CN101184563B - 熔模铸造模具制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种熔模铸造壳体模具及其制造方法。所述方法包括：混合纤维与高熔点填料而形成干混剂；将干混剂混以粘结胶而形成高熔点料浆；和采用高熔点料浆形成熔模铸造壳体模具。

Description

熔模铸造模具制造方法
技术领域
本发明涉及用于熔模铸造技术的改进方法和组合物。
背景技术
采用脱蜡工艺进行熔模铸造可以追溯到古埃及和古中国。不过，当今所实践的这种工艺是从二十世纪三十年代发展起来的一种相对较新的技术，并在商业和科学上得到快速发展。熔模铸造技术将熔融金属浇铸入消耗性(expendable)陶瓷壳体模具中，而该陶瓷壳体模具包围着用于复制所希望金属形状的一次性(disposable)蜡预成型体(preform)而形成，从而简化了形状复杂的金属件的制造。“精确熔模铸造”，即PIC，是本领域中指代这种技术的术语。
传统的PIC工艺采用六个主要步骤：
1、预成型体制备：
所希望的金属铸件的一次性凸状预成型体由诸如蜡的热塑性材料制成，该热塑性材料将熔化、蒸发、或完全燃烧，从而不会在脱蜡陶瓷壳体模具中留下残余杂质。凸状预成型体通过如下过程制备：将热塑性材料注入经设计的凹状分段金属模或“工具”中，用以制造具有金属铸造所需的形状、尺寸和表面光洁度的预成型体。单一的或多个预成型体可通过被熔合到一次性蜡“铸道(sprue)系统”而被组装，该系统进给熔融金属以填充壳体模具。
2、通过如下步骤进行壳体模具构造：
(a)将预成型体组件浸入高熔点(refractory)料浆中，该料浆具有在碱性稳定的硅溶胶(colloidal silica)粘结剂的水溶液中的精细微粒化高熔点颗粒，从而限定了在预成型体上的高熔点材料的涂覆；
(b)将高熔点涂覆与粗糙的干燥微粒化高熔点颗粒或“刷粉(stucco)”接触，以限定粉刷(stucco)涂覆；和
(c)空气干燥，以限定初坯(green)空气干燥的不可溶的结合涂覆。这些工艺步骤可重复进行，以通过连续涂覆而构建所希望厚度的“初坯”空气干燥壳体模具。
3、脱蜡：通过蒸汽高压(steam autoclaving)、将初坯壳体模具引入到加热至1000°F-1900°F闪式脱蜡炉、或通过快速加热和液化蜡而使积累的过量压力不会破坏壳体模具的任何其它方法，从“初坯”空气干燥壳体模具中去除一次性蜡预成型体。
4、炉烧：脱蜡壳体模具在大约1600°F-2000°F下被加热，从而在壳体模具中去除挥发性残余物，并形成稳定的陶瓷结合。
5、浇注：加热后的壳体模具从所述炉中取出并定位以接收熔融金属。所述金属可通过气体、间接电弧或感应加热而被熔融。熔融金属可在空气中或真空室内铸造。可从料包(ladle)或直接熔融坩锅中静态地或离心地浇注熔融金属。熔融金属被冷却而在模具中形成固化的金属铸件。
6、铸件取出(recovery)：在其中具有固化金属铸件的壳体模具被打开，将金属铸件与陶瓷壳体材料分离。可以采用砂轮锯切或切削而使铸件与铸道系统分离。铸件可以通过转抛(tumbling)、喷射或喷砂来进行清洁。
熔模铸造壳体模具往往较脆，并易于破裂。为了增大熔模铸造壳体模具的强度，已经向水性高熔点料浆中添加入少量粉碎的高熔点纤维和/或结合粉碎的有机纤维。包括这些少量粉碎的高熔点纤维在内的高熔点料浆能够使预成型体具有较厚的涂覆。不过，这些料浆需要添加数量可观的聚合物，以使料浆具有令人满意的初坯强度和流动性能。
因此，需要使熔模铸造壳体模具具有更高强度的材料和方法，从而避免现有技术中的缺陷。
发明内容
本发明涉及在消耗性预成型体上快速形成陶瓷壳体模具，并且涉及由此获得的陶瓷壳体模具。通常，本发明涉及用于形成熔模铸造壳体模具的组合物，其包括具有纤维和高熔点填料的高熔点干混剂，和与干混剂混合以形成高熔点涂覆料浆的合适的粘结胶。
因此，本发明教示如下技术：将纤维混合以高熔点填料而形成干混剂，然后将该干混剂混合以硅溶胶或其它合适溶胶而形成熔模铸造料浆。该料浆然后在制造壳体模具的过程中应用于熔模铸造过程；所述壳体模具如本领域所公知的那样进行“脱蜡”、烧结和铸造。纤维可以是有机的或者无机的，粉碎的或者磨碎的。可以使用诸如熔融石英、锆石、氧化铝、水合硅酸铝或其它材料的高熔点填料。高熔点填料可以包含不同尺寸的颗粒，从几微米或更小的微精细颗粒到120-325目的精细颗粒、再到10-40目的粗大团聚体。包含纤维和高熔点填料的干混剂可以方便易行地使用，并有助于确保料浆的均匀度。由在此所述的方法制造的壳体相比于由不含上述干混剂的料浆制成的壳体，显示出具有明显优势。
对于在此所述的各种方法，最主要的是，所述制造方法包括如下步骤：提供第一和第二高熔点涂覆料浆，其中，至少一种所述料浆由包含纤维和高熔点填料的干混剂形成，所述干混剂被混合以水性溶胶，以形成所述料浆；在消耗性模(pattern)上应用所述第一和第二高熔点涂覆料浆中的一种，以形成涂覆预成型体；可选地，将高熔点材料制成的刷粉应用于所述涂覆预成型体；将所述进行可选粉刷的涂覆预成型体充分干燥，以将所述第一或第二高熔点涂覆料浆中的另一种应用于所述预成型体上；如果所述预成型体包括由所述干混剂形成的至少一个高熔点涂覆层，则根据需要而多次重复应用高熔点料浆并可选地进行粉刷，以构建所希望厚度的预成型体；干燥所述多层预成型体，以形成初坯熔模铸造壳体模具；将所述初坯壳体模具加热至足以形成烧结熔模铸造壳体模具的温度。
所述填料的颗粒尺寸可在大约20目到大约600目之间，优选地在大约120目到大约325目之间。填料可掺混以煅烧焦炭进行应用。
第一干混剂混合以第一溶胶而形成第一料浆。第二干混剂混合以第二溶胶而形成第二料浆，第二溶胶可以与第一溶胶相同或不同，第二料浆可以与第一料浆相同或不同。所用的溶胶包括但不限于硅溶胶、由乳胶改性的硅溶胶、硅酸乙酯、离子硅酸盐或它们的组合，优选硅溶胶。
第一料浆涂覆应用于诸如塑料或蜡的消耗性预成型体上，以形成预成型体。该预成型体然后被粉刷以高熔点材料并被干燥。然后，第二料浆的涂覆应用于粉刷预成型体。高熔点材料制成的刷粉应用于第二层，以构建预成型体，其随后被干燥。去除消耗性预成型体以形成初坯壳体模具，其被烧结以形成陶瓷壳体模具。
在本发明的又一方面中，第一料浆被应用于消耗性预成型体，其被粉刷和干燥。然后，至少一个额外的第一料浆层被应用、粉刷和干燥以形成具有由第一料浆形成的多个层的预成型体。然后，第二料浆被应用、粉刷和干燥。也可应用多个第二料浆层。去除消耗性预成型体，结果形成的初坯壳体模具被烧结以形成陶瓷壳体模具。可以通过将一种或多种陶瓷填料混合以溶胶来形成第一主要涂覆料浆。由一种或多种陶瓷填料与诸如陶瓷纤维的纤维或如尼龙和聚丙烯的有机纤维形成的干混剂，也可以被混合以溶胶，以形成第一料浆。可通过将一种或多种陶瓷填料混合以诸如陶瓷纤维的纤维或诸如尼龙和聚丙烯的有机纤维的干混剂，来形成第二料浆。料浆中所用的溶胶可相同或不同。所用的溶胶包括但不限于硅溶胶、由乳胶改性的硅溶胶、硅酸乙酯、离子硅酸盐、以及它们的组合，优选硅溶胶和由乳胶改性的硅溶胶。
在本发明的又一方面中，一种或多种陶瓷填料被掺混以溶胶以形成基本上不含纤维的第一料浆。通过将纤维和陶瓷填料的混合物混合以溶胶来形成第二料浆。可用于第二料浆中的纤维包括但不限于陶瓷纤维、玻璃纤维、和有机纤维。所用的有机纤维包括但不限于尼龙和聚丙烯。用于第二料浆中的陶瓷填料与用于第一料浆中的陶瓷填料可相同或不同。用于第一和第二料浆中的溶胶也是可以相同或不同。可用于第一和第二料浆中的溶胶包括但不限于硅溶胶、以及由诸如乳胶的聚合物改性的硅溶胶、硅酸乙酯、离子硅酸盐，和它们的组合，优选硅溶胶和由乳胶改性的硅溶胶。
在本发明的这方面中，第一料浆被应用于消耗性预成型体上，该预成型体被粉刷并干燥以形成粉刷预成型体。然后，第二料浆被应用、粉刷和干燥以构建所述预成型体。可应用由第二料浆形成的多个层。然后，去除消耗性预成型体，结果形成的初坯壳体模具被烧结以形成陶瓷壳体模具。
本发明在陶瓷壳体模具制造方面相对于现有技术具有多个优点。例如，形成纤维和陶瓷填料的干混剂，使得能够易于将陶瓷填料和纤维添加到溶胶粘结剂中，而不需要持续混合或在使用前将溶胶和纤维预混剂再混合。另一优点在于，在添加陶瓷填料之前，所述纤维不需要被预分布在液态粘结剂中或与聚合物添加剂结合。进一步的优点在于，不需采用聚合物粘结剂添加剂来实现更高的初坯强度。另一优点在于，本发明避免了现有技术中在高剪切混合时纤维团聚的问题。进一步的优点在于，使用含纤维的干混剂的料浆使涂覆更厚。使用采用含纤维的干混剂的料浆，相比于使用不含纤维的混合剂的料浆，也使壳体更均匀而且更厚。
附图说明
图1图示了所希望的金属铸件的凸出一次性预成型体1。
图2是在移除预成型体1之前的初坯壳体10的等角视图。
图3是经脱蜡和干燥的初坯陶瓷壳体20的等角视图。
具体实施方式
干混剂
可用于本发明各方面的干混剂(dry blend)包括一种或多种陶瓷填料、以及具有诸如陶瓷纤维和有机纤维的纤维的一种或多种陶瓷填料，以作为非限制性的示例。可用的陶瓷填料包括但不限于：熔融石英、氧化铝、和诸如莫来石、蓝晶石和莫洛凯特(molochite)的铝硅酸盐、锆石、铬铁矿、稻壳灰、煅烧焦炭、和上述材料的混合物。陶瓷填料通常为大约20-600目(mesh)，优选地为大约120-325目。
可用的陶瓷纤维的长度与宽度的纵横比通常约为20∶1，但不限于此。可用的陶瓷纤维的示例包括但不限于：来自位于加拿大魁北克的奥尔良资源集团(Orleans Resource Group)的由钙硅石奥尔良一号(Orleans One)纤维、来自纽约威尔斯保罗(Willsboro)的NYCO矿业公司的由钙硅石NIAD G纤维、金属纤维、芳族聚酸胺(aramid)纤维、碳纤维、以及粉碎的或磨碎的陶瓷纤维、和上述材料的组合，所述粉碎的或磨碎的陶瓷纤维例如为诸如莫来石的铝硅酸盐、诸如氧化铝和氧化锆的氧化物、诸如氮化硅的氮化物、碳、和诸如碳化硅的碳化物。所述粉碎的或磨碎的陶瓷纤维可从诸如热陶瓷公司(Thermal Ceramics Corp.)的多种来源进行商业购买。
可用于干混剂的玻璃纤维包括但不限于粉碎的或磨碎的玻璃纤维。可用的粉碎的玻璃纤维包括但不限于E玻璃纤维和S玻璃纤维及其混合物。可用的E玻璃纤维的实例包括但不限于测量长度约为3-6毫米且直径约为10微米的E玻璃纤维，例如，来自纽约谢尔比(Shelby)的PPG实业公司(Industries)的商标名为“Chop Vantage 8610”的E玻璃纤维。可用的粉碎的S玻璃纤维包括但不限于测量长度约为3-6毫米且直径约为10微米的S玻璃纤维，例如，可来自南卡罗来纳州艾肯(Aiken)的AGY公司的S玻璃纤维。可用的粉碎的E玻璃纤维的实例包括但不限于来自欧文斯康宁(OwensCorning)公司的3毫米絮片状纤维731ED，其具有大约0.125英寸的长度、15.8微米的平均直径、和0.17gm/cm3的体密度。
可用于干混剂中的有机纤维包括但不限于：烯烃纤维、氨基化合物纤维、芳族聚酸胺纤维、聚酯纤维、和纤维素纤维。可用的烯烃实例包括但不限于：聚乙烯和聚丙烯，例如来自微纤维(Minifibers)公司的聚乙烯和聚丙烯。氨基化合物纤维的实例包括尼龙纤维，例如来自Wex化学公司的尼龙纤维。可用的芳族聚酸胺纤维的实例包括但不限于：来自杜邦公司的Kevlar纤维和来自阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)公司的Twaron纤维。可用的聚酯纤维的实例包括来自Wex化学公司的聚酯纤维。纤维素纤维的实例包括来自Interfibe公司的纤维素纤维。
在干混剂中，可以在较宽范围内改变纤维的量。在干混剂包括陶瓷纤维、玻璃纤维和陶瓷填料的掺混料时，陶瓷纤维可占干混剂重量的约1-10wt％，玻璃纤维可占干混剂重量的约0.5-10wt％，陶瓷填料可占干混剂重量的约80-98.5wt％.
在干混剂包含陶瓷纤维、玻璃纤维、陶瓷填料和有机纤维的掺混料时，陶瓷纤维可占干混剂重量的约1-10wt％，玻璃纤维可占干混剂重量的约0.5-10wt％，陶瓷填料可占干混剂重量的约76-98wt％，有机纤维可占干混剂重量的约0.3-4wt％。
在干混剂包含陶瓷纤维、陶瓷填料和有机纤维的掺混料时，陶瓷纤维可占干混剂重量的约0.5-10wt％，陶瓷填料可占干混剂重量的约86-98.2wt％，有机纤维可占干混剂重量的约0.3-4.0wt％。
在干混剂包括陶瓷纤维和陶瓷填料的掺混料时，陶瓷纤维可占干混剂重量的约1-10wt％，陶瓷填料可占干混剂重量的约90-99wt％。
在干混剂包括有机纤维和陶瓷填料的掺混料时，有机纤维可占干混剂重量的约0.3-5wt％，陶瓷填料可占干混剂重量的约99.7-95wt％。
制备高熔点料浆
用作主要涂覆料浆或辅助涂覆料浆的高熔点料浆通过将干混剂与溶胶(colloidal sol)混合来制备。优选地，该溶胶可为来自特拉华州威尔明顿(Wilmington，DE)的Wesbond公司的商标名为
Figure G200580049388320071121D000071
的水性硅溶胶(aqueous colloidal silica sol)。
Figure G200580049388320071121D000072
水性硅溶胶可在一定pH值范围内、可滴定的Na2O含量范围内以及固体含量范围内使用。
Figure G200580049388320071121D000073
水性硅溶胶具有大约40纳米的平均颗粒尺寸，颗粒尺寸范围约为6nm至大约190nm，颗粒尺寸的标准偏差约为20nm。
Figure G200580049388320071121D000074
水性硅溶胶的pH可在大约8.0至大约10.0的范围内变化，优选地在大约9.0至大约9.5的范围内变化；可滴定的Na2O含量可以在大约0.02％至大约0.5％的范围内变化，优选地在大约0.1％至大约0.25％的范围内变化，最优选在大约0.20％至大约0.22％的范围内变化；固体含量可在大约30％至大约50％的范围内变化，优选在大约40％至大约47％的范围内变化，更优选为大约45％。也可以使用其它水性硅溶胶，例如来自弗吉尼亚州威廉斯堡(Williamsburg，VA)的Buntrock实业公司的MegaPrime，来自EKA化学公司的Nyacol 830，来自Nalco化学公司的Nalcoag 1130和Nalcoag 1030，以及来自W.R.Grace&Co.公司的Ludox SM-30和Ludox HS-30。
料浆通常通过以下方式制备，即，将溶胶(优选为硅溶胶，且更优选为
Figure G200580049388320071121D000081
)放置于洁净的水冲洗混合箱中，并且在混合时加入干混剂材料。在混合箱中可采用本领域公知的各种混合装置。这些装置包括例如：螺旋桨型混合器、罐式磨机、高速分散混合器、和转台式固定刃混合器。在混合时添加干混剂，直至达到合适的粘性。
对于通常用作主要涂覆的第一料浆，其合适的粘性通常约为18-30秒(#5Zahn)，优选为20-30秒，最优选为24-30秒。对于通常用作辅助涂覆的第二料浆，其合适的粘性通常约为10-18秒(#5Zahn)的粘性，优选地约为10-16秒(#5Zahn)，最优选地约为12-15秒(#5Zahn)。可以对任何料浆进行进一步的混合，以去除滞留的空气并达到均衡。通过添加额外的
Figure G200580049388320071121D000082
硅溶胶粘结剂或高熔点材料以及非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，可进行最终粘性调节。
各种高熔点料浆成分可用作第一和第二料浆。通过在陶瓷壳体模具中所希望的特性来确定具体的料浆成分，从而形成具有所希望尺寸和表面光洁度的金属铸件。例如，可用的第一料浆，特别是当被用作主要涂覆时，其采用精细尺寸的高熔点颗粒，通常为大约200目-大约325目。可用的主要涂覆料浆的实例包括与约200目的熔融石英和约325目的锆石高熔点颗粒的混合剂一起的
Figure G200580049388320071121D000083
锆石高熔点颗粒提供针对熔融金属的高抵抗力。由于锆石的精细颗粒尺寸，还能够生产出具有光滑精细的表面光洁度的铸件。在采用熔融石英和锆石的陶瓷填料的这些类型的主要涂覆料浆中，熔融石英的适合尺寸可以例如为大约100目、大约120目、大约140目、大约170目、大约270目、和大约325目，更优选为大约120至大约200目。锆石的适合颗粒尺寸可例如为大约200目、大约325目和大约400目，优选大约200目，最优选大约325目。
这类第一料浆还可包括一种或多种非离子表面活性剂。一种特别有用的非离子表面活性剂为来自弗吉尼亚州威廉斯堡(Williamsburg，VA)的Buntrock实业公司的PS9400。这种表面活性剂提高了料浆的润湿蜡预成型的能力，并有助于排放(drain)。可根据成分而将表面活性剂以不同量添加到料浆中。例如，在料浆包含熔融石英、锆石以及的干混剂时，使用的表面活化剂的量可高达
Figure G200580049388320071121D000092
的重量的大约0.2％。
第二料浆，特别是当用作辅助料浆时，其所采用的高熔点颗粒尺寸通常比用于第一料浆中的高熔点颗粒尺寸更粗糙。例如，在将熔融石英用作陶瓷填料情况下的辅助料浆中，熔融石英通常的颗粒尺寸为大约80目-大约270目，优选为大约100目-大约200目，最优选为大约100目-大约120目。用于形成辅助料浆的干混剂和水性硅溶胶的量可在较宽范围内变化。通常，干混剂占料浆总重量的大约54wt％-大约70wt％，其余为水性硅溶胶。
下文中参照如下非限制性实例来描述本发明所述的高熔点料浆的制造。
实例1：本实例描述的是，通过混合包含陶瓷填料、高熔点纤维和玻璃纤维的干混剂、并将该干混剂混合以水性硅溶胶，来形成高熔点料浆。
100克钙硅石奥尔良一号高熔点纤维、20克731ED 1/8″磨碎的E玻璃纤维、和包含715克熔融石英120(来自田纳西州格林维尔(Greeneville，TN)的C-E矿业公司的120目的熔融石英)和715克熔融石英200(来自田纳西州格林维尔(Greeneville，TN)的C-E矿业公司的200目的熔融石英)的陶瓷填料，被干混而形成干混剂。该干混剂被混合以1000克的
Figure G200580049388320071121D000093
而形成高熔点料浆，所述1000克具有45％固体含量，pH为9.5，可滴定Na2O含量为0.2％。
实例2：本实例描述的是，通过混合包含陶瓷填料、高熔点纤维、玻璃纤维和有机聚合物纤维的干混剂、并将该干混剂混合以水性硅溶胶，来形成高熔点料浆。
100克钙硅石奥尔良一号高熔点纤维、20克731ED 1/8″磨碎的E玻璃纤维、包含715克熔融石英120和715克熔融石英200的陶瓷填料，与20克长度为1mm且直径为25微米的聚乙烯纤维进行干混，以形成干混剂。
干混剂被混合以1000克实例1中的
Figure G200580049388320071121D000101
以形成高熔点料浆。
实例3：本实例描述的是，通过混合包含陶瓷填料、高熔点纤维和有机聚合物纤维的干混剂、并将该干混剂混合以水性硅溶胶，来形成高熔点料浆。
采用长度为1mm且直径为20微米的聚乙烯纤维来形成干混剂。
干混剂被混合以1000克实例1中的
Figure G200580049388320071121D000102
以形成高熔点料浆。
实例4：本实例描述的是，通过混合包含陶瓷填料、玻璃纤维和有机聚合物纤维的干混剂、并将该干混剂混合以水性硅溶胶，来形成高熔点料浆。
100克731ED 1/8″磨碎的E玻璃纤维、20克长度为1mm且直径为25微米的聚乙烯纤维、以及包含715克熔融石英120和715克熔融石英200的陶瓷填料，被干混而形成干混剂。
干混剂被混合以1000克实例1中的
Figure G200580049388320071121D000103
以形成高熔点料浆。
实例5：本实例描述的是，通过混合包含高熔点纤维和玻璃纤维的干混剂、并将该干混剂混合以水性硅溶胶与陶瓷填料的混合物，来形成高熔点料浆。
100克钙硅石奥尔良一号高熔点纤维、20克731ED 1/8″磨碎的E玻璃纤维，被干混而形成干混剂。
干混剂被掺混以包含1000克实例1中的
Figure G200580049388320071121D000104
与陶瓷填料的混合物而形成高熔点料浆，所述陶瓷填料包含715克熔融石英120和715克熔融石英200。
实例6：本实例描述的是，通过混合包含高熔点纤维、玻璃纤维和有机聚合物纤维的干混剂、并将该干混剂混合以水性硅溶胶与陶瓷填料的混合物，来形成高熔点料浆。
100克钙硅石奥尔良一号高熔点纤维、20克长度为1mm且直径为25微米的聚乙烯纤维、和100克731ED 1/8″磨碎的E玻璃纤维，被干混而形成干混剂。
干混剂被掺混以包含1000克实例1中的
Figure G200580049388320071121D000111
与陶瓷填料的混合物而形成高熔点料浆，所述陶瓷填料包含715克熔融石英120和715克熔融石英200。
实例7：本实例描述的是，通过混合包含陶瓷填料和玻璃纤维的干混剂、并将该干混剂混合以水性硅溶胶，来形成高熔点料浆。
100克731ED 1/8″磨碎的E玻璃纤维和包含715克熔融石英120和715克熔融石英200的陶瓷填料，被干混而形成干混剂。
干混剂被混合以1000克实例1中的
Figure G200580049388320071121D000112
以形成高熔点料浆。
实例8：本实例描述的是，通过将包含陶瓷填料和高熔点纤维的干混剂混合以水性硅溶胶，来形成高熔点料浆。
100克钙硅石奥尔良一号高熔点纤维和包含715克熔融石英120和715克熔融石英200的陶瓷填料，被干混而形成干混剂。
干混剂被混合以1000克实例1中的
Figure G200580049388320071121D000113
而形成高熔点料浆。
实例8A：本实例描述的是，通过将包含陶瓷填料和玻璃纤维的干混剂混合以水性硅溶胶，来形成高熔点料浆。
20克731ED 1/8″磨碎的E玻璃纤维和包含715克熔融石英120和715克熔融石英200的陶瓷填料，被干混而形成干混剂。
干混剂被混合以1000克实例1中的
Figure G200580049388320071121D000114
而形成高熔点料浆。
陶瓷壳体模具
在形成陶瓷壳体模具的过程中，一次性(disposable)预成型体，优选为蜡预成型体，例如填充的或未填充的基于石蜡的熔模铸造级蜡或微晶蜡，被浸入第一料浆中，从而将预成型体的表面涂覆以连续层。通常，采用一至三个涂覆层。所采用的涂覆厚度为大约0.02”-大约0.2”，优选0.04”-0.2”，最优选0.04”-0.1”。所涂覆的预成型体被彻底排放以去除多余的料浆，然后被粉刷以精细颗粒的高熔点刷粉而形成粉刷预成型体。然后，在进一步涂覆以第一料浆或第二料浆之前，将所述预成型体干燥。优选地，所述预成型体将包含多个层，从而使该预成型体包含第一和第二料浆的至少一个涂覆层。应该认识到，对于每次将第一或第二料浆连续应用于所述预成型体的情况，可在粉刷后进行某种程度的干燥。
连续的料浆涂覆之间的干燥时间取决于一次性预成型体的形状复杂度。具有气流被最小化的深孔洞的一次性预成型体在涂覆之间的干燥时间较长。干燥的执行温度可为大约60°F-大约90°F，优选大约70°F-大约75°F。可以在低湿、高温且空气快速流动的加速条件下执行干燥。陶瓷壳体模具的厚度为大约0.20英寸-大约0.5英寸，则足以进行大多数铸造。因此，通常通过粉刷应用两层第一料浆涂覆及五层第二料浆涂覆，从而形成0.25英寸厚的陶瓷壳体模具，该模具的强度足以经受脱蜡和炉烧。
多种不同的高熔点颗粒可作为刷粉，用于料浆涂覆。可用的高熔点颗粒的实例包括但不限于莫来石、煅烧陶土和其它铝硅酸盐、玻璃质的和结晶的二氧化硅、氧化铝、锆石以及铬铁矿。优选地，高熔点颗粒整体上没有离子杂质，这些离子杂质可导致高熔点颗粒不稳定，且在金属铸造时可导致热致相变。如本领域所公知的，可以通过煅烧净化或无煅烧净化，来制造整体上不含有可导致高熔点颗粒不稳定的杂质的高熔点颗粒。
作为刷粉应用于用作主要涂覆的第一料浆的高熔点颗粒，包括但不限于大约70目-大约200目、且优选大约70目-大约140目的锆石沙。在用作辅助涂覆的第二料浆的涂覆上可用作刷粉的高熔点颗粒，可在大约10目-大约200目的范围内变化，优选在大约20目-大约50目的范围内变化。最优选地，所述高熔点颗粒的尺寸为大约30目-大约50目。
在可替换实施例中，在第一料浆涂覆上应用第二料浆涂覆之后，可采用过渡粉刷高熔点材料，优选为锆石或铝硅酸盐，其颗粒尺寸介于精细与粗糙的颗粒刷粉之间，例如颗粒尺寸为大约-50目-大约+100目。可采用过渡粉刷来增大强度，并将不同成分的料浆涂覆之间的层分离的可能性最小化。
脱蜡
通过如本领域所公知的的方法，例如浸入沸水、蒸汽高压和闪蒸脱蜡，可对陶瓷壳体模具进行脱蜡。蒸汽高压可通过如下步骤执行：
1、使用尽可能高的蒸汽压，优选地为大约60PSI或更高，更优选地为大约80-90PSI。
2、尽可能快地关闭和加压高压釜，优选地短于大约15-20秒。
3、将空气干燥的初坯壳体暴露于蒸汽大约10-15分钟。
4、对高压釜缓慢减压大约30-60秒。
通过将空气干燥的初坯壳体模具引入加热至大约1000°F-大约1900°F的炉中，可以执行闪蒸脱蜡。在这些温度下，邻近于陶瓷壳体的壁的蜡快速熔化，从而使由于蜡膨胀所致的压力不会使陶瓷壳体破裂。然后，可将陶瓷壳体移送至大约200°F-600°F的较低温度区域，从而完成蜡去除。熔化的蜡可通过熔融腔中的底部开口排放至水槽或水池中，用于回收。
炉烧
炉烧包括将脱蜡的陶瓷壳体模具加热至大约1600°F-大约2000°F，以去除挥发性的残余物，并形成高强度的烧结陶瓷壳体模具。脱蜡的陶瓷壳体模具被固定在炉中以达到热平衡，在此之后，该模具从炉中取出并以所希望的熔融金属进行浇铸。
下文中参照如下非限制性实例来描述陶瓷壳体模具的制造。
实例9：
如图1所示的8英寸×7/8英寸×3/8英寸的蜡棒预成型体1，被浸入到实例1的高熔点料浆中。为方便起见，在本实例中，第一和第二涂覆采用了相同的高熔点料浆。
将蜡预成型体1浸入高熔点料浆中8秒，移出，并使其排放10秒，以形成第一涂覆。可来自杜邦公司的颗粒尺寸范围约为70-140目的锆石沙，作为刷粉应用于第一涂覆。结果形成的粉刷涂覆蜡预成型体在75°F干燥30分钟，然后再次浸入高熔点料浆中8秒，以形成第二涂覆，并被再次粉刷以约70-140目的锆石沙。
然后，具有两个涂覆层的蜡预成型体1被浸入高熔点料浆中8秒，并被排放10秒。涂覆的制品被粉刷以可来自C-E矿业公司的Tecosil-50+100目熔融石英，以形成中间粉刷预成型体。中间粉刷预成型体在75°F下干燥30分钟。中间粉刷预成型体浸入高熔点料浆中并被粉刷以Tecosil-30+50目熔融石英。然后，粉刷的辅助涂覆预成型体在75°F下干燥。这种浸入、排放、粉刷和干燥的循环重复进行，以提供总共五层额外涂覆。
在形成每个涂覆或层之后，预成型体1的竖向侧5和横向侧1B的部分被刮擦，以去除涂覆和刷粉，从而形成如图2中所示的陶瓷壳体模具10。陶瓷壳体模具10被再次浸入高熔点料浆中，以在所述预成型体上提供密封涂覆。经密封涂覆的陶瓷壳体模具10在75°F下干燥一整夜。结果形成的经干燥的陶瓷壳体被浸入沸水中以去除预成型体1。结果形成的如图3所示的经脱蜡、干燥的初坯陶瓷壳体20沿长度方向被对半切开，并在75°F下干燥4小时。
对于尺寸为1英寸宽、6英寸长、0.3英寸厚的陶瓷壳体20部分，进行强度评估，即，通过对所述部分在2英寸的跨度上加载至弯曲失效而来确定断裂模数。陶瓷壳体的断裂模数(MOR)采用如下公式计算：
R＝(3WI)/(2bd2)，其中：
R为断裂模数(单位为磅/平方英寸(lbs/in2))；
W为样本失效时的载荷(单位为磅)；
l为下承载边缘的中心线之间的距离(跨度)(单位为英寸)；
b为样本宽度(单位为英寸)；
d为样本深度(单位为英寸)。
初坯壳体的断裂模数为1,018PSI。初坯壳体在1850°F下烧结1小时。结果形成的烧结壳体模具的断裂模数为1044PSI。
实例10：
重复实例9的过程，不同之处在于，其采用了实例8的料浆。初坯壳体的断裂模数为688PSI。初坯壳体在1850°F下烧结1小时。结果形成的烧结壳体模具的断裂模数为941PSI。
实例11：
重复实例9的过程，其不同之处在于，采用了实例8A的料浆。初坯壳体模具的断裂模数为645PSI。壳体模具在1850°F下烧结1小时。结果形成的烧结模具的断裂模数为694PSI。
在本发明的另一方面中，采用了包含有稻壳灰的高熔点料浆。优选地，稻壳灰具有大约95+％的无定形硅土，其余为碳。这类的稻壳灰可以来自德克萨斯州休斯顿的Agrilectric Power公司。采用可来自Buntrock实业公司的MegaPrime硅溶胶粘结剂。在下文的非限制性实例中描述的是，将稻壳灰与高熔点材料的干混剂的一起使用。
实例12：
重复实例9的过程，其不同之处在于，所用的高熔点料浆包含1000克MegaPrime硅溶胶粘结剂，其pH为10.5，固体含量占40％，可滴定Na2O含量占0.33％，平均颗粒尺寸约为40nm，颗粒尺寸分布为大约6nm-大约190nm，颗粒尺寸的标准偏差约为20nm，而且，干混剂为1430克熔融石英200陶瓷填料。初坯壳体的MOR为621PSI。
实例13：
重复实例9的过程，其不同之处在于，所用的高熔点料浆包含1000克实例12的MegaPrime硅溶胶粘结剂，并且干混剂为1430克熔融石英200陶瓷填料和200克稻壳灰。初坯壳体的MOR为804PSI。
实例14：
重复实例9的过程，其不同之处在于，所用的高熔点料浆包含1000克实例12的MegaPrime硅溶胶粘结剂，并且干混剂为1430克熔融石英200、200克稻壳灰、和16克731ED 1/8″磨碎的E玻璃纤维。初坯壳体模具的MOR为833PSI。
实例15：
重复实例9的过程，其不同之处在于，所用的高熔点料浆包含1000克实例12的MegaPrime硅溶胶粘结剂，并且干混剂为1430克熔融石英200、100克稻壳灰、和16克731ED 1/8″磨碎的E玻璃纤维、以及4克ChopVantage 8610粉碎的1/8″E玻璃纤维。初坯壳体的MOR为1161PSI。
实例16：
重复实例9的过程，其不同之处在于，所用的高熔点料浆包含1000克
Figure G200580049388320071121D000161
硅溶胶粘结剂，其pH为9.5，固体含量占45％，可滴定Na2O的含量占0.2％，而且，干混剂为1300克熔融石英200和100克稻壳灰。初坯壳体的MOR为831PSI。
实例17：
重复实例9的过程，其不同之处在于，所使用的高熔点料浆包含875克实例12的MegaPrime溶胶粘结剂，干混剂为1485克熔融石英120、100克稻壳灰和100克长度为1mm且纤度为1.8但尼尔(dnier)的聚乙烯纤维。
实例18：
重复实例9的过程，其不同之处在于，所用的高熔点料浆包含1000克MegaPrime硅溶胶粘结剂，其pH为10.5，固体含量占40％，可滴定Na2O含量占0.33％，平均颗粒尺寸约为40nm，颗粒尺寸分布为大约6nm-大约190nm，颗粒尺寸的标准偏差约为20nm，而且，干混剂为1430克熔融石英200陶瓷填料和100克稻壳灰。
实例19：
重复实例9的过程，其不同之处在于，所用的高熔点料浆包含1000克MegaPrime硅溶胶粘结剂，其pH为10.5，固体含量占40％，可滴定Na2O含量占0.33％，平均颗粒尺寸约为40nm，颗粒尺寸分布为大约6nm-大约190nm，颗粒尺寸的标准偏差约为20nm，而且，干混剂为1430克陶瓷填料，该陶瓷填料包含50％的325目的熔融石英、25％的120目的熔融石英、和25％的50目的熔融石英。
实例20：
重复实例19的过程，其不同之处在于，在用于制备高熔点料浆的干混剂中还包含100克稻壳灰。
实例21：
重复实例9的过程，其不同之处在于，所用的高熔点料浆包含1000克硅溶胶粘结剂，其固体含量占45％，pH为9.5，可滴定Na2O的含量占0.2％，平均颗粒尺寸约为40nm，颗粒尺寸分布为大约6nm-大约190nm，颗粒尺寸的标准偏差约为20nm，而且，干混剂为100克陶瓷纤维和1500克陶瓷填料的混合物。所述陶瓷纤维为Wollastonite One纤维。所述陶瓷填料包括：700克熔融石英120、700克熔融石英200、100克100目的莫来石。MOR为910PSI。
实例22：
重复实例21的过程，其不同之处在于，在用于制备高熔点料浆的干混剂中还包含100克稻壳灰。
实例23：
本实例描述在不使用刷粉的情况下制造陶瓷壳体模具。
如图1中所示的8英寸×7/8英寸×3/8英寸的蜡棒预成型体1被浸入到高熔点料浆中，该料浆包括1000克实例1中所用的
Figure G200580049388320071121D000172
和2135克陶瓷填料和213克钙硅石高熔点纤维的干混剂。所述陶瓷填料包括1485克200目的熔融石英、250克35目的莫来石、和400克48目的莫来石。在本实例中，第一和第二涂覆使用相同的高熔点料浆。
将蜡预成型体1浸入高熔点料浆中8秒，移出，并将其排放10秒，以形成第一涂覆。涂覆的蜡预成型体在75°F下干燥30分钟，然后被再次浸入高熔点料浆中8秒，以形成第二涂覆。
然后，具有两个涂覆层的蜡预成型体1浸入高熔点料浆中8秒，并排放10秒。然后，涂覆的预成型体在75°F下干燥30分钟。重复进行这种浸入、排放和干燥的循环，以提供总共五层额外涂覆。
在形成每个涂覆或层之后，预成型体1的竖向侧5和横向侧1B的部分被刮擦以去除涂覆，从而形成如图2所示的陶瓷壳体模具10。然后，陶瓷壳体模具10被浸入高熔点料浆，以在所述预成型体上提供密封涂覆。经过密封涂覆的陶瓷壳体模具10在75°F下干燥一整夜。结果形成的干燥的陶瓷壳体被浸入沸水中以去除预成型体1，从而形成脱蜡、干燥的初坯陶瓷壳体。然后，初坯壳体模具在1850°F下烧结而形成烧结陶瓷壳体模具。
实例24：
重复实例23的过程，其不同之处在于，干混剂包括213克E玻璃纤维。
实例25：
重复实例23的过程，其不同之处在于，干混剂包括100克稻壳灰。
实例26：
重复实例24的过程，其不同之处在于，干混剂包括100克稻壳灰。
在实例27-32中，通过应用第一料浆而将不具有纤维的涂覆层形成在消耗性的蜡预成型体上，来形成陶瓷壳体。然后，随后的涂覆层被应用于预成型体以形成陶瓷涂覆预成型体，每个所述随后的涂覆层通过将包含纤维和填料的干混剂与溶胶掺混而形成。
所采用的蜡预成型体呈等边三角形的棒状，其尺寸为每边1.25英寸，长8英寸，并且在每个拐角上具有0.070英寸的曲率半径。所述三角形的蜡预成型体可来自Buntrock实业公司。在使用前，蜡预成型体通常通过采用溶剂进行清洗处理，所述溶剂例如为三氯乙烯和酒精(大约50∶50混合)、氟利昂、丙酮、甲乙酮、含d-柠檬烯的水类清洁剂溶液或水乳状液。一种制备蜡预成型体的特别好的方法是，采用例如来自Buntrock实业公司的模润湿溶液(Pattern Wetting Solution)的胶体氧化铝悬浮液对其进行处理。
通过将经处理的三角形蜡预成型体浸入第一料浆、粉刷、干燥、并浸入第二料浆、粉刷和干燥，来制备所述壳体。重复进行第二料浆的应用、粉刷和干燥，直至壳体达到所希望的厚度。然后，蜡预成型体被熔去而形成初坯陶瓷壳体。壳体的中央和边角的厚度被测量和比较以确定均匀度。测量结果显示，通过使用由包含纤维的干混剂所制造的料浆，壳体的每个边角的厚度增大，而且壳体的均匀度显著增加。使用这些料浆还实现了出色的材料使用性能，并使在诸如壳体边角的高应力点处的裂纹形成最小化。
实例27：本实例显示了第一涂覆料浆和第二料浆的使用，其中，第一涂覆料浆通过将陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合形成，第二料浆通过将陶瓷填料与尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合形成。
通过将75份两种陶瓷填料的干混剂与25份以水稀释至25％二氧化硅浓度的Nyacol 830硅溶胶(可来自Eka化学公司)混合，形成第一料浆。Nyacol 830具有30wt％的平均直径为10nm的二氧化硅颗粒。所述料浆的pH为10.5，其粘度在25℃下为8cps。所述溶胶具有10磅/加仑(LBS/gal)的密度，并具有0.55wt％的Na2O含量。干混剂包含20份熔融石英200f和80份325目的锆石。料浆的粘性通过加水而调节至20秒(#5Zahn杯)。
通过将825份BI-2010和550份TMM-30混合，来制备第二料浆。来自Buntrock实业公司的BI-2010为包含熔融石英和稻壳灰以及尼龙纤维的干混剂。TMM-30为可来自Buntrock实业公司的30％的硅溶胶。将辅助涂覆料浆以水稀释至17秒(#5Zahn杯)的粘度。
如上文所述而处理的三角形蜡预成型体浸入第一料浆中，采用115AFS锆石沙粉刷，并在室温下空气干燥2小时，从而形成预成型体。然后，所述预成型体浸入第二料浆中，采用-30+50目熔融石英(可来自CE矿业公司)粉刷，并在室温下空气干燥4小时。上述步骤被另外重复两次，以形成总共三层的第二料浆的粉刷涂覆。结果形成的预成型体通过浸入第二料浆一次并在室温下空气干燥8小时而被密封涂覆。
所述预成型体被加热至200°F，以除去蜡预成型体，从而形成初坯壳体。测量壳体的厚度和均匀度。初坯壳体的平均壳体厚度在中央为0.368英寸，在边角为0.316英寸，其均匀度为85.9％。
实例27A：本实例显示了第一料浆和第二料浆的使用，其中，第一涂覆料浆通过将陶瓷填料与硅溶胶混合形成，而第二料浆通过将陶瓷填料与尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合形成。
沿用实例27的方法，其不同之处在于，以65份熔融石英替代了75份陶瓷填料的干混剂，然后被混合以25份所述第一料浆中的Nyacol 830。
实例28：本实例显示了第一料浆和第二料浆的使用，其中，第一涂覆料浆通过将陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合形成，第二料浆通过将陶瓷填料与尼龙纤维的混合物与乳胶改性的硅溶胶混合形成。
沿用实例27的过程，其不同之处在于，应用第二料浆的五个涂覆层。通过使用第二料浆而形成的每个涂覆层包括15份实例27中所用的BI-2010干混剂、和10份TMM-30硅溶胶，该硅溶胶通过基于TMM-30溶胶的重量添加6wt％的QDA乳胶聚合物而改性。QDA乳胶聚合物可来自Buntrock实业公司。第二料浆的粘度为15-16秒(#5Zahn杯)。
结果形成的预成型体被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。测量壳体的厚度和均匀度。平均壳体尺寸在中央处为0.404英寸，在边角处为0.311英寸，其均匀度为77.0％。
实例29：本实例显示了第一料浆和第二料浆的使用，其中，第一涂覆料浆通过将陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合形成，第二料浆通过将陶瓷填料与聚丙烯纤维的混合物与硅溶胶混合形成。
沿用实例27的过程，其不同之处在于，使用来自Ondeo Nalco公司的Gray Matter替代BI-2010干混剂，从而形成第二料浆。Gray Matter为熔融石英、气相(fumed)石英和平均长度3.2mm的聚丙烯纤维的干混剂。第二料浆的粘度为15-16秒(#5Zahn杯)。涂覆的预成型体被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。平均壳体厚度在中央处为0.374英寸，在边角处为0.286英寸，其均匀度为76.5％。
实例30：本实例显示了第一料浆和第二料浆的使用，其中，第一涂覆料浆通过将陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合形成，第二料浆通过将多种陶瓷填料与聚丙烯纤维的混合物与硅溶胶混合形成
通过将35份陶瓷填料的第一干混剂与10份来自Eka化学公司的Nyacol1430硅溶胶混合，来制备第一料浆。陶瓷填料的第一干混剂包括75份锆石(-325目)和25份熔融石英200f。使用水将第一料浆的粘度调节至24秒(#5Zahn杯)。
通过将24份第二干混剂与10份Nyacol 830硅溶胶混合，来制备第二料浆。第二干混剂包括1wt％的3.3mm长的聚丙烯纤维、60wt％的熔融石英120f、35％的熔融石英200f和4wt％的熔融石英(可来自C E矿业公司)，所有上述量均基于第二干混剂的总重量。将第二料浆以水稀释而达到25％的二氧化硅浓度和16秒(#5Zahn杯)的粘度。如实例27中所述制备所述壳体。
实例31：本实例显示了第一料浆和第二料浆的使用，第一料浆由单一的陶瓷填料和硅溶胶形成，而第二料浆由陶瓷填料与尼龙纤维的混合物以及硅溶胶一起形成。
使用80wt％的约200目的锆石粉(Continental矿业公司)和20wt％的Nyacol 830，来制备第一料浆。如实例27所述而制备的蜡预成型体浸入第一料浆中，采用115AFS锆石沙(Continental矿业公司)粉刷，并空气干燥。由10份TMM 30和15份BI 2010干混剂来制备第二料浆。涂覆的预成型体浸入第二料浆中，采用SS 30熔融石英(可来自Buntrock实业公司)粉刷，并空气干燥，以构造所述预成型体。上述步骤被另外重复四次，以形成具有五层第二料浆涂覆的预成型体。
结果形成的粉刷预成型体通过浸入第二料浆中一次而被密封涂覆。粉刷预成型体被加热至200°F以除去蜡预成型体，从而形成初坯壳体。平均壳体尺寸在中央处为0.528英寸，而在边角上为0.482英寸，其均匀度为91.3％。
实例31A：本实例显示了第一料浆和第二料浆的使用，第一料浆由单一的陶瓷填料和硅溶胶形成，而第二料浆由陶瓷填料与尼龙纤维的混合物以及通过乳胶改性的硅溶胶一起形成。
沿用实例31的过程，其不同之处在于，使用通过添加6wt％QDA乳胶聚合物而改性的TMM-30硅溶胶，以替换TMM-30硅溶胶。
实例32：本实例显示了第一料浆和第二料浆的使用，第一料浆由单一的陶瓷填料与硅溶胶形成，而第二料浆由陶瓷填料和尼龙纤维的混合物与硅溶胶一起形成。
通过将78份约325目的锆石粉(可来自Continental矿业公司)和20份TMM 30硅溶胶混合，来制备第一料浆，从而实现22秒(#5Zahn杯)的粘度。第二料浆由150份BI 2010和100份TMM 30制备。第二料浆具有15秒(#5Zahn杯)的粘度。
如实例27中所述的三角形蜡预成型体浸入第一料浆中，采用110至125AFS锆石沙进行粉刷，并进行空气干燥，从而形成粉刷预成型体。粉刷预成型体再次浸入第一料浆中，采用-50+100熔融石英(CE矿业公司)粉刷，并空气干燥。结果形成的粉刷预成型体浸入第二料浆，采用SS-30熔融石英(Buntrock实业公司)粉刷，并空气干燥。上述步骤另外重复两次，以形成具有总共三层第二料浆粉刷涂覆的预成型体。该预成型体被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。壳体尺寸在中央处为0.372英寸，在边角处为0.307英寸，其均匀度为82.5％。
实例33和34为对照实例，其示出了包含陶瓷填料但不含纤维的第一和第二料浆的使用。
实例33：本实例显示了第一料浆和第二料浆的使用，第一料浆通过将单一的陶瓷填料与硅溶胶混合形成，而第二料浆通过将多种陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合形成。
壳体样本如实例31所述而制备，其不同之处在于，通过将490份120f熔融石英与1122份200f熔融石英(CE矿业公司)的干混剂与790份Nyacol830和98份水进行混合，来形成第二料浆，并且，应用于第二料浆的刷粉为-30+50熔融石英(CE矿业公司)。预成型体被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。平均壳体尺寸在中央处为0.418英寸，而在边角处为0.327英寸，其均匀度为78.2％。
实例34：本实例显示了第一料浆和第二料浆的使用，第一料浆通过将单一的陶瓷填料与硅溶胶混合形成，而第二料浆通过将单一的陶瓷填料与硅溶胶混合形成。
壳体样品如实例31所述而被制备，其不同之处在于，由70份熔融石英200f(CE矿业公司)和30份Nyacol 830制备第二料浆，每个第二料浆涂覆层采用-30+50熔融石英(CE矿业公司)粉刷。采用总共四层第二料浆的粉刷涂覆，并采用密封涂覆。密封涂覆采用第二料浆。预成型体被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。壳体尺寸在中央处为0.285，在边角处为0.229，其均匀度为80.5％。
实例35-41显示由壳体结构中的纤维干混剂形成的料浆的多种功能。在实例35-37中，采用干混剂1-4和料浆AA-DD。采用指定料浆AA-DD以表明，采用干混剂与硅溶胶的不同组合的多种料浆是可行的。进一步，各种料浆可应用于主要涂覆或辅助涂覆，这在以下实例中将得以理解。
通过将0.5wt％的平均长度为0.5mm的Wex尼龙纤维、50wt％的熔融石英200f(可来自CE矿业公司)、和49.5wt％的325目的锆石(可来自Continental矿业公司)进行混合，制备干混剂一号，所有上述量均基于干混剂的总重量。在将Nyacol 830以水稀释而达到25％的二氧化硅浓度的情况下，将75份干混剂一号与30份Nyacol 830混合而形成料浆AA。料浆AA的粘度以水调节至22秒(#5Zahn杯)。
通过将50wt％的熔融石英200f(可来自CE矿业公司)与50wt％的325目的锆石(可来自Continental矿业公司)混合，来制备干混剂二号，所有上述量均基于干混剂的总重量。料浆BB的制备方式与上述针对料浆AA的方式基本相同，其不同之处在于，干混剂2替代干混剂1。料浆BB的粘度通过加水而调节至22秒(#5Zahn杯)。
干混剂三号为BI-2010(可来自Buntrock实业公司)。使用15份BI-2010和10份TMM-30硅溶胶粘结剂制备料浆CC。料浆CC的粘度通过加水而调节至16秒(#5Zahn杯)。
干混剂四号通过将1wt％的尺寸为1.6mm长的Wex尼龙纤维与99wt％的Mulgrain M60200ICC(可来自CE矿业公司)混合来制备，所有上述量均基于干混剂的总重量。采用40份
Figure G200580049388320071121D000241
(可来自Buntrock实业公司)和60份干混剂四号来制备料浆DD。料浆DD的粘度通过加水而被调节至14秒(#5Zahn杯)。
实例35：本实例显示了主要涂覆料浆和辅助涂覆料浆的使用，其中，主要涂覆料浆通过将陶瓷填料和尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，而辅助涂覆料浆通过将陶瓷填料和尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
如实例31中所述的三角形蜡预成型体浸入包含胶体氧化铝和润湿剂的模润湿溶液(Pattern Wetting Solution)(Buntrock实业公司)。结果形成的经处理的预成型体被浸入料浆AA中一次，粉刷以锆石沙，并空气干燥，以形成主要涂覆的粉刷预成型体。主要涂覆的预成型体再次浸入料浆AA中，粉刷以SS-30熔融石英，以形成辅助涂覆的粉刷预成型体，然后空气干燥。上述步骤重复三次，以形成总共四层粉刷辅助涂覆。粉刷预成型体被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。
实例36：本实例显示了第一主要涂覆料浆、第二主要涂覆料浆和辅助涂覆料浆的使用，其中，第一主要涂覆料浆通过将陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合而形成，第二主要涂覆料浆通过将陶瓷填料与尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，辅助涂覆料浆通过将单一的陶瓷填料与尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
蜡预成型体如实例35所述而制备，其被涂覆以模润湿溶液，并被空气干燥。蜡预成型体浸入料浆BB中，并粉刷以锆石沙，且空气干燥，以形成第一主要涂覆的粉刷预成型体。然后，此主要涂覆的粉刷预成型体浸入料浆CC中，粉刷以-50+100熔融石英，并空气干燥，以形成双层的主要涂覆的粉刷预成型体。该双层粉刷预成型体浸入料浆DD中，并粉刷以MulgrainM4722S(可来自CE矿业公司)，并空气干燥，以形成经粉刷的辅助涂覆预成型体。上述步骤重复两次，以形成总共具有三层粉刷辅助涂覆预成型体。所述预成型体被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。
实例36A：本实例显示了第一主要涂覆料浆、第二主要涂覆料浆和辅助涂覆料浆的使用，其中，第一主要涂覆料浆通过将陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合而形成，第二主要涂覆料浆通过将陶瓷填料与陶瓷纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，辅助涂覆料浆通过将陶瓷填料与陶瓷纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
沿用实例36的过程，其不同之处在于，在用作第二主要涂覆的料浆CC和用作辅助涂覆的料浆DD中所使用的干混剂3和4的每一个中，以钙硅石陶瓷纤维替代尼龙。
实例37：本实例显示了主要涂覆和辅助涂覆的使用，其中，主要涂覆通过将陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合而形成，辅助涂覆通过将陶瓷填料和尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
如实例35中所述的三角形蜡预成型体采用模润湿溶液处理，并被空气干燥，如实例35所述。所述预成型体浸入料浆BB中，粉刷以Mulgrain M47105AFS(可来自CE矿业公司)，并空气干燥，从而形成经粉刷的主要涂覆预成型体。经粉刷的主要涂覆预成型体浸入料浆CC中，粉刷以Mulgrain M4722S，并空气干燥，以形成经粉刷的辅助涂覆预成型体。上述步骤重复三次，以形成具有四层粉刷辅助涂覆的预成型体。所述预成型体被加热至200°F以除去蜡预成型体，从而形成初坯壳体。
实例38：本实例显示第一主要涂覆、第二主要涂覆和辅助料浆的使用，第一主要涂覆通过将陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合而形成，第二主要涂覆通过将陶瓷填料的混合物与具有乳胶改性剂的硅溶胶混合而形成，辅助料浆通过将陶瓷填料的混合物与具有乳胶改性剂的硅溶胶混合而形成。这一实例显示了在采用不包含纤维的料浆时壳体结构和断裂载荷的不同。
尺寸为8英寸长、1.25英寸宽、0.25英寸厚的蜡棒浸入来自Buntrock实业公司的模润湿溶液中。结果形成的经处理的蜡棒被空气干燥，从而形成涂覆棒，其具有干燥的胶体氧化铝亲水膜。然后，所述棒浸入第一主要涂覆料浆中，该料浆通过将2000克包含75wt％的锆石200和25wt％的熔融石英120f的混合物与625克Nyacol 830混合而形成。所述第一主要涂覆料浆的粘度为20秒(#4Zahn杯)。然后，具有第一主要涂覆的所述棒进行空气干燥。
在应用第二主要涂覆料浆之前，采用以水稀释至15％浓度的TMM-30硅溶胶将空气干燥后的棒润湿。结果形成的预润湿棒在未干燥的情况下浸入第二料浆，该第二料浆通过将120f熔融石英和200f熔融石英的50∶50混合物与已被改性而包含10wt％乳胶聚合物的TMM-30水性硅溶胶进行混合而形成，上述百分量基于TMM-30溶胶的重量。该第二主要涂覆料浆具有15秒(BI#5杯)的粘度。BI#5杯可来自Buntrock实业公司。
第二主要涂覆层被粉刷以锆石沙，而形成经粉刷的主要涂覆棒，并空气干燥。经干燥、粉刷的主要涂覆棒再次浸入第二料浆中，然后采用-30+50熔融石英(CE矿业公司)粉刷，并空气干燥，以形成经粉刷的辅助涂覆棒。上述步骤重复三次，以形成具有四层粉刷辅助涂覆的棒。结果形成的棒浸入第二料浆中，然后不进行粉刷而空气干燥，从而形成密封涂覆。
采用上述过程，形成了两个粉刷棒。每个棒被空气干燥，然后被加热至200°F以熔去蜡，从而形成初坯陶瓷壳体。在第一棒上的壳体厚度为0.229”，在第二棒上的壳体厚度为0.244”。每个壳体的尺寸为6.5英寸长，1.25英寸宽。对于如上文所述的干燥初坯断裂载荷和MOR，来评估第一壳体。第一壳体具有16.23磅(LB)的干燥初坯断裂载荷和733PSI的干燥初坯MOR。
第二壳体浸泡于沸水中两分钟，然后取出。使用如上文所述的过程，在湿热条件下测试所述第二壳体，以得到断裂载荷和MOR。湿热的第二壳体的断裂载荷为4.74LB，其MOR为189PSI。
实例39：本实例显示了第一主要涂覆料浆、第二主要涂覆料浆和辅助涂覆料浆的使用，第一主要涂覆通过将陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合而形成，第二主要涂覆通过将陶瓷填料和聚丙烯纤维的混合物与具有乳胶改性剂的硅溶胶混合而形成，辅助涂覆料浆通过将陶瓷填料和聚丙烯纤维的混合物与具有乳胶改性剂的硅溶胶混合而形成。
沿用实例38的过程，其不同之处在于，在形成第二料浆时，使用来自Ondeo Nalco公司的Gray matter干混剂替代120f熔融石英和200f熔融石英的50∶50混合物。此第二料浆具有15秒(BI#5杯)的粘度。Gray Matter干混剂包括熔融石英、气相石英和聚丙烯纤维。形成了0.263”厚的第一壳体和0.260”厚的第二壳体。第一壳体具有13.60LB的干燥初坯断裂载荷，和478PSI的干燥初坯MOR。第二壳体在浸泡在沸水中两分钟后如上文所述地进行测试，以确定断裂载荷和MOR。所述壳体具有6.64LB的湿热断裂载荷和239PSI的湿热MOR。
实例40：本实例显示了第一主要涂覆料浆、第二主要涂覆料浆和辅助涂覆料浆的使用，第一主要涂覆通过将陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合而形成，第二主要涂覆通过将陶瓷填料和尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，辅助涂覆料浆通过将陶瓷填料和尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
沿用实例38的过程，其不同之处在于，在第二料浆中，使用可来自Buntrock实业公司的BI-2010干混剂替代120f熔融石英和200f熔融石英的50∶50混合物，并使用TMM-30硅溶胶替代乳胶改性的TMM-30硅溶胶。第二料浆具有15秒(BI#5杯)的粘度。形成了厚度为0.322”的第一壳体和厚度为0.370”的第二壳体。第一壳体具有20.61LB的干燥初坯断裂载荷和443PSI的干燥初坯MOR。第二壳体在浸泡在沸水中两分钟后，其湿热断裂载荷为13.24LB，且其湿热MOR为230PSI。
实例41：本实例显示了第一主要涂覆料浆、第二主要涂覆料浆和辅助涂覆料浆的使用，第一主要涂覆通过将陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合而形成，第二主要涂覆通过将陶瓷填料和尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，辅助涂覆料浆通过将陶瓷填料和聚丙烯纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
沿用实例38的过程，第一主要涂覆应用于蜡棒，空气干燥，然后采用稀释的TMM-30硅溶胶润湿。在干燥之前，第二主要涂覆通过将蜡棒浸入在实例40中使用的第二料浆中而应用于所述棒，并空气干燥。结果形成的主要涂覆棒然后浸入由Gray Matter干混剂和TMM-30硅溶胶形成的辅助涂覆料浆中。辅助涂覆料浆具有15秒(BI#5杯)的粘度。然后辅助涂覆棒被粉刷以-30+50熔融石英(CE矿业公司)，并空气干燥，以形成粉刷的辅助涂覆棒。上述步骤重复三次，从而形成具有四层粉刷辅助涂覆的棒。通过将所述棒浸入辅助涂覆料浆中并在不粉刷的情况下空气干燥，形成最后的密封涂覆。
采用上述过程，形成两个粉刷棒。每个棒被空气干燥，然后如实例38所述进行脱蜡。第一棒上的壳体厚度为0.287”，第二棒上的壳体厚度为0.288”。第一壳体具有18.68lb的干燥初坯断裂载荷和547PSI的干燥初坯MOR。第二壳体在浸泡在沸水中两分钟后具有8.91lb的湿热断裂载荷和261PSI的湿热MOR。
实例42：本实例显示了主要涂覆料浆和辅助涂覆料浆的使用，其中，主要涂覆料浆通过将陶瓷填料和陶瓷纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，而辅助涂覆料浆通过将陶瓷填料和陶瓷纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
如实例35中所述的三角形蜡预成型体浸入如下料浆中一次，所述料浆通过将20份98％熔融石英陶瓷填料和2％钙硅石陶瓷纤维的混合物与12份TMM-30溶胶混合而形成。结果形成的涂覆预成型体被粉刷以锆石沙，并空气干燥，以形成粉刷主要涂覆预成型体。主要涂覆预成型体再次浸入所述料浆中，粉刷以SS-30熔融石英，以形成粉刷辅助涂覆预成型体，然后被空气干燥。上述步骤重复三次，以形成总共四层粉刷辅助涂覆。所述粉刷预成型体然后被加热至200°F以除去蜡预成型体，从而形成初坯壳体。
实例43：本实例显示了主要涂覆和辅助涂覆的使用，主要涂覆通过将陶瓷填料和陶瓷纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，而辅助涂覆通过将陶瓷填料和多种陶瓷纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
如实例35中所述的三角形蜡预成型体浸入如下料浆中一次，所述料浆通过将24份特定混合物与10份Nyacol 830硅溶胶混合而形成，其中，所述特定混合物由97份熔融石英陶瓷填料与3份混料(该混料由50份Kaowool陶瓷纤维与50份Saffil陶瓷纤维形成)形成。结果形成的涂覆预成型体被粉刷以锆石沙，并空气干燥，以形成粉刷主要涂覆预成型体。所述主要涂覆预成型体再次浸入上述料浆中，粉刷以SS-30熔融石英，以形成粉刷辅助涂覆预成型体，然后空气干燥。上述步骤重复三次，以形成总共四层的粉刷辅助涂覆。粉刷预成型体然后被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。
实例44：本实例显示了主要涂覆和辅助涂覆的使用，主要涂覆通过将陶瓷填料和聚丙烯纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，辅助涂覆通过将陶瓷填料和聚丙烯纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
如实例35中所述的三角形蜡预成型体浸入如下料浆中一次，所述料浆通过将28份特定混合物与10份Nalcoag 1130硅溶胶混合形成，其中，所述特定混合物由50份锆石陶瓷填料和50份混料(该混料由96份熔融石英和4份聚丙烯纤维形成)形成。结果形成的涂覆预成型体被粉刷以锆石沙，并空气干燥，以形成粉刷主要涂覆预成型体。所述主要涂覆预成型体再次浸入上述料浆中，粉刷以SS-30熔融石英，从而形成粉刷辅助涂覆预成型体，然后空气干燥。上述步骤重复三次，从而形成总共四层粉刷辅助涂覆。粉刷预成型体然后被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。
实例45：本实例显示了主要涂覆和辅助涂覆的使用，主要涂覆通过将陶瓷填料、陶瓷纤维和尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，而辅助涂覆通过将陶瓷填料、陶瓷纤维和尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
如实例35中所述的三角形蜡预成型体浸入如下料浆中一次，所述料浆通过将25份特定混合物与10份TMM-30溶胶混合形成，其中，所述特定混合物由98份熔融石英陶瓷填料与2份混料(该混料由4份钙硅石陶瓷纤维和1份尼龙纤维形成)形成。结果形成的涂覆预成型体被粉刷以锆石沙，并空气干燥，以形成粉刷主要涂覆预成型体。所述主要涂覆预成型体再次被浸入所述料浆中，粉刷以SS-30熔融石英，以形成粉刷辅助涂覆预成型体，然后空气干燥。上述步骤重复三次，从而形成总共四层粉刷辅助涂覆。粉刷预成型体然后被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。
实例46：本实例显示了主要涂覆和辅助涂覆的使用，主要涂覆由陶瓷填料和陶瓷纤维的混合物形成，而辅助涂覆由陶瓷填料和陶瓷纤维的混合物形成。
如实例35中所述的三角形蜡预成型体浸入如下料浆中一次，所述料浆通过将30份特定混合物与10份
Figure G200580049388320071121D000301
混合形成，其中所述特定混合物由50份锆石陶瓷填料、45份熔融石英陶瓷填料和5份钙硅石陶瓷纤维形成。结果形成的涂覆预成型体被粉刷以锆石沙，并空气干燥，从而形成粉刷主要涂覆预成型体。所述主要涂覆预成型体再次浸入所述料浆中，粉刷以SS-30熔融石英，从而形成粉刷辅助涂覆预成型体，然后空气干燥。上述步骤重复四次，以形成总共四层粉刷辅助涂覆。所述粉刷预成型体然后被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。
实例47：本实例显示主要涂覆料浆和辅助涂覆的使用，主要涂覆料浆通过将陶瓷填料和陶瓷纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，而辅助涂覆通过将陶瓷填料和陶瓷纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
如实例35中所述的三角形蜡预成型体浸入如下料浆中一次，所述料浆通过将29份特定混合物与10份TMM-30溶胶混合形成，其中，所述特定混合物由48份熔融石英陶瓷填料和48份Mulgrain陶瓷填料以及4份混料(该混料由30份Kaowool陶瓷纤维和70份Mineral Wool陶瓷纤维形成)混合而形成。结果形成的涂覆预成型体被粉刷以锆石沙，并空气干燥，从而形成粉刷主要涂覆预成型体。所述主要涂覆预成型体再次浸入所述料浆中，粉刷以SS-30熔融石英，以形成粉刷辅助涂覆预成型体，然后空气干燥。上述步骤重复三次，以形成总共四层粉刷辅助涂覆。所述粉刷预成型体然后被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。
实例48：本实例显示主要涂覆料浆和辅助涂覆的使用，主要涂覆料浆通过将陶瓷填料和聚丙烯纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，辅助涂覆通过将陶瓷填料和聚丙烯纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
如实例35中所述的三角形蜡预成型体浸入如下料浆中一次，所述料浆通过将32份特定混合物与10份
Figure G200580049388320071121D000311
混合形成，其中，所述特定混合物由33份熔融石英陶瓷填料和33份Mulgrain陶瓷填料以及34份混料(该混料由90份Kyanite陶瓷填料和10份聚丙烯纤维形成)混合而形成。结果形成的涂覆预成型体被粉刷以锆石沙，并空气干燥，从而形成粉刷主要涂覆预成型体。所述主要涂覆预成型体再次浸入所述料浆中，被粉刷以SS-30熔融石英，从而形成粉刷辅助涂覆预成型体，然后空气干燥。上述步骤重复三次，以形成总共四层粉刷辅助涂覆。粉刷预成型体然后被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。
实例49：本实例显示主要涂覆料浆和辅助涂覆的使用，主要涂覆料浆通过将陶瓷填料和尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成，而辅助涂覆通过将陶瓷填料和尼龙纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
如实例35中所述的三角形蜡预成型体浸入如下料浆中一次，所述料浆通过将35份特定混合物与10份TMM-30溶胶混合形成，其中，所述特定混合物由75份锆石陶瓷填料和20份金刚砂陶瓷填料以及5份混料(该混料由2份Saffil陶瓷纤维和2份尼龙纤维形成)混合而形成。结果形成的涂覆预成型体被粉刷以锆石沙，并空气干燥，从而形成粉刷主要涂覆预成型体。所述主要涂覆预成型体再次浸入所述料浆中，被粉刷以SS-30熔融石英，以形成粉刷辅助涂覆预成型体，然后空气干燥。上述步骤重复三次，以形成总共四层粉刷辅助涂覆。粉刷预成型体然后被加热至200°F以去除蜡预成型体，从而形成初坯壳体。
本发明的描述实质上仅为示例性的，因此不偏离本发明要旨的各种变化均落在本发明的范围内。这些变化被认为未偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种制造熔模铸造壳体模具的方法，包括：
提供第一和第二高熔点涂覆料浆，其中所述料浆由包含高熔点填料的干混剂形成，所述干混剂与粘结胶混合而形成所述料浆；
在消耗性模上应用所述第一和第二高熔点涂覆料浆中的一种，以制成被涂覆的预成型体；
可选地，将高熔点材料制成的刷粉应用在所述被涂覆的预成型体上；
将可选地被粉刷的所述被涂覆的预成型体充分干燥，用以将所述第一和第二高熔点涂覆料浆中的另一种应用在所述预成型体上；
如果所述预成型体包括由所述干混剂形成的至少一层高熔点涂覆料浆，则根据需要而多次重复应用高熔点料浆以及可选地进行粉刷，以构造具有所希望厚度的预成型体；
将所述多层预成型体干燥，以形成初坯熔模铸造壳体模具；和
将所述初坯壳体模具加热至足以制成烧结熔模铸造壳体模具的温度，
其中，
所述第一料浆通过将不含纤维的陶瓷填料的混合物与硅溶胶混合而形成，并且
所述第二料浆通过将陶瓷填料和纤维的混合物与硅溶胶混合而形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述熔模铸造壳体模具包括由含纤维的所述干混剂形成的多层料浆。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纤维包括由以下物质所组成的组中选出的至少一种纤维：高熔点纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、有机纤维、碳纤维，以及它们的组合。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述纤维包括有机纤维，而所述填料包括颗粒尺寸在20至600目之间的陶瓷颗粒。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述纤维具有0.2mm至12mm的平均长度，并占所述干混剂的重量的0.1％至12％。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述纤维具有1mm至4mm的平均长度，并占所述干混剂的重量的0.2％至2.5％。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述纤维进一步包括无机纤维。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述无机纤维从由以下物质所组成的组中选出：E玻璃纤维、S玻璃纤维、硅铝陶瓷纤维、矿棉，以及它们的组合；所述有机纤维从由以下物质所组成的组中选出：烯烃、尼龙类纤维、芳族聚酸胺纤维，以及它们的组合。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高熔点填料进一步包括稻壳灰。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘结胶从由以下物质组成的组中选出：硅溶胶、硅酸乙酯、离子硅酸盐，和它们的混合物。
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