钠水玻璃砂的硬化机理
关于钠水玻璃砂强度形成过程中的物理一化学变化，也就是钠水玻璃由液态变为固态的硬化机理，至今尚无定论。
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的钠一氧键水解和酸一碱反应钠。氧键离解水解平衡强烈地偏向左方，因此，硅酸钠的水解度一般只有1.58%～9.29%。水解产生的硅酸不稳定，可以缩聚为多硅酸(向右进行)，而多硅酸又会进行水解硅氧烷链沿线性方向生长，就形成高聚物;当它在三维空间任意生长时，就形成凝胶，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。目前，铸造生产中常用的一些硬化方法，都是加入能直接或问接影响上述反应平衡点的气态、液态或粉状固化剂靠失水来达到硬化。
水玻璃砂的硬化方法可分为热硬法、气硬法和自硬法三大类，包括很多种方法。但目前
常用的硬化方法主要有以下两种：
1、普通CO2气硬法
此法是水玻璃粘结剂领域里应用最早的一种快速成型工艺，由于设备简单，操作方便，
使用灵活，成本低廉，在国内外大多数的铸钢件生产中得到了广泛的应用。
CO2气体硬化水玻璃砂的主要优点是：硬化速度快，强度高;硬化后起模，铸件精度高。
普通CO2气体硬化水玻璃砂的缺点是：型(芯)砂强度低，水玻璃加入量(质量分数)往往高达7~8%或者更多;含水量大，易吸潮;冬季硬透性差;溃散性差，旧砂再生困难，大量旧砂被废弃，造成环境的碱性污染。
2、有机酯自硬法
此法是采用液体的有机酯代替CO2气体作水玻璃的硬化剂。
这种硬化工艺的优点是：型(芯)砂具有较高的强度，水玻璃加入量可降至3.5%以下;冬季硬透性好，硬化速度可依生产及环境条件通过改变粘结剂和固化剂种类而调整(5～150min);型(芯)砂溃散性好，铸件出砂清理容易，旧砂易干法再生，回用率≥80%，减少水玻璃碱性废弃砂对生态环境的污染，节约废弃砂的运输、占地等费用，节约优质硅砂资源;型砂热塑性好，发气量低，可以克服呋喃树脂砂生产铸钢件时易出现的裂纹、气孔等缺陷;可以克服CO2水玻璃砂存在的砂型表面稳定性差、容易过吹等工艺问题，铸件质量和尺寸精度可与树脂砂相媲美;在所有自硬砂工艺中生产成本最低，劳动条件好。
该硬化工艺的主要缺点是：型芯砂硬化速度较慢，流动性较差。
目前铸造生产中，有时采用复合硬化工艺，例如短时吹CO2达到起模强度后先起模，再吹热空气，或烘干，或利用有机酯自硬，或自然脱水干燥，以获得较大的终强度，提高生产效率。
水玻璃砂的硬化方法与钠水玻璃模数、密度的关系
硬化方式与钠水玻璃模数、密度的关系
硬化方式 | 固化剂类型 | 模数埘 | 密度P，(g·cml3) |
C02法 | C02 | 2．0～2．3 | 1．48～1．52 |
有塑性的水玻璃砂(加有粘土和用粘度高的钠水玻璃) | 硅酸二钙(铬铁渣) | 2。7～3．1 | ≥1．42 |
复合酯 | 2．4。2．6 | ≥1．48 | |
自硬砂 | 金属磷酸络合物的粉末 (anta’pyrine’) | 2．3～2．5 | ≥1．47 |
流态自硬砂 | 硅酸二钙(铬铁渣) | 2．7．3．1 | ≥1．36 |
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