3‰），保证基本精度
- 只有在特大型铸件浇铸时，需要做一定的热补偿
可铣层材料：FS80
FS80 是一种特殊配方的矿物铸造材料，可进行常规铣削加工。在模具内预先浇铸后，表面可进行类似尼龙的铣削加工，成本较低且无需特殊浇铸工装。
FS80 特点
- 常规铣削加工工艺
- 成本较低
- 无需特殊浇铸工装
- 类似尼龙铣削特性
SCHQ 系列材料比较
SCHNEEBERGER 提供多种石英基矿物铸造混合物，适用于不同的应用需求。所有数据均在 20°C 下量测。
| 特性 | SCHQ10 | SCHQ30 | SCHQ40 | SCHQ50 | SCHQ100 |
|---|---|---|---|---|---|
| 密度 (kg/dm³) | 2.3 | 2.30 | 2.20 | 2.20 | 1.7 |
| 弹性模量 (kN/mm²) | 42 (38-45) | 40 (35-40) | 33 | 30 (27-32) | 11 (8-13) |
| 抗压强度 (N/mm²) | 110 (>80) | 110 (>80) | 110 (>80) | 110 (>80) | 110 (>100) |
| 抗拉强度 (N/mm²) | 13 (>10) | 15 (>12) | 16 (>12) | 17 (>13) | — |
| 泊松比 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.3 |
| 阻尼比 | 0.3% | 0.4% | 0.5% | 0.6% | 0.8% |
| 热膨胀系数 (10⁻⁶/K) | 16 | 19 | 19 | 19 | 35 |
| 热传导系数 (W/m·K) | 3 | 3 | 3 | 3 | 1 |
| 比热容 (kJ/kg·K) | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 1.0 |
| 线性收缩 (mm/m) | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | — |
| 最小壁厚 (mm) | 80 | 60 | 40 | 20 | 5-10 |
| 最大骨料粒径 (mm) | 16 | 12 | 8 | 4 | — |
资料来源：SCHNEEBERGER 技术数据表 542 400 056-060
techcon® 超高性能混凝土
techcon® 是一种具有高石英含量的超高性能混凝土，采用冷铸工艺生产。为标准矿物铸件的经济型替代方案，适用于对成本敏感但仍需要矿物铸件优势的应用。
| 特性 | 数值 | 单位 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.3 - 2.4 | kg/dm³ |
| 弹性模量 | 48 | kN/mm² |
| 抗压强度 | 130 - 140 | N/mm² |
| 抗拉强度 | 4 - 6 | N/mm² |
| 热膨胀系数 | 12×10⁻⁶ | K⁻¹ |
| 热传导系数 | 2 - 4 | W/(m·K) |
| 线性收缩 | 0.7 | mm/m |
| 最小壁厚 | 40 | mm |
| 最大骨料粒径 | 4 | mm |
资料来源：SCHNEEBERGER 技术数据表 542 400 970
材料选择指南
SCHQ10
通用高刚度
适用于对刚度要求高、易于重新填充的机床零件。也适合填充焊接钢结构、灰铸铁及其他零件。
SCHQ30
中等壁厚
与 SCHQ10 相同应用，但可实现较薄的壁厚设计。
SCHQ40
薄壁设计
适用于薄壁机床零件，如支架和机架。优异的阻尼特性。
SCHQ50
极薄壁设计
适用于小型铸造方法的极薄壁机床零件。
SCHQ100
精密表面涂层
作为密封铸造表面的精密铸造混合物，适用于外层涂层应用。
FS80
可铣层材料
特殊配方，可进行常规铣削加工，成本较低且无需特殊浇铸工装。
techcon®
经济型替代
超高性能混凝土，适用于成本敏感的应用。最高抗压强度和刚度。
振动阻尼特性
振动阻尼是矿物铸件最显著的优势之一，直接影响加工精度和速度。
实际效益：高达 10 倍的振动阻尼意味著更高的加工速度、更好的表面质量和更长的刀具寿命。
材料认证
材料特性由 SCHNEEBERGER 与 inspire AG 及苏黎世联邦理工学院 (ETH Zurich) 的研究机构合作编制，并由授权实验室进行测试。
免责声明：材料建议基于多年经验，符合当前知识水平。适用性测试由客户负责，供应商不承担相关责任。