CN103260791A - 具有有机组分的改进的熔模铸造壳 - Google Patents

具有有机组分的改进的熔模铸造壳 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于熔模铸造壳的组合物和用于制备该组合物的方法。所述组合物包含设计的粘合剂和耐火粉。设计的粘合剂包括硅质材料和选自以下的至少一种有机组分：至少一种类型的木浆；至少一个种类的纤维素纤维；和其组合。熔模壳组合物的特定的益处是同时增加的渗透性和载荷容量。

Description

具有有机组分的改进的熔模铸造壳
发明技术领域
本发明大体涉及用于熔模铸造的新的组合物。更具体地，本发明涉及包含提供改进的特性的加入到粘合剂或浆料中的有机组分的这样的组合物。本发明与展示增加的渗透性和较高载荷容量的具有有机组分的熔模铸造壳的生产具有特定相关性。
发明背景
熔模铸造，也被称为失蜡法、一次模型(l0st pattem)和精密铸造，用于产生满足相对狭小的尺寸公差的高品质无缝金属制品。通常，通过首先制造薄壁陶瓷模作为要制备的制品的阴模来进行熔模铸造。然后把熔化金属引入到该模，该模还被称为熔模铸造壳。通过首先由要通过熔模铸造制备的金属物体的一次性基材制造复制本或模型来构建壳。合适的可熔融基材材料包括例如蜡、聚苯乙烯或某些塑料制品。完全汽化或烧尽的其他一次性材料也用于形成这些模型。
然后，围绕该一次性模型形成陶瓷壳。这种壳形成是通过如下来完成：首先把该模型浸渍到由液体耐火粘合剂(例如胶态二氧化硅或硅酸乙酯)和耐火粉末(例如石英、熔凝硅石、锆石、氧化铝和硅铝酸盐)的混合物制成的浆料中。然后，把被称为灰泥的相对粗糙的干燥耐火颗粒过筛在刚刚浸渍的模型上并空气干燥。重复浸渍、涂灰泥和空气干燥的过程，直到达到所需的厚度。把壳构建为高达在1/8至约1/2英寸范围内的厚度。通常不将灰泥应用到被称为密封涂层的最终浆料涂层。然后，彻底地空气干燥湿壳。
然后使用不将过大的压力施加在湿壳的方法除去一次性模型，这些方法通常包括蒸汽高压釜处理和急骤燃烧。在高压釜处理和急骤燃烧期间，把模型熔融掉，仅剩下壳和任何残余的基材材料。然后把壳加热到高到足以燃烧残余有机基材材料并烧结陶瓷模的温度。然后，用熔融金属填充热模。用于把熔融金属引入到壳的各种方法包括重力、压力、真空和离心力。当铸造模中的金属已经固化且壳已经充分冷却时，打破陶瓷模且分离出铸件。
熔模铸造已经实践了几代。但其连续的生长来源于对以精心的设计生产更复杂的部件的需求。该需求正在驱动工业发展制造产生较少的缺陷且可以以更高效率和成本效益进行生产的熔模铸造壳的新途径。此类努力已经引起所设计壳系统的发展和已经显著地改善现今生产的壳的品质的聚合物、纤维和其他添加剂的加入。例如，宽分布的耐火粉系统已经增加了浆料固体含量，由此减少干燥时间且改善壳强度。纤维加入使得更均匀地构建角和边缘成为可能。聚合物加入已经减少了来自干燥和处理的点火前壳破裂。这些改进中大多集中在耐火粉上。除了聚合物加入之外，近几十年来，一直在熔模铸造中使用相同的粘合剂。
目前用于熔模铸造壳的聚合物、玻璃、和陶瓷纤维帮助构建均匀边缘且基本上不增加壳强度和渗透性。在这些纤维和基质之间的结合主要是物理的且相对较弱。所设计的粉系统常常使用宽尺寸分布粉颗粒，这允许提高浆料固体并产生具有相比之下较低的渗透性的相对稠密的壳。目前，加入少量的较粗糙的微硅粉，以便构建较厚的壳并改善渗透性，这减少了一定的壳强度。壳强度和渗透性逆向影响壳物理性质。
因此，存在对具有增加的壳强度和改进的渗透性的熔模铸造壳的工业需要。
发明概述
本发明因此提供具有有机添加剂的设计的粘合剂，该设计的粘合剂与硅质组分化学结合以帮助产生耐火粉和设计的粘合剂的最终的熔模铸造壳复合材料。在设计的粘合剂和有机添加剂之间的这样的化学结合显著地加强粘合剂-粉复合材料，同时给予均匀的边缘建筑物(目前从塑料或玻璃纤维加入获得)和改进的壳渗透性的益处。
在一个方面，本发明是用于熔模铸造壳的组合物。组合物包含设计的粘合剂和耐火粉的两种必要组分。在设计的粘合剂内的是至少一种类型的木浆、至少一个种类的纤维素纤维、或其组合。
在另一个方面，本发明是一种形成用于熔模铸造壳的组合物的方法。该方法包括用耐火浆料涂布可牺牲的模型以产生涂布的模型；对涂布的模型涂灰泥以产生第一层；充分地干燥所述第一层以应用另一耐火浆料涂层并用灰泥涂布以产生第二层；和任选地重复前述步骤至少一次以产生随后的层；其中所述层中的至少一层包括所述至少一种有机组分。
本发明的一个优点是提供包含有机组分的新的熔模铸造壳组合物。
本发明的另一个优点是提供相比于目前商购的浆料，同时显示增加的渗透性、较高的载荷容量、和相等的或更好的脱蜡性能的新的熔模铸造壳组合物。
本发明的另外的优点是提供是触变的且出乎意料地比目前商业浆料性能更好的熔模铸造浆料，目前商业浆料包括具有纤维的浆料和不含纤维的那些以及包含微硅粉或不含微硅粉的那些。
本发明的又一个优点是提供相比于使用或不使用纤维和微硅粉制备的目前提供的商业浆料，在建造熔模铸造壳模中给予的改进，包括厚度的均匀度、更迅速的壳建造(shell build)、对铸造部件的孔、角和零件的极好覆盖、具有相等的或减少的排水时间。
前述内容已经相当宽泛地概括本发明的特征和技术优点，以使得可以更好理解随后的发明详述。将在下文描述形成本发明的权利要求的主题的本发明的另外的特征和优点。本领域技术人员应明白，所公开的概念和具体的实施方案可以容易地利用为用于修改或设计用于进行本发明的相同目的的其他实施方案的基础。本领域技术人员还应认识到，这样的等效实施方案不偏离如所附的权利要求中阐明的本发明的精神和范围。
发明详述
本发明涉及用于熔模铸造应用的设计的粘合剂系统，该设计的粘合剂系统优选地以约5wt％至约50wt％的范围存在于熔模铸造壳中。熔模铸造粘合剂可以是进一步与例如根据实施方案的聚合物共混的许多不同的硅质材料。根据本发明，至少一种有机添加剂用于设计粘合剂系统。有机添加剂的存在同时增加壳拉伸强度和载荷容量，同时改进壳渗透性，这与通常观察到的行为相反，且本领域技术人员将不期望这两个特征共存。本领域中已知壳强度和壳渗透性是逆向相关的。预期具有较高开孔率(openporosity)的壳是更可渗透的，且同时损失拉伸性质。
认为拉伸强度增强是源自在二氧化硅和有机添加剂的纤维素之间的氢键合。在本发明的各种实施方案中，有机添加剂可以是至少一种类型的木浆或至少一个种类的纤维素或纤维素材料。特定地，木浆提供适合用于许多产品中的独特的局部化学和结构性质。它们通常具有不均匀分布的纤维素、半纤维素、木质素和其他较少组分的分层结构。纤维素被组织到通常沿着纤维的长轴纵向地定向的结晶区域和无定形区域两者中。纤维素区域由作为在结晶区域之间的缓冲物且维持韧性的半纤维素围绕。
例如，干的木浆主要由具有化学活性的内表面和外表面的中空纤维素纤维组成，该中空纤维素纤维吸收胶态二氧化硅或粘合剂且在芯和外表面两者内与二氧化硅化学结合。除了化学锚固之外，纤维素还与基质物理结合。然而，对于目前在熔模铸造中使用的有机和无机合成纤维来说，这样的化学锚固是不存在的。该后者纤维仅具有可用于结合的外表面。另外，纤维素的溶胀性质使浆料成为比目前使用的设计的壳系统同等地或更多地触变的，而同时导致具有相等均匀或更均匀的边缘的较厚的壳。在加热期间，将纤维素纤维烧尽，留下圆柱形的中空的芯，这还改进壳渗透性。这些益处在本领域中目前使用的任何特定的系统中是不相容的且是不可得到的。然而，使用本发明的设计的粘合剂系统，这些益处同时地和出乎意料地在单一系统中被实现。
在实施方案中，设计的粘合剂的木浆组分选自以下中的至少一种：硬木浆；软木浆；和其组合。基于宽的种类组(例如，硬木和软木)、使用的制浆工艺的类型(例如，热机械的、化学-热机械的、亚硫酸盐、牛皮纸等)和是否在制浆之后被漂白，将木浆分类为不同的类别。制浆和漂白选择性地除去存在于天然木材中的聚合物组分，产生具有适合于各种应用的各种聚合物组成的纤维状材料。硬木和软木最容易地通过纤维状产品的长度和加权平均值来区分：对于硬木，约0.005至5.0mm，且对于软木，0.01至10.0mm。优选的是，硬木纤维的长度是0.05至1.5mm，且软木纤维的长度是0.05至4.0mm。对于硬木，直径可以在2至60μm之间改变，且对于软木，直径可以在2至80μm之间改变。优选的是，对于硬木，直径是5至40μm，且对于软木，直径是5至50μm。代表性的硬木包括各种类的白杨、山毛榉、桦树、橡树、杨树、枫木、桉树等。代表性的软木包括各种类的冷杉、云杉、松树、雪松等。任何合适的木浆可以用在本发明中，且应明白，在本文描述的仅是代表类型的木浆。
在实施方案中，木浆可以是漂白的或未漂白的，且以化学方法、机械方法或热机械方法、化学-热机械方法、硫酸盐或牛皮纸工艺来浆化，或是未浆化的天然木材纤维。木浆可以包括干纤维或湿纤维，且可以是绒毛的、粉状的或以纸板的形式。在可选择的形式中，木浆可以是未用过的或是来自报纸、复印和印刷纸、杂志和本领域已知的不同种类的纸板的回收纸。
在实施方案中，纤维素纤维物质选自以下中的至少一种：竹；棉；棉绒；蔗渣；西班牙草；洋麻；黄麻；大麻；纸草；亚麻；剑麻；稻草；大米；小麦；玉米衍生的纤维素；类似物；和其组合。纤维状纤维素的平均长度通常在约0.005mm和约100mm之间改变，且平均直径通常在约1和约100μm之间改变。纤维素和半纤维素纤维可以是非天然存在的。这些纤维通常不是在自然界中形成的，而是通过本领域已知的各种化学工艺来衍生的。作为一个实例，天然存在的木浆中的纤维素可以被溶解并纺成纤维。相似的工艺可以用于形成半纤维素纤维。虽然从天然材料衍生，但这些纤维是非天然的，因为它们在自然界中通常不以该形式存在。
有机组分优选地以约0.05wt％至约30wt％的范围存在于设计的粘合剂中。优选地，木浆和/或纤维素纤维的有机组分以足以使耐火浆料成为触变的、建造均匀地较厚的熔模铸造壳、改进渗透性和增加载荷容量的量存在。在各种实施方案中，有机组分以约0.05wt％至约15wt％存在，但还可以在约0.1wt％至约1wt％的范围内的水平使用。有机组分中的纤维通常具有约0.005mm至约100mm或约0.01mm至约20mm的平均长度和约1μm至约100μm的平均直径。
在实施方案中，设计的粘合剂的木浆或纤维素纤维还包括选自以下的至少一种其他纤维：至少一种有机纤维；至少一种无机纤维；类似物；和其组合。代表性的其他纤维包括聚丙烯；尼龙；人造纤维；陶瓷；玻璃；类似物；和其组合。
在实施方案中，设计的粘合剂还包括以下中的至少一种：至少一种聚合物；至少一种抗微生物剂；至少一种杀真菌剂；至少一种去泡剂；至少一种分散剂；水；类似物；和其组合。
在实施方案中，使用绒毛状的或以厚纸板(有时被称为商品浆)的形式的干燥过的浆。当悬浮在水、具有或不具有聚合物的胶态二氧化硅或在熔模铸造浆料中时，这样的干燥过的浆吸收周围的液体、溶胀并分散。即，商品浆以这样的过程被再浆化。虽然在胶态或胶态聚合物共混物中再浆化是优选的，但木浆以不同的程度改进壳特性，与用于将其引入浆料中的工艺无关。
根据可选择的实施方案，硅质材料组分可以选自以下中的至少一种：胶态二氧化硅；胶态二氧化硅和聚合物的共混物；胶态二氧化硅、聚合物和水的共混物；胶态二氧化硅和水；类似物；和其组合。在胶态二氧化硅被选择作为硅质材料的情况下，胶态二氧化硅包括以下中的至少一种：硅酸乙酯；火成二氧化硅；离子硅酸盐；沉淀二氧化硅；类似物；和其组合。
在聚合物用于熔模铸造壳中的实施方案中，聚合物可以选自包括以下单体中的至少一种的至少一种聚合物：丙烯酸；丙烯酸酯；甲基丙烯酸；甲基丙烯酸酯；苯乙烯丁二烯；氯乙烯；醋酸乙烯酯；类似物；和其组合。
在实施方案中，耐火浆料、粉和/或灰泥包括所述有机组分。
在一个实施方案中，耐火浆料在至少一层中是触变的。
在各种实施方案中，熔模铸造壳通过以下步骤中的至少一个来形成：(i)混合所述硅质材料和所述至少一种有机组分；(ii)混合所述至少一种有机组分和浆料，其中所述至少一种有机组分以基于所述浆料的总质量的约0.01wt％至约20wt％存在于所述浆料中；和(iii)混合所述至少一种有机组分和所述耐火粉以形成共混物，随后将所述共混物加入浆料中，其中所述至少一种有机组分以基于所述混合的浆料的总质量的约0.01wt％至约20wt％存在于所述浆料中；(iv)混合所述至少一种有机组分和聚合物以形成聚合物共混物，随后将所述聚合物共混物加入浆料中，其中所述至少一种有机组分以基于所述浆料的总质量的约0.01wt％至约20wt％存在于所述浆料中；和(v)将所述至少一种有机组分在含水溶剂中再浆化，随后将再浆化的有机组分加入浆料中，其中所述至少一种有机组分以基于所述浆料的总质量的约0.01wt％至约20wt％存在于所述浆料中；或其任何组合。
在一个实施方案中，熔模铸造壳通过以下方法来形成：(i)用耐火浆料涂布可牺牲的模型以产生涂布的模型；(ii)对所述涂布的模型涂灰泥以产生第一层；(iii)充分地干燥所述第一层以应用另一耐火浆料涂层并用灰泥涂布以产生第二层；和(iv)任选地重复前述步骤至少一次以产生随后的层；其中所述层中的至少一层包括所述至少一种有机组分。重复前述步骤(i)至(iv)，直到实现熔模铸造壳的所需的厚度。
可以在制备浆料之前将有机组分引入设计的粘合剂中。还可以将有机组分直接引入浆料中以部分地获得由设计的粘合剂系统制备的壳的特性。可选择地，可以通过本领域技术人员通常已知的其他方式将有机组分引入浆料中，例如与耐火粉干混、与灰泥共混、与聚合物共混或在浸渍之后直接喷涂。
用于本发明中的耐火粉可以是如本领域已知的任何合适的耐火粉。通常，耐火粉包括约0.5μm至约1mm的粒度。代表性的耐火粉包括以下中的至少一种：熔凝硅石；硅铝酸盐；氧化铝；硅酸锆；微硅粉；氧化锆；氧化钇；石英；碳；和其组合。
在一个实施方案中，本发明的熔模铸造壳模包括有机组分(例如，木浆或纤维素纤维)，其中湿壳通过连续涂布浆料和灰泥来建造，其中木浆或纤维素纤维以有效地使浆料成为触变的、建造均匀地较厚的壳、改进渗透性和增加载荷容量的水平存在。
在实施方案中，可牺牲的模型被重复地涂布上浆料和灰泥，其中粉包含有机组分(例如，木浆或纤维素纤维)。在其他实施方案中，可牺牲的模型被重复地涂布上浆料和灰泥，其中灰泥包含有机组分(例如，木浆或纤维素纤维)。
在可选择的实施方案中，本发明的熔模铸造壳被制备具有：包含由木浆或纤维素纤维制备的设计的粘合剂的至少一个浆料层；包含具有木浆或纤维素纤维的耐火粉的至少一个浆料层；包含木浆或纤维素纤维的至少一个灰泥层；或其任何组合。
通过参考以下实施例可以更好地理解前述内容，以下实施例意图用于说明性的目的且不意图以任何方式限制本发明或其应用的范围。以下给出的实施例包括实验室规模和工厂规模评估两者。两种评估采用广泛使用的商业的设计的粉系统作为对照来进行。
实施例1
熔模铸造浆料通过混合粘合剂(胶态二氧化硅和苯乙烯丁二烯(SBR)胶乳的共混物)和向其加入干燥绒毛浆的二氧化硅粉来制备。在本实施例中示出用相同的粘合剂制备的三种浆料。浆料1-1是由灰质(GM)II粉制备的对照，灰质(GM)II粉是商购的包含作为添加剂的粗微硅粉和合成有机纤维的宽分布熔凝硅石粉系统。粗微硅粉加入改进壳渗透性，且纤维加入建造更好的角和边缘。进行该研究以评估包含木浆、不含微硅粉和合成纤维的宽分布粉系统。浆料1-2由与GM II相同的熔凝硅石粉系统和合成有机纤维制备但不含微硅粉。浆料1-3由与GM II相同的熔凝硅石粉制备但不含合成有机纤维和微硅粉。将干燥木浆逐渐地直接地加入到浆料1-2和1-3中，直到浆料粘度和板重量与浆料1-1的浆料粘度和板重量匹配。
表1：浆料配方
Figure BDA00003316886900091
*所有三种浆料的粘度被维持为相同。
测量由这三种浆料制备的壳的拉伸性质和渗透性。拉伸性质通过测量在可牺牲的蜡模型(6英寸长，1英寸宽，和0.125英寸厚)上建造的壳的裂断模量(MOR)来评估。针对三种浆料中的每一种，制备没有底漆的多个棒，且在两个条件下测量壳拉伸强度。在室温下对空气干燥过的壳测量湿强度。在壳已经在982℃下被加热一个小时之后的热条件下测量热强度。通过在附接于石英管的可牺牲的乒乓球上建造壳来测量壳渗透性。与MOR棒一样，多个渗透性球被建造具有相同数量的涂层且没有底漆。当氮气以不同压力经过石英管时将球加热至982℃，持续一个小时，并测量通过壳的氮气流量。
表2中示出湿的和热的MOR、AFL(经调节的断裂载荷，归一化为一英寸样品宽度的断裂时的破坏载荷)、壳厚度和干壳重量。表3中示出壳渗透性结果。对于具有较高拉伸强度的样品，实现较高的MOR值，这是重要的壳特性。然而，AFL是甚至更重要的，因为其是壳在破坏之前可以经得起的载荷。对于防止在热的液体金属被倒入用于铸造时的泄露，AFL是尤其关键的。流量计读数越高表示壳渗透性越高。在熔模铸造壳中，这两个特征是特别期望的。
数据示出木浆的加入增加壳强度和同时改进渗透性。当壳变得更可渗透的时候壳强度通常下降，因此，观察到的结果是惊人的和出乎意料的。对照浆料(GM II)被设计具有微硅粉，用于改进的壳建造和具有较高渗透性。然而，木浆的存在显著地增强壳强度，同时改进粉系统的渗透性和壳建造，该粉系统否则是较低渗透性的且具有差的壳建造。
表2：壳物理性质
Figure BDA00003316886900101
MOR＝裂断模量，AFL＝经调节的断裂载荷(单位宽度的断裂载荷)
表3：在982℃下的壳渗透性
Figure BDA00003316886900102
实施例2
本实施例中的样品通过将干燥绒毛木浆加入浆料中来制备，如实施例1中的。本研究评估在存在和不存在合成纤维下包含软木浆的壳的性能。还在本实施例中介绍硬木浆的评估。与实施例1中一样，浆料2-1中的粉又是作为对照的GM II。由软木浆制备的浆料2-2和2-4与实施例1的浆料相似。浆料2-3用干燥过的硬木浆制备。物理性质又与实施例1中的那些非常相似。表5至表7中示出浆料和壳物理特性。由软木浆和硬木浆两者制备的壳非常类似地起作用，虽然它们在浆料中的相应的量是稍微不同的。这些壳被制备成不具有底漆。
表4：浆料配方
Figure BDA00003316886900103
*所有四种浆料的粘度被维持为相同
表5：壳性质
Figure BDA00003316886900111
表6：在982℃下的壳渗透性(氮气通过壳的流量)
Figure BDA00003316886900112
实施例3
本实施例中的浆加入工艺不同于实施例1和2。将硬木和软木两者在胶体或粘合剂(胶体和SBR胶乳的混合物)中再浆化。然后将粉加入到包含所述浆的粘合剂中并混合以制备浆料。当在胶态二氧化硅中再浆化时，将等效量的聚合物加入到浆料中并实现相似的浆料配方。该评估比较在胶体对粘合剂中再浆化，随后加入粉。表7至表9中示出浆料和壳物理特性。这些是没有底漆的打底壳(backup shell)。观察到的特性与上面实施例1和2中示出的纤维素系统的那些相似。
表7：浆料配方
浆料配方*(wt.％) 浆料3-1 浆料3-2 浆料3-3 浆料3-4
粘合剂 37.6 36.5 35.6 35.9
熔凝硅石粉 62.2 63.2 64.2 63.8
在粘合剂中再浆化的软木 0.2
在粘合剂中再浆化的硬木 0.3
在胶体中再浆化的软木 0.2
在胶体中再浆化的硬木 0.3
浆料中的总固体 74.6 75.4 76.0 75.8
*所有四种浆料的粘度被维持为相同
表8：壳性质
Figure BDA00003316886900121
表9：在982℃下的壳渗透性(氮气通过壳的流量)
Figure BDA00003316886900122
实施例4
进行工厂评估以确证实验室观察结果和比较在高压釜处理和金属倾倒期间的性能，使用工厂中的现有系统作为对照。该工厂使用WDS III，WDS III是不含纤维的宽分布设计的熔凝硅石粉系统，其包含作为添加剂的用于改进的壳渗透性的粗微硅粉。对照浆料的粘合剂是大颗粒胶态二氧化硅和SBR胶乳的共混物。
在本试验中评估两种测试浆料的性能。这两种浆料中的粉是用于对照的相同的宽分布熔凝硅石系统但不含微硅粉添加剂。两种浆料的粘合剂是不同的-在一种中软木被再浆化，而在另一种中硬木被再浆化。对于所有三种浆料，基础粘合剂是相同的。在壳建造期间，所有三种浆料的粘度被保持相同。这些浆料仅用于底涂层(backup coat)和密封涂层。对于所有制备的部件，底漆和中间浆料以及灰泥是相同的。
在本评估中制备三种不同的部件。所有的壳具有一层底漆和中间涂层。底涂层的数量在4和5之间变化，这取决于部件，且每一个部件具有密封涂层。表10中示出浆料配方。表11、表12和表13中示出壳的物理特性。
表10：浆料配方
Figure BDA00003316886900131
*所有四种浆料的粘度被维持为相同
表11：壳性质
Figure BDA00003316886900132
表12：在982℃下的壳渗透性(氮气通过壳的流量)
Figure BDA00003316886900133
表13：工厂评估中生产的三种部件的平均模质量(lb)
浆料类型 门把手 射钉枪 罐管
WDS III 21.95 23.26 22.59
软木 23.38 24.69 24.41
硬木 23.09 24.24 24.04
表14：罐管部件的高压釜处理裂缝评估
浆料类型 每部件的裂缝 每裂缝平均长度，英寸
WDS III 1.00 8.3
在粘合剂中再浆化的软木 0.90 6.7
在粘合剂中再浆化的硬木 0.95 7.6
从工厂评估提供的数据清楚地显示在熔模铸造中使用木浆的以下优点：(i)木浆产生更厚的壳，导致更快的壳建造。这还由在木浆的存在下较高的模质量反映；(ii)包含木浆的壳更坚固，如由较高的MOR和AFL所示的；(iii)所有三种壳的渗透性的相似性支持以下概念：底漆的不透性决定总的壳渗透性，因为评估中的所有的壳具有一层相同的底漆；(iv)实验室制备的制成不具有底漆的包含木浆的壳是更可渗透的，如实施例1和2中所示的；(v)优良的物理特性确证在高压釜处理期间较短和较少的裂缝的观察结果；和(vi)对于所有三种类型的壳，在金属倾倒期间没有壳泄露且脱模是相同的。
按照本公开内容在没有过度实验的情况下，可以制备和执行本文公开和要求保护的所有组合物和方法。尽管本发明可以许多不同的形式来体现，但本文详细描述了本发明的具体的优选的实施方案。本公开内容是本发明的原理的范例且不意图将本发明限于阐明的特定的实施方案。此外，除非相反地清楚地说明，否则术语“一种(a)”的使用意图包括“至少一种”或“一种或多种”。例如，“一种装置”意图包括“至少一种装置”或“一种或多种装置”。
以绝对项或以近似项给出的任何范围意图包括这两者，且本文使用的任何定义意图是澄清的而不是限制性的。尽管阐明本发明的宽范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中阐明的数值被尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含从它们的相应的测试测量中存在的标准偏差必然产生的某些误差。此外，本文所公开的所有范围应被理解为包括其中包含的任何和所有子范围(包括所有分数值和整值)。
此外，本发明包括本文描述的各种实施方案中的一些或全部的任何和所有的可能组合。本申请中引用的任何和所有专利、专利申请、学术论文和其他参考文献，以及其中引用的任何参考文献，据此通过引用以其整体并入。还应理解，本文描述的目前优选的实施方案的各种变化和修改对本领域技术人员来说将是明显的。可以进行这样的变化和修改，而不偏离本发明的精神和范围且不会削弱其意图的优点。因此，意图这样的变化和修改由所附的权利要求覆盖。

Claims (15)

1.一种用于熔模铸造壳的组合物，所述组合物包含：(i)设计的粘合剂和(ii)耐火粉；其中所述设计的粘合剂包括硅质材料和选自以下的至少一种有机组分：至少一种类型的木浆；至少一个种类的纤维素纤维；和其组合；其中所述设计的粘合剂任选地以约5wt％至约50wt％存在。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述硅质材料选自以下中的至少一种：胶态二氧化硅；胶态二氧化硅和至少一种聚合物的共混物；胶态二氧化硅、至少一种聚合物和水的共混物；胶态二氧化硅和水；和其组合。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中所述聚合物选自包括以下单体中的至少一种的至少一种聚合物：丙烯酸；丙烯酸酯；甲基丙烯酸；甲基丙烯酸酯；苯乙烯丁二烯；氯乙烯；醋酸乙烯酯；和其组合。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述至少一种有机组分选自以下中的至少一种：竹；棉；棉绒；蔗渣；西班牙草；洋麻；黄麻；大麻；纸草；亚麻；剑麻；稻草；大米；小麦；玉米衍生的纤维素；和其组合。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述至少一种木浆和/或所述至少一个种类的纤维素纤维以约0.05wt％至约30wt％存在于所述设计的粘合剂中。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述至少一种有机组分包括具有约0.005mm至约100mm的平均长度的纤维。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述耐火粉包括以下中的至少一种：熔凝硅石；硅铝酸盐；氧化铝；硅酸锆；微硅粉；氧化锆；氧化钇；石英；碳；和其组合。
8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述至少一种有机组分还包括选自以下的至少一种其他纤维：至少一种有机纤维；至少一种无机纤维；和其组合。
9.根据权利要求8所述的组合物，其中所述至少一种其他纤维选自以下；聚丙烯；尼龙；人造纤维；陶瓷；玻璃；和其组合。
10.根据权利要求1所述的组合物，还包括以下中的至少一种：至少一种聚合物；至少一种抗微生物剂；至少一种杀真菌剂；至少一种去泡剂；至少一种分散剂；水；和其组合。
11.一种形成权利要求1所述的组合物的方法，所述方法包括选自以下的至少一个步骤：(i)混合所述硅质材料和所述至少一种有机组分；(ii)混合所述至少一种有机组分和浆料，其中所述至少一种有机组分以基于所述浆料的总质量的约0.01wt％至约20wt％存在于所述浆料中；和(iii)混合所述至少一种有机组分和所述耐火粉以形成共混物，随后将所述共混物加入浆料中，其中所述至少一种有机组分以基于所述混合的浆料的总质量的约0.01wt％至约20wt％存在于所述浆料中；(iv)混合所述至少一种有机组分和聚合物以形成聚合物共混物，随后将所述聚合物共混物加入浆料中，其中所述至少一种有机组分以基于所述浆料的总质量的约0.01wt％至约20wt％存在于所述浆料中；和(v)将所述至少一种有机组分在含水溶剂中再浆化，随后将所述再浆化的有机组分加入浆料中，其中所述至少一种有机组分以基于所述浆料的总质量的约0.01wt％至约20wt％存在于所述浆料中；或其任何组合。
12.一种形成权利要求1所述的组合物的方法，所述方法包括：(i)用耐火浆料涂布可牺牲的模型以产生涂布的模型，其中所述耐火浆料任选地包括所述至少一种有机组分；(ii)对所述涂布的模型涂灰泥以产生第一层，其中所述灰泥任选地包括所述至少一种有机组分；(iii)充分地干燥所述第一层以应用另一耐火浆料涂层并用灰泥涂布以产生第二层；和(iv)任选地重复前述步骤至少一次以产生随后的层；其中所述层中的至少一层包括所述至少一种有机组分；其中任选地重复步骤(i)至(iv)，直到实现所需的厚度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述耐火浆料在所述层中的至少一层中是触变的。
14.根据权利要求12所述的方法，其中用于熔模铸造壳的所形成的组合物具有增加的渗透性和较高的载荷容量。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述至少一种组分以足以使所述耐火浆料成为触变的、建造均匀地较厚的熔模铸造壳、改进渗透性和增加载荷容量的量存在。
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