长期以来，硅砂一直是造型制芯主要的基础材料，据称中国从18世纪起就开始大量使用硅砂。硅砂由于其来源丰富、耐火度较高、与金属熔液不润湿等适于铸造的特性，时至今日，硅砂仍然占据铸造原砂90%以上。
长期以来，硅砂一直是造型制芯主要的基础材料，据称中国从18世纪起就开始大量使用硅砂。硅砂由于其来源丰富、耐火度较高、与金属熔液不润湿等适于铸造的特性，时至今日，硅砂仍然占据铸造原砂90%以上。
随着对铸件质量、综合成本控制、环境保护等要求的不断提高，硅砂（包括高纯度硅砂和焙烧硅砂）固有的缺点越来越突出：热稳定性差，产生相变容易形成脉纹缺陷；高温下易与FeO反应形成铁橄榄石，造成粘砂；耐火度较低，同时容易与MnO反应成渣，难于适应中高合金钢、高锰钢的铸造；易于破碎，产生的SiO2粉尘经呼吸后，有造成工人罹患矽肺病的危险。为了寻求更好性能的原砂，从19世纪40年代以来，铸造工作者开发、研制、推广了数十种特种铸造砂（铸造技术中将非石英砂统称为特种砂）。特种砂一般具有耐火度高、导热性好、热膨胀小、抗熔渣浸蚀能力强等特点。广泛使用的有锆英砂、铬铁矿砂、橄榄石砂、镁砂等等，在铸造上主要用于合金钢或者容易粘砂的碳钢的铸造，常常用于覆膜砂、铸型面砂、涂料、特殊型芯等等，整条生产线使用的鲜见。这些特种砂一般是通过选矿、破碎、筛分，个别经过煅烧而成，没有成分和组织的改变，一般称为天然特种砂。目前面临资源逐渐匮乏、开采受到限制等等，价格越来越贵。
自上个世纪末开始，日本、中国、德国等一些企业和研究机构以高岭土、铝矾土等为原料，通过造粒、烧结，或者熔融、风碎等工艺生产不同成分、不同物相的陶瓷类球形砂，除了具有天然特种砂的上述优点外，还具有粘结剂用量少、流动性好、透气性好、强度高耐破碎、适应各种造型制芯工艺成线使用的特点，十几年来得到了迅速的推广应用，这些是本文重点介绍的“人工特种砂”。日本专家黑川丰按照生产方法的不同，将其分为烧结法、熔融风碎法、火焰内熔融法等，相应有代表性的人工特种砂主要有日本伊藤忠的“Cerabeads”，以河南洛阳、郑州为主要产区的“宝珠砂”，天津中国矿业的“月砂”，山东金刚新材料的“陶力砂”等。它们在原料、生产方法、理化性能、应用特点等方面各有不同。
宝珠砂早期就是由洛阳凯林铸材有限公司在20世纪末本世纪初开发推广的，至今已有二十多年的历史，尽管市场上商品名字较多，但只要是以优质铝矾土（Al2O3含量65%～85%）为原料，通过电弧熔融，风碎成球得到的铸造砂都是宝珠砂的范畴。宝珠砂的制造方法是：选取优质铝矾土原料，置于电弧炉中熔融，当熔融液自炉中流出时，用压缩空气流将其吹散，冷却后得到球形或接近于球形的表面光滑的颗粒。铝矾土电弧熔融、风碎如图1所示，宝珠砂筛分如图2所示 。
宝珠砂生产流程：铝矾土→简单破碎→电弧熔融→风碎成球→筛分→混配→宝珠砂成品。
图1 铝矾土电弧熔融、风碎
图2 宝珠砂筛分
美国卡博陶粒（Carbo Ceramics）公司于20世纪80年代研制出一种商品名称为“Cerama-core”的人工烧制的陶瓷球形颗粒，最初作为支撑剂用于油、气工业中。90年代初，美国和日本先后将其用于铸造行业作为锆砂的代用品。日本的制造厂商为伊藤忠陶业株式会社，产品的名称是“Cerabeads”，简称CB砂。根据日本伊藤忠公司的资料，CB砂的生产流程：原料（铝矾土+高岭土）→磨碎制粉→混合，制浆→喷雾造粒→烧结，冷却→破碎→抛光→分筛配制→CB砂成品。CB砂生产流程图如图3所示。
图3 CB砂生产流程图
2006年，天津中国矿产有限公司与日本花王公司合作，引进技术生产铸造用“月砂”系列的球形人造砂。“月砂”共三个系列：（1）Spheresand CL莫来石质球形铸造砂；（2）Spheresand BL矾土质球形铸造砂；（3）Spheresand AL白刚玉质球形铸造砂。天津中国矿产有限公司有贵州修文和山西介休两个矿产基地，可大量生产月砂CL-莫来石质球形铸造砂的原料，即高温合成莫来石。月砂生产示意图（火焰熔融）如图4所示。
图4 月砂生产示意图（火焰熔融）
以Spheresand CL砂为例，生产流程：高温合成莫来石→破碎→火焰熔融→冷却→筛分、配制→成品。
金刚新材料股份有限公司成立于2007年，近年来该公司利用当地丰富的焦宝石资源，经制粉→造粒→烧结→筛分→级配等工序生产出一种球形人工砂（陶粒砂）。焦宝石是山东省淄博及周边地区的一种优质耐火黏土，其原矿Al2O3含量38%左右，煅烧后达到44%左右。
四种人工砂对比情况
四种铸造用人工砂的原料和生产工艺的对比情况见表1，四种铸造用人造砂的电镜照片如图5 所示。从图5电镜图中可以看出，在宏观形貌上，几种人造砂均呈现表面光滑的近似球体，但由于原料以及生产方法的不同，从表面形态微观上看，砂子的表面状态和圆度还是有所区别，宝珠砂和CB砂表面微观形貌如图6所示。有分析指出，原砂表面的微小凸起和裂纹有利于黏结剂的附着，从而提高强度。
表1 四种铸造用人工砂的原料和生产工艺
图5 四种铸造用人造砂的电镜照片（200×）
图6 宝珠砂和CB砂表面微观形貌
