CN109843470B - 制备熔模铸造模具的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了制备熔模铸造模具的各种实施方案。所述方法包括：用底漆层涂覆牺牲模型，所述底漆层包含第一耐火浆料和第一耐火灰墁；使所述底漆层至少部分地硬化；以及用中间层涂覆所述底漆层，所述中间层包含第二耐火浆料和第二耐火灰墁。所述方法还包括使所述中间层至少部分地硬化；用第一支撑层涂覆所述中间层，所述第一支撑层包含第一触变剂，所述第一触变剂包含第一聚合物乳液；用第二支撑层涂覆所述第一支撑层，所述第二支撑层包含第二触变剂，所述第二触变剂包含第二聚合物乳液；以及使所述第一支撑层和所述第二支撑层至少部分地硬化。

Description

制备熔模铸造模具的方法
背景技术
熔模铸造(有时称为“失蜡”工艺)是一种众所周知的制备具有错综复杂形状部件的方法。该工艺用于各种不同的大规模及小规模应用，从制造超级合金气体涡轮引擎部件到微小的定制正畸器具。
熔模铸造工艺通常首先制备大小和形状类似于待制造装置的大小和形状的牺牲蜡模。该蜡模可通过模制(快速成型工艺)或任何其他方法进行制备。该模型随后经过脱壳工艺，其中模型按顺序浸入包含通常为陶瓷浆料的涂覆材料的罐中。在下一次浸渍之前，使各层涂覆材料干燥一定时间。另外，可在浸渍之间施加干燥的耐火颗粒剂或灰墁以改善壳体的结构完整性。该工艺重复多次以逐渐形成具有多个陶瓷层的壳体。
这样在形成壳体后，通常使用闪速炉或蒸汽高压罐来加热模型，以熔化蜡并从模具中提取出模具。最终得到具有中空腔体的模具，并且该模具准确复制模型的形状。此时，可通过焙烧进一步提高模具的强度。随后可将熔融的金属合金注入模具腔以浇铸所需的部件。最后，在合金充分冷却后，可通过机械或化学方式碎裂模具，以使浇铸部件与模具分离。
在常规的熔模铸造法中，成品壳体包含六层或更多层，其中的每一层可包括两个或更多个浆料或灰墁的子层。第一层(称为底漆层)被直接施加至蜡模。底漆层通常包括耐火浆料和耐火灰墁两者。下一层(称为中间层)被施加至底漆层上方，并且也包括耐火浆料和耐火灰墁。在施加底漆层和中间层后，通常施加三个或更多个支撑层以增加壳体的厚度。每个支撑层通常也包括耐火浆料和耐火灰墁。在许多情况下，随后将最终密封层施加到最终支撑层，以防止灰墁在进一步加工壳体期间从壳体脱落。
发明内容
一般来讲，本公开提供了可用于制备熔模铸造模具的浆料组分的各种实施方案以及制备此类模具的方法。此类方法可包括用第一支撑层和第二支撑层涂覆牺牲模型，该第一支撑层和第二支撑层可在一个或多个实施方案中填充牺牲模型的精细细部诸如角落、裂隙和裂缝，以提供具有所需规格的熔模铸造模具。
在一个方面，本公开提供了一种制备熔模铸造的方法。该方法包括：用包含第一耐火浆料和第一耐火灰墁的底漆层涂覆牺牲模型；使该底漆层至少部分地硬化；以及用中间层涂覆该底漆层,该中间层包含第二耐火浆料和第二耐火灰墁。该方法还包括至少部分地硬化该中间层；用第一支撑层涂覆中间层，该第一支撑层包含第一触变剂，该第一触变剂包含第一聚合物乳液；用第二支撑层涂覆该第一支撑层，该第二支撑层包含第二触变剂，该第二触变剂包含第二聚合物乳液；以及使该第一支撑层和该第二支撑层至少部分地硬化。
附图说明
图1为多层熔模铸造模具的一个实施方案的示意性剖视图。
图2为图1的熔模铸造模具的插入部分的放大片段剖视图。
图3为多层熔模铸造模具的另一个实施方案的示意性剖视图。
图4为多层熔模铸造模具的另一个实施方案的示意性剖视图。
图5为示出作为剪切速率的函数的浆料剪切应力的实验数据的曲线图。
定义
如本文所用：
“耐火材料”是指耐火陶瓷材料；
“浆料”是指固体颗粒与液体的流体混合物；
“灰墁”是指粒径通常不大于美国标准筛30目筛网的固体颗粒；
“触变”是指剪切致稀特性，其中凝胶或液体在摇动、搅拌或以其他方式受应力时变得粘度降低；
“蜡”是指能够在较低温度下熔化以产生低粘度液体的聚合物质；和
“锆石”是指硅酸锆，化学式为ZrSiO4。
如本文和所附权利要求中所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一种/个”和“该”包括复数对象。因此，例如，提及“一个/一种”或“该/所述”部件可包括本领域技术人员已知部件或其等价物中的一个或多个。另外，术语“和/或”意指所列元素中的一个或全部或者所列元素中的任何两个或更多个的组合。
值得注意的是，术语“包括”及其变型在出现在所附说明书中时不具有限制性含义。此外，“一个”、“一种”、“该”、“至少一个”及“一个或多个”在本文中可互换使用。
贯穿本说明书的对“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”或“实施例”的引用，意味着结合实施例描述的具体特征、结构、材料或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的多处出现的短语，如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在实施例中”，不是必须指本发明的相同实施例。此外，特定特征、结构、材料或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
具体实施方式
一般来讲，本公开提供了可用于制备熔模铸造模具的浆料组分的各种实施方案以及制备此类模具的方法。此类方法可包括用第一支撑层和第二支撑层涂覆牺牲模型，该第一支撑层和第二支撑层可在一个或多个实施方案中填充牺牲模型的精细细部(诸如、角落、裂隙和裂缝)，以提供具有所需规格的熔模铸造模具。
具有更大粘度或较高固体百分比的支撑层可不流入的牺牲模型更精细细部中，从而形成不包括此类精细细部的熔模铸造模具。另一方面，需要选择支撑层的化学和材料特性，由此使得成品熔模铸造模具具有所需的强度和耐久性。利用可能不具有足够粘度的支撑层可形成熔模铸造模具，其的确具有此类强度和耐久性。
使用具有不同特性(例如，粘度)的两个或更多个支撑层可提供模具，其包括精细细部并且表现出所需强度和耐久性。在一个或多个实施方案中，牺牲模型可涂覆有第一支撑层，并且第一支撑层可涂覆有第二支撑层(在此类层之间施加或不施加灰墁)，其中第一支撑层和第二支撑层具有不同的化学和/或材料特性，例如，不同的粘度。在一个或多个实施方案中，第一支撑层可具有第一粘度的材料，第一粘度小于第二支撑层的材料的第二粘度，由此使得第一支撑层可填充牺牲模型的精细细部，该精细细部可能未填充有具有更大粘度的支撑层。因为第二支撑层的第二粘度大于第一支撑层的第一粘度，所以第二支撑层可置换牺牲模型的较大特征部中的第一支撑层，同时将第一支撑层保留在较小的特征部内，同时提供坚固且耐用的层。
所示出的模型及相关联的铸口为示例性的，未按比例绘制，并且可根据实际应用不同而在尺寸和形状方面有很大不同。还应当理解，本文所述的耐火材料、溶剂和粘结剂为示例性的，可根据本领域的技术人员的知识进行替代或改性。
尽管本文所述的组分及相关方法能够使本领域的技术人员制备和使用具有某些有利特性的熔模铸造模具，但应当认识到，这些组分和方法还可结合本文未示出的添加剂或增强剂。例如，浆料组分还可包括气态或溶剂型胶凝剂、经化学处理的耐火材料以及彼此相互作用的浆料粘结剂体系。
形成前述壳体层需要大量时间。所需的大量时间不仅涉及用于施加各个组分浆料和/或灰墁层的浸渍处理，还涉及涂覆每个主要层之后的干燥步骤。制造过程的大量步骤也提高了意外引起缺陷或导致壳体损坏的总体风险。
图1为熔模铸造模具100的一个实施方案的示意性剖视图。示出的模具100包封牺牲模型102的相当大部分，牺牲模型具有树状结构，该树状结构具有位于中心的树干103和从树干103向外延伸的多个分枝105。模型102为示例性的并且可以采取任何合适的形状并具有任何合适的尺寸。
模型102可包含任何合适的材料或材料的组合。在一个或多个实施方案中，模型102包含蜡、聚合物树脂或随后能够熔化、蒸发、燃烧或溶解的其他合适的模型材料，以在残留物极少的情况下留下适形于模型102的外部轮廓的腔体。
如图所示，模具100包括一系列通过将模型102浸入耐火浆料的容器而形成的连续层。在每次浸渍后抽出模型102后，允许排出过量的浆料/灰墁。任选地，以手动或机械方式调控模型102以促进均匀的覆盖。随后将耐火颗粒剂或灰墁施加于湿浆料涂层。在一个或多个实施方案中，浆料和灰墁的组合包括单个主要层，在施加下一个涂层之前，允许其干燥并至少部分硬化。通过重复该过程，逐层渐进式形成模具100的壁，直至整个模具100具有的强度足以承受由金属铸造引起的物理处理力。从最内层开始并以最外层结束，模具100包括底漆层104、中间层110、第一支撑层116、第二支撑层122和密封层130。
尽管图1的模具100表示五层构造，但也可根据应用的特性使用附加层或更少层。例如，诸如熔融金属输送压力以及待从最终模具中倾倒的铸件的尺寸等因素可影响所用支撑层的数量。
上文所枚举的五层中的每层参考插图2加以更详细的描述。底漆层104为延伸横跨并接触模型102的最内层。底漆层104的用途是在成品模具100脱蜡和焙烧后直接接触熔融金属。如图所示，底漆层104包括两个子层：耐火浆料内层106和耐火灰墁外层108。在图2所描绘的模具100中，耐火浆料106和耐火灰墁108可包含任何合适材料或材料的组合，例如，锆石颗粒(此处示出为圆形颗粒)，但并非不一定要如此。在某些实施方案中，可使用一个或多个附加的底漆层。在例如其中不存在中间浆料层容量的情况下可能如此。
中间层110和连续的支撑层116和122也各自分别包括两个子层：耐火浆料层112、118、124以及相邻的耐火灰墁层114、120、126。灰墁可使用任何合适的技术或技术的组合(例如，通过手动或降雨式磨砂机喷洒到刚刚涂覆的浆料上或通过浸没到灰墁流化床中)进行施加。在一个或多个实施方案中，灰墁颗粒的大小通常从模具100的内侧到外侧逐渐增大。
任选的密封层130可设置在模具100的最外周边上。在一个或多个实施方案中，密封层130可防止来自第二支撑层122的灰墁126在成品模具100的后续加工期间松动，并且可具有与中间浆料或支撑浆料相同或相似的组分。密封层130可以包含任何合适的材料或材料的组合。在一个或多个实施方案中，密封层130包含熔融二氧化硅、铝硅酸盐、锆石、氧化铝或它们的混合物。
在一个示例性方法中，如图1和图2所示的所得结构随后可完全干燥和加热以熔化模型102，然后从成品熔模铸造模具100中移除模型102。为了增加更大的强度，成品模具100可在固化炉于任何合适温度(例如，约980摄氏度的温度)下进行焙烧。
中间层110可包括任何合适的耐火浆料112，例如，熔融二氧化硅、铝硅酸盐、锆石、氧化铝或它们的混合物。此外，中间层110可包括任何合适的耐火灰墁114，例如，熔融二氧化硅、铝硅酸盐、锆石、氧化铝或它们的混合物。
第一支撑层116设置在中间层110上。在一个或多个实施方案中，第一支撑层116可具有远大于要么底漆层104要么中间层110的厚度的空间厚度。在一个或多个实施方案中，第一支撑层116可填充由模型102的分枝呈现的开放底切和腔体，从而简化后续的涂覆过程。第一支撑层116可包含如本文进一步描述的任何合适的材料或材料的组合。在一个或多个实施方案中，如图所示，第一支撑层116包括耐火浆料内涂层118，接着是耐火灰墁层120。
熔模铸造模具100还包括第二支撑层122。可将第二支撑层122涂覆到第一支撑层116的一个或多个部分上。在一个或多个实施方案中，可将第二支撑层122涂覆到整个第一支撑层116上。第二支撑层122可包含如本文进一步描述的任何合适的材料或材料的组合。在一个或多个实施方案中，第二支撑层122包括耐火浆料内层124和耐火灰墁层126。
在一个或多个实施方案中，任选的密封层130可设置在第一支撑层116和第二支撑层122上方。密封层130可与第二支撑层122接触。可利用任何合适的密封层来形成密封层130，例如，本文关于第一支撑层116和第二支撑层122所述的相同的材料。
在一个或多个实施方案中，每个浆料层任选地使用浸渍工艺设置在模型或下面层上。在使用浸渍工艺时，用于每层的浆料可具有足够的粘度以在可接受的工作时间内保留在模型或下面层上，同时仍具有足够的流动性以填充浸渍组件中的基本所有空隙，从而保持模具形状的高保真性。可接受的工作时间通常为在约12秒至约60秒的范围内。该浆料所需的工作时间将取决于工艺和铸造厂，但通常为浆料停止排出后从浆料罐上方移动至灰墁施加区域中所需的时间。在一个或多个实施方案中，该时间段为约2-3分钟。使用本文所述的熔模铸造模具及方法可同时获得这些竞争性特性。
可以使用任何合适逐层构造技术或技术组合来制造熔模铸造模具100。
第一支撑层116和第二支撑层122的第一耐火浆料118和第二耐火浆料124中的每一者可具有包含耐火材料、粘结剂、溶剂和触变剂的组分，该触变剂包括聚合物乳液。
耐火材料或耐火粉或粉末为第一支撑层116的耐火浆料118和第二支撑层122的耐火浆料124的第一主要组分。耐火材料可包括任何合适的材料或材料组合，例如，锆石(ZrSiO4)、熔融态和石英态两者的二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)和铝硅酸盐(Al2O3和SiO2的各种组合，通常在高温下进行焙烧)。在一个或多个实施方案中，用于浆料118、124和/或灰墁120、126的耐火材料可包括熔融二氧化硅、铝硅酸盐、锆石、氧化铝以及它们的混合物。耐火粉末可包括任何合适的粒度分布，例如，粒度为至少325F目且不大于120F目。在一个或多个实施方案中，耐火粉末可包括亚微米粒度。
粘结剂为第一支撑层116的第一耐火浆料118和第二支撑层122的第二耐火浆料124的第二主组分。在一个或多个实施方案中，粘结剂可包括耐火粘结剂、有机粘结剂或两者的组合。可用于耐火浆料118、124中的耐火粘结剂包括各种陶瓷材料，包括硅酸盐、碱金属硅酸盐、硅溶胶、氯氧化铝、磷酸铝、石膏-二氧化硅混合物、水泥以及它们的混合物。在一个或多个实施方案中，耐火粘结剂包括胶态二氧化硅。有机粘结剂可为可热分解的，并且包括聚乙烯醇、聚乙烯缩丁醛、甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素以及它们的混合物。示例性粘结剂在例如美国专利3,165,799(Watts)、3,903,950(Lirones)、5,021,213(Kato等人)和6,020,415(Guerra)中有所描述。在一个或多个实施方案中，有机粘结剂可包括胶态溶胶与至少一种丙烯酸类胶乳聚合物的混合物。胶态溶胶可为例如硅溶胶、氧化锆溶胶、氧化铝溶胶或氧化钇溶胶，而胶乳聚合物可为丙烯酸类胶乳聚合物、丙烯酸类聚合物、苯乙烯-丁二烯胶乳聚合物或它们的混合物。
溶剂通常与用于粘结剂的液态分散剂相同。在一个或多个实施方案中，溶剂可包括水。然而，可以使用许多其他溶剂，包括其他极性溶剂诸如无机酸、醇类诸如甲醇、乙醇、异丙醇和丁醇、二醇类和乙二醇醚以及它们的混合物。市售粘结剂通常以溶液形式提供，因此可无需加入单独溶剂的步骤。
第一耐火浆料118和第二耐火浆料124中的一者或两者还包含基于聚合物乳液的触变剂(或剪切稀释剂)。在一个或多个实施方案中，第一支撑层116可包含第一触变剂，并且第二支撑层122可包含第二触变剂。第一触变剂可与第二触变剂相同。在一个或多个实施方案中，第一触变剂可不同于第二触变剂。在一个或多个实施方案中，第一触变剂包括第一聚合物乳液，并且第二触变剂包括与聚合物乳液相同或不同的聚合物乳液。第一聚合物乳液和第二聚合物乳液中的一者或两者可包括丙烯酸类聚合物乳液。在一个或多个实施方案中，聚合物乳液为水中的丙烯酸类聚合物乳液。
适用于本专利申请的聚合物可使用各种不同的合成路线进行制备。碱溶胀性聚合物例如通过共聚合不同的单体进行合成，其中至少一种单体包含羧基(-COOH)官能团。这些聚合物可以具有直链、支链结构或交联以形成网状结构。这些聚合物作为增稠剂的用途在例如美国专利No.4,226,754(Whitton等人)中有所描述，该专利公开了一种通过丙烯酸酯、甲基丙烯酸和饱和脂族羧酸的乙烯基酯反应而制备的聚合物。这些增稠剂通常是指碱溶胀性增稠剂，因为羧酸基团足以使聚合物与合适的碱中和时可溶于水中。
在一个或多个实施方案中，浆料组分可包括共价键合到聚合物主链的疏水性实体。例如，聚合物可通过烯键式不饱和羧酸单体、非离子型乙烯基单体和乙烯基表面活性剂酯反应形成，乙烯基表面活性剂酯诸如一端以烷基苯基封端的烷基苯氧基(乙烯氧基)乙基丙烯酸酯。另一个示例衍生自不饱和羧酸、(甲基)丙烯酸烷基酯和含烷基苯基的酯的反应产物，所述烷基有8至20个碳原子。这些以疏水部分改性的水溶性聚合物在美国专利4,384,096(Sonnabend)和4,138,381(Chang等人)中有所描述。
在一个或多个实施方案中，用于第一支撑层116和第二支撑层122的浆料组分可包括使用单体的乳液共聚作用制备的丙烯酸类乳液共聚物，该单体落在四类单体中的三类内，四类单体即(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸烷基酯、具有疏水基团的(甲基)丙烯酸乙氧基酯以及任选的多烯键式不饱和单体。在一个或多个实施方案中，浆料组分可包括乳液共聚物，该乳液共聚物基于包括甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、任选的限定的可共聚烯键式不饱和单体以及重量％较小的多烯键式不饱和单体等单体的反应产物。有利地，在中和乳液共聚物时，各种表面活性剂加入到包含共聚物的水性体系中可增强对组分的增稠效应。前述共聚物还在欧洲专利13,836(Chang等人)和美国专利4,421,902(Chang等人)中有所描述。
在一个或多个实施方案中，碱性可溶胀共聚物作为下述各项的反应产物被合成：烯键式不饱和羧酸、表面活性不饱和酯、脂族醇类的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯以及任选的一种或多种其他烯键式不饱和单体、多烯键式不饱和化合物和分子量调节剂。表面活性酯的一端部以脂族基团封端，脂族基团可以为包含4至12个碳原子的直链或支链、单烷基、二烷基或三烷基苯基或嵌段共聚基团。在部分或完全中和时，共聚物成为水溶性或胶态分散性的，并且可用作增稠剂。这些共聚物还在美国专利4,668,410(Engel等人)中有所描述。
第一触变剂和第二触变剂中的一者或两者可包括基于甲基丙烯酸的疏水改性酯的聚合物乳液，该聚合物溶液可以商品名RHEOLATE购自美国新泽西州海茨敦的海名斯特殊化学品公司(Elementis Specialties in Hightstown,NJ)。制备此类聚合物乳液的方法详细描述于美国专利6,069,217(Nae等人)中。
此外，第一触变剂和第二触变剂中的一者或两者可包括衍生自丙烯酸类聚合物并且具有按重量计约30％的固体的水性疏水改性碱性可溶乳液，其也以商品名RHEOLATE可得自美国新泽西州海茨敦的海名斯特殊化学品公司(Elementis Specialties inHightstown,NJ)。通常，该丙烯酸类乳液具有的pH值为小于约5。
聚合物乳液可以增加耐火浆料的屈服应力的量存在。在一个或多个实施方案中，基于组分的总重量计，聚合物乳液的存在量为至少0.02重量％、至少0.03重量％、至少0.05重量％、至少0.06重量％或至少0.07重量％。在一个或多个实施方案中，基于组分的总重量计，聚合物乳液的存在量为至多1重量％、至多0.9重量％、至多0.8重量％、至多0.75重量％或至多0.7重量％。
有利地，使用聚合物乳液作为触变剂可使耐火浆料能够在远低于现有技术的剪切应力状况下操作，同时获得类似的熔模铸造工作粘度。在一个或多个实施方案中，如使用实施例中所述的方法所测量的，浆料组分在经受下述剪切应力时显示的工作粘度为约20泊：至少1达因每平方厘米、至少5达因每平方厘米、至少10达因每平方厘米、至少20达因每平方厘米、至少50达因每平方厘米、至少100达因每平方厘米、至少200达因每平方厘米或至少400达因每平方厘米。
在一个或多个实施方案中，相同的组分在经受下述剪切应力时显示的工作粘度为约20泊：至多1000达因每平方厘米、至多950达因每平方厘米、至多900达因每平方厘米、至多850达因每平方厘米或至多800达因每平方厘米。
作为灰墁工艺的结果，熔模铸造壳体通常具有大的孔隙率，其可能对强度产生不利影响。对于被认为适合给定应用的强度，必须能够承受可能很高的内部压力和热应力，尤其是在脱蜡过程中和将金属倾倒到独立的陶瓷壳体中时。当模具上的应力大于模具材料的破裂模量时，可能发生开裂。在一个或多个实施方案中，如利用ASTM C674-88(2006)所测量的，在完全硬化之后，熔模铸造模具具有的非焙烧破裂模量为至少150(1.03MPa)、至少175(1.20MPa)、至少200(1.38MPa)、至少225(1.55MPa)或至少250(1.72MPa)。在一个或多个实施方案中，熔模铸造模具在完全硬化后具有的非烧结破裂模量为至多750psi(5.17MPa)、至多735psi(5.07MPa)、至多725psi(5.00MPa)、至多710psi(4.89MPa)或至多700psi(4.83MPa)。
在一个或多个实施方案中，第一支撑层116的耐火浆料118和第二支撑层122的耐火浆料124还可包括铝页硅酸盐粘土。在一个或多个实施方案中，铝页硅酸盐粘土相对于聚合物乳液的存在量为在至少1:15、至少1:10、至少1:8、至少1:7或至少1:6的重量比范围内。在一个或多个实施方案中，铝页硅酸盐粘土相对于聚合物乳液的存在量为在至多6:1、至多5:1、或至多4:1的重量比范围内。
观察到，将包括聚合物乳液特别是丙烯酸类乳液的触变增稠剂与层状硅酸铝粘土结合可在熔模模具中提供一定的协同增强效应。例如，观察到支撑浆料组分中包括聚合物乳液增稠剂和层状硅酸铝粘土两者时，相比于仅含层状硅酸铝作为增稠剂的浆料大幅延长了浆料的工作时间。当层状硅酸铝粘土独立使用时，背衬浆料容易从模型上不断排出。此外，在一个或多个实施方案中，包含聚合物乳液和铝页硅酸盐粘土两者可优于单独地包含聚合物乳液，因为后者容易产生粘度过大的浆料。此类高粘度继而可导致精致的模型在插入到浆料中时发生断裂或破碎。总之，聚合物乳液增稠剂和层状硅酸铝粘土的组合提供了意料不到且有利的流动相与长工作时间的平衡。
存在于耐火浆料118、124中的总固体没有具体限制，但该指标可落在足以实现稳定的胶态悬浮液并产生稳健的最终熔模铸造模具100的范围内。在一个或多个实施方案中，基于组分的总重量计，耐火浆料118、124中的一者或两者可具有的总固体含量为至少45重量％、至少50重量％或至少55重量％。在一个或多个实施方案中，基于组分的总重量计，耐火浆料118、124可具有的总固体含量为至多85重量％、至多80重量％、或至多75重量％。在一个或多个实施方案中，第一支撑层116可具有的总固体含量为等于第二支撑层122的总固体含量、大于第二支撑层的总固体含量或小于第二支撑层的总固体含量。
如本文所述，第一支撑层116的组分可包括与第二支撑层122相同的组分或不同的组分。此外，第一支撑层116的材料特性可与第二支撑层122的材料特性相同，或者可包括不同的材料特性。例如，第一支撑层116可在流动开始时具有第一粘度，并且第二支撑层122可在流动开始时具有第二粘度。第一粘度可与第二粘度相同或不同。在一个或多个实施方案中，第一粘度小于第二粘度。在一个或多个实施方案中，第一粘度大于第二粘度。在一个或多个实施方案中第一粘度等于第二粘度的至少0.1倍并且不大于第二粘度的0.7倍。
可利用任何合适的技术或技术的组合来在已形成熔模铸造模具100之后分别确定第一支撑层116的第一粘度和第二支撑层122的第二粘度之间的关系。例如，可利用任何合适的技术或技术的组合(例如，扫描电子显微镜(SEM))对已完成的熔模铸造模具进行横切和分析。在一个或多个实施方案中，SEM分析可区分第一支撑层116和第二支撑层122，因为第一支撑层可表现出与第二支撑层不同的颗粒与颗粒间距。
用于第一支撑层116和第二支撑层122的示例性浆料组分在初始流动下可显示的粘度为至少至少50泊、至少100泊、至少200泊、至少500泊或至少1000泊。在相同或另选的实施方案中，浆料组分在初始流动时的粘度可为至多7000泊、至多8000泊、至多9000泊、至多10000泊或至多12,000泊。
此外，第一支撑层116可具有第一屈服应力，并且第二支撑层122可具有第二屈服应力。第一屈服应力可等于第二屈服应力。在一个或多个实施方案中，第一屈服应力可小于第二屈服应力。此外，在一个或多个实施方案中，第一屈服应力可大于第二屈服应力。在一个或多个实施方案中，第一屈服应力和第二屈服应力可具有任何合适的值，例如，至少0.2达因/cm2、至少0.5达因/cm2、至少1达因/cm2、至少5达因/cm2或至少10达因/cm2。在一个或多个实施方案中，第一屈服应力和第二屈服应力可为至多200达因/cm2、至多250达因/cm2、至多500达因/cm2、至多750达因/cm2或至多1000达因/cm2。
理想的情况下，熔模铸造浆料组分显示一定的屈服应力，其足以防止在模型从浆料浴中抽出时从模型上排出过量的浆料。然而，该特性应当通过其流动性进行调节，其流动性实质上是指在模型浸入浆料时浆料流入并围绕复杂模型几何形状(包括窄腔)流动的能力。本文所提供的浆料组分在与重力相关联的低剪切速率下以类似固体的状态操作，但在与将模型浸入浆料浴中相关联的较高剪切速率下以类似液体的状态操作。通过使重力引起的排出最小化并同时在浸渍过程中获得良好的流动性，所提供的组分减少了所需的浸渍次数，同时仍可保持最终模制产品的保真性。
可使用任何合适的技术或技术的组合来形成模具100。在一个或多个实施方案中，牺牲模型102可涂覆有底漆层104，其包括第一耐火浆料106和第一耐火灰墁108。在一个或多个实施方案中，底漆层104可使用任何合适的技术或技术组合进行至少部分硬化。底漆层104可涂覆有中间层110，其包括第二耐火浆料112和第二耐火灰墁114。在一个或多个实施方案中，中间层110可使用任何合适的技术或技术组合进行至少部分硬化。中间层110可涂覆有第一支撑层116，其包含第一触变剂，该第一触变剂包括第一聚合物乳液。在一个或多个实施方案中，可在涂覆第二支撑层122之前使用任何合适的技术或技术的组合将第一支撑层116至少部分硬化。
第一支撑层116可涂覆有第二支撑层122，其包含第二触变剂，该第二触变剂包括第二聚合物乳液。在一个或多个实施方案中，第一支撑层116和第二支撑层122中的一者或两者可被至少部分硬化。在至少部分地硬化第二支撑层122之前，可将耐火灰墁126层施加到第二支撑层。
此外，第一支撑层116可包括第一密度，并且第二支撑层122可包括第二密度。此外，第一支撑层116可包括第一孔隙度，并且第二支撑层122可包括第二孔隙度。另外，第一支撑层116可包括第一孔径分布，并且第二支撑层122可包括第二孔径分布。
替代实施方案如图3-4中所示。图3示出根据另一个实施方案的熔模铸造模具200，其中省略了最外密封层。该四层构造包括：底漆层204，其延伸横跨并接触牺牲模型202；中间层210其延伸横跨并接触底漆层；第一支撑层240，其延伸横跨并接触中间层310；和第二支撑层250，其延伸横跨并接触第一支撑层。关于图1的模具100的所有设计考虑和可能性同样地适用于图3的模具200。在一个或多个实施方案中，层204、层210、层240、层250中的每一层都包括邻接耐火灰墁外部子层的耐火浆料内部子层。
模具200中不存在最外密封层；在图3中，分层构造以用于第二支撑层250的耐火灰墁252结束。尽管与模具100的大多数功能特性相同，但模具200只需较少的加工步骤进行制造。
图4示出根据另一个实施方案的熔模铸造模具300。与之前的实施方案相比，模具300在其三层构造中明显地进一步简化。关于图1的模具100的所有设计考虑和可能性同样地适用于图4的模具300。模具300包括底漆层304、设置在模型302上的第一支撑层340和设置在第一支撑层上的第二支撑层350。模具300和模具100之间的一个差异在于模具300不包括中间层或密封层。
实施例
材料
“WDS II”，一种熔融二氧化硅，以商品名“WDS II”购自田纳西州米德韦的3M米德韦公司(3M Midway,Midway,TN)。
“Min-Sil 120F”，一种熔融二氧化硅，以商品名“Min-Sil 120F”购自田纳西州米德韦的3M米德韦公司(3M Midway,Midway,TN)。
“NALCO 1130”，一种硅溶胶，30重量％SiO2，粒径8纳米，以商品名“NALCO 1130”购自伊利诺伊州内珀维尔纳尔科化学公司(Nalco Chemical Company,Naperville,IL)。
“NALCO 6300”，一种苯乙烯-丁二烯胶乳聚合物，50重量％固体，以商品名“NALCO6300”购自伊利诺伊州内珀维尔的纳尔科化学公司(Nalco Chemical Company,Naperville,IL)。
“Minco HP”，一种苯乙烯-丁二烯胶乳聚合物，50重量％固体，以商品名“MincoHP”购自田纳西州米德韦的3M米德韦公司(3M Midway,Midway,TN)。
“NALCO 2305”，一种包含溶解于烃溶剂中的硅树脂和聚二醇的共混物的消泡添加剂，以商品名“NALCO 2305”购自伊利诺伊州内珀维尔纳尔科化学公司(Nalco ChemicalCompany,Naperville,IL)。
“NALCO 8815”，一种润湿剂，以商品名“NALCO 8815”购自伊利诺伊州内珀维尔纳尔科化学公司(Nalco Chemical Company,Naperville,IL)。
“BENTONE EW”，一种高度增效的易分散粉状粘土增稠剂，以商品名“BENTONE EW”购自新泽西州海茨敦的海名斯特殊化学品公司(Elementis,Specialties,Inc.,Hightstown,NJ)。
“RHEOLATE 420”，一种碱溶胀性增稠剂，以商品名“RHEOLATE420”购自新泽西州海茨敦的海名斯特殊化学品公司(Elementis,Specialties,Inc.,Hightstown,NJ)。
“RHEOLATE 288”，一种高效聚醚聚氨酯缔合型增稠剂，以商品名“RHEOLATE 288”购自新泽西州海茨敦的海名斯特殊化学品公司(Elementis,Specialties,Inc.,Hightstown,NJ)。
“RHEOLATE 1”，一种具有高增稠效力的丙烯酸类增稠剂，以商品名“RHEOLATE 1”购自新泽西州海茨敦的海名斯特殊化学品公司(Elementis,Specialties,Inc.,Hightstown,NJ)。
“RHEOLATE 278”，一种高效聚醚聚氨酯缔合型增稠剂，以商品名“RHEOLATE 278”购自新泽西州海茨敦的海名斯特殊化学品公司(Elementis,Specialties,Inc.,Hightstown,NJ)。
“SOLTHIX A300”，一种碱溶胀性增稠剂，以商品名“SOLTHIX A300”购自俄亥俄州布雷克斯维尔的路博润先进材料公司(Lubrizol Advanced Materials,Inc.,Brecksville,OH)。
“SOLTHIX A100”，一种碱溶胀性增稠剂，以商品名“SOLTHIX A100”购自俄亥俄州布雷克斯维尔的路博润先进材料公司(Lubrizol Advanced Materials,Inc.,Brecksville,OH)。
“THIXATROL PLUS”，一种活性、抗晶种有机流变学添加剂，以商品名“THIXATROLPLUS”购自新泽西州海茨敦的海名斯特殊化学品公司(Elementis,Specialties,Inc.,Hightstown,NJ)。
熔融二氧化硅，50×100目(比50目美国标准筛细，但比100目美国标准筛粗)，购自田纳西州米德韦的3M米德韦公司(3M Midway,Midway,TN)。
熔融二氧化硅，30×50目(比30目美国标准筛细，但比50目美国标准筛粗)，购自田纳西州米德韦的3M米德韦公司(3M Midway,Midway,TN)。
制备底漆浆料、中间浆料和支撑浆料的一般方法
向体积足够大的容器中加入去离子(DI)水和NALCO 1130硅溶胶。在使用INDCO型HS120T混合器(2马力，220V，单相电机，转速设定为2050rpm)进行混合的过程中，加入所需量的硅胶粉、添加剂诸如聚合物粘结剂(例如，苯乙烯-丁二烯胶乳)、消泡剂和/或润湿剂，并继续混合直至所有块状物分散开。最后，如果需要，加入流变学添加剂(即，触变剂)并继续混合通常5分钟以内。
制备熔模铸造模具的一般方法
使用多步工艺制备熔模铸造模具。首先，提供具有最终熔模铸造部件形状的蜡模。在蜡模顶部，顺序形成一系列壳体(即，层)，从而形成熔模铸造模具。在第一步中，用“底漆层”涂覆蜡模，该“底漆层”包括底漆层浆料的初始涂层，并且该底漆层浆料进一步涂覆有底漆层灰墁。通过将蜡模浸入底漆浆料中约20秒来形成底漆层浆料，同时旋转并移动蜡模，以使底漆层浆料的均匀度最大化。然后将其上包含底漆层浆料的蜡模暴露于50×100目锆石颗粒流化床，将底漆层灰墁沉积到湿的底漆层浆料上。然后将包含底漆层灰墁的蜡模在21摄氏度下干燥约2小时。
之后，将包含干燥底漆层的蜡模涂覆“中间层”，涂覆方式基本上与底漆层相同，不同的是采用中间浆料和灰墁层并将其干燥。使用50×100目熔融二氧化硅颗粒流化床形成中间灰墁层。中间浆料的组分可与初级浆料相同或不同。
然后使用与初级层和中间层的技术基本上相同的技术用第一支撑层和第二支撑层涂覆所得模型，不同之处在于使用支撑浆料层和支撑灰墁层。使用30×50目熔融二氧化硅颗粒的流化床形成支撑灰墁层。支撑浆料的组分可与初级浆料和中间浆料相同或不同。最后，通过将其再次浸入到第二支撑浆料中并干燥来用密封层涂覆具有足够厚的第一支撑层和第二支撑层的模型。最终熔模铸造模具不含蜡模，经过焙烧并用于测试和/或制备最终熔模铸造部件。
按照上述方法制备的实施例和比较例熔模铸造模具的特征在于具有“生坯”状态和/或焙烧后状态。
粘度测量方法
使用配备直径40mm的平行板夹具的AR G2应力受控的流变仪(特拉华州纽卡斯尔的TA仪器公司(TA Instruments,New Castle,DE))测量浆料的粘度和剪切应力数据。使用1mm的间隙和23℃的操作温度进行测量。
使用连续流剪切速率扫描测试浆料。执行测试时采用10-3s-1至100s-1的递增剪切速率，然后采用低至10-3s-1的递减剪切速率。各种浆料的屈服应力的测定方法为：绘制作为递增剪切速率总应变的函数的剪切应力，鉴别沿曲线图的流体状和固体状行为，拟合各个状态的幂次定律，然后测定这些拟合结果之间交点处的剪切应力。流动初始时的粘度也基于首次达到屈服应力时所测得的粘度进行测定。
测定弯曲强度的方法
为了制备强度测试样本，用1英寸×0.25英寸×13英寸(2.54cm×0.64cm×33cm)的标准不锈钢条覆盖有熔模铸造壳体，该熔模铸造壳体以如上述制备熔模铸造模具的方式相同的方式由实施例和比较例中所用的浆料制得。在涂覆熔模铸造壳体之前，钢条首先涂覆蜡(庄臣公司的糊状蜡，可从威斯康星州拉辛的庄臣公司(S.C.Johnson&Sons,Inc.,Racine,WI)商购获得)。所得的壳体与钢板分离开来并用于弯曲强度测试。使用每分钟0.05英寸(0.13cm)的十字头速度以及2英寸(5cm)的跨距使用通用试验机(SSTM-1型，购自加利福尼亚州亨廷顿比奇的联合试验机公司(United Test Machine of Huntington Beach,CA))测试壳体样本的强度。测量沿破碎处的六个位置处(破碎处的每侧各三个位置)测量的测试样本在破碎处的厚度，并对测量结果进行平均。测量两次宽度，并对测量结果进行平均。报告的强度测试数据为实施例和各个比较例熔模铸造模具组分的24个测试样本的平均值。实施例样本的强度数据与对应的比较例样本一起完成。测定强度测试数据，例如破裂模量(MOR)、弹性模量(MOE)和破坏载荷。在各种环境条件下对生坯和焙烧态样本进行强度测试。
渗透性和破裂测试方法
对于该测试，通过使用根据实施例和比较例制备的浆料在聚氯乙烯(PVC)方案40冷管件上构建壳体来制备样本。PVC管的内径为0.75英寸(1.09cm)，外径为1.05英寸(2.77cm)，长13英寸(33cm)。管首先涂覆蜡(庄臣公司的糊状蜡)。形成壳体后，将所得的样本切割为长6英寸(15.2cm)的部分以进行测试。使用下述文献所述方法进行渗透性和破裂测试：Snyder,B.and Snow,J.“A New Combination Shell Strength and PermeabilityTest,”in the 51st Annual Technical Meeting of the Investment CastingInstitute,2003,p.11:1-25(Snyder,B.和Snow,J.，“新型组合壳体强度和渗透性测试”，发表于第51届熔模铸造学会技术年会，2003年，第11章第1-25页(熔模铸造学会出版)。测试实施例和比较例的十个区段(即，样本)。
比较例1(CE-1)
使用上述用于制备熔模铸造模具的一般方法制备CE-1熔模铸造模具。用于制备CE-1熔模铸造模具的底漆层、中间层、支撑层和密封浆料层的组分均相同，并且使用上述制备底漆浆料、中间浆料和支撑浆料的一般方法，通过混合13,705g WDS Ii二氧化硅粉末、4516g NALCO 1130、934g DI水、498g Minco HP胶乳粘结剂和21g NALCO2305来制备浆料。
用底漆层涂覆蜡模，该底漆层包含底漆层浆料的初始涂层，并进一步用锆石的底漆层灰墁涂覆该底漆层浆料。通过将蜡模浸入底漆浆料中约20秒来形成底漆层浆料，同时旋转并移动蜡模，以使底漆层浆料的均匀度最大化。然后通过将在其上具有底漆层浆料的蜡模暴露于降雨式磨砂机来将底漆层灰墁沉积到湿的底漆层浆料上以用于施加锆石灰墁。然后将包含底漆层灰墁的蜡模在21摄氏度下干燥约2小时。
之后，将具有干燥底漆层的蜡模用WDSII浆料层涂覆，然后用灰墁层涂覆，该灰墁层使用50×100目熔融二氧化硅颗粒的流化床进行施加。这具有中间层。
然后将WDSII浆料的支撑层涂覆到中间层上。将30×50目灰墁施加到该支撑层以形成第一支撑层。然后将与该支撑层具有相同组分的第二支撑层和第三支撑层施加到该支撑层。
比较例2(CE-2)
使用上述用于制备熔模铸造模具的一般方法制备CE-2熔模铸造模具。除了支撑层之外，CE-2以与如上所述的CE-1相同的方式制备。
如上所述，通过用将13500g Min-Sil 120F熔融二氧化硅粉、45g BENTONE EW、6724g NALCO 1130、952g DI水、328g苯乙烯-丁二烯胶乳粘结剂和60g RHEOLATE 475流变学添加剂(触变剂)混合，以如上文所述用于制备底漆浆料、中间浆料和支撑浆料的一般方法，制备CE-2支撑层浆料。施加支撑层，然后施加30X50目熔融二氧化硅灰墁层。
最后，在将所得的CE-2模具干燥18-24小时后，将密封层施加至模具(也称为覆盖层)。密封层浆料的组分与底漆层/中间层相同。
实施例1(EX-1)
除了支撑层之外，使用用于制备熔模铸造模具的一般方法以与上述CE-1和CE-2相同的方式制备EX-1熔模铸造模具。
为了制备EX-1模具，将第一支撑层涂覆到中间层上。通过混合14623g Min-Sil120F熔融二氧化硅粉、49g BENTONE EW、8011g NALCO 1130、1135g Di水、390g苯乙烯-丁二烯胶乳粘结剂和65g RHEOLATE 475流变学添加剂(触变剂)来制备第一支撑层浆料。
之后为30X50目熔融二氧化硅灰墁层。
然后将第二支撑层涂布到第一支撑层上。通过混合13500g Min-Sil120F熔融二氧化硅粉、45g BENTONE EW、6724g NALCO 1130、952g DI水、328g苯乙烯丁二烯胶乳粘结剂和60g RHEOLATE 475流变学添加剂(触变剂)来制备第二支撑层。之后为30X50熔融二氧化硅灰墁层。
最后，在将所得EX-1模具干燥18-24小时后，将密封层施加到模具(也称为覆盖涂层)。密封层浆料的组分与上面的第二支撑层相同。
第一支撑层和第二支撑层的胶乳、胶态组分和固体的百分比在下表1中示出。
表1
第一支撑层 第二支撑层
胶乳％ 4.1 4.1
胶态％ 25 25
固体％ 60 63
CE-1、CE-2和EX-1制剂用于制备足够数量的模具以用于在如下所述的各种测试条件下进行渗透性、破裂和强度测试。从密封浸涂施用到渗透性/破裂/绿色MOR和热湿MOR的最终干燥时间为18小时。
使用上述程序执行样本制备和测试。获得的测试结果如下所述。
壳体渗透性和破裂强度
用于强度测试和渗透性测试的CE-1、CE-2和EX-1用于确定针对每种制剂构建的壳体的厚度。下表2汇总了使用上述方法获得的CE-1、CE-2和EX-3的渗透性和最大切向环向应力。
表2
Figure BDA0002022607510000241
壳体厚度
将壳体熔模铸造在平坦的1”×14”(2.5cm×36cm)不锈钢棒和3/4”(1.9cm)PVC管上。记录MOR壳体样本厚度并将其示于表3中，其中EX-1壳体大约比CE-2壳体薄20％。
表3
实施例 壳体厚度(cm) 95％标准误差(cm)
CE-1 0.61 .02
CE-2 0.73 .03
EX-1 0.72 .04
管道壳体厚度在下表4中示出，其中PVC模型再次展示与MOR基底在上面所展示的类似的壳体厚度减小。
表4
实施例 壳体厚度(cm) 2×95％标准误差(cm)
CE-1 0.64 .02
CE-2 0.69 .02
EX-1 0.76 .03
绿色壳体特性
使用上述方法在未焙烧/绿色状态下测试壳体样本。表5展示，在绿色(未焙烧、仅干燥)状态下，CE-2壳体和EX-1壳体具有类似的强度。表5包括在绿色状态下的模具的破裂模量(MOR)、弹性模量(MOE)和破坏载荷的数据，每组24个样品。CE-2壳体和EX-1壳体之间在绿色状态下的刚度非常相似。此外，对于EX-1模具而言壳体失效所需的载荷比对于CE-2模具而言壳体失效所需的载荷低。
表5
Figure BDA0002022607510000251
热/湿壳体测试
然后在沸腾15分钟后，使用上述方法测试壳体样本“热/湿”。下表6示出了热/湿测试下模具的MOR、MOE和破坏载荷。表6示出了EX-1模具在该热湿状态下相当大的64％的强度增加。
表6
Figure BDA0002022607510000252
经焙烧的冷壳体特性
在将MOR棒壳样本焙烧至2000°F保持2小时并允许炉冷却后估计敲除类型特性。
下表7汇总了使用上述方法获得的CE-1、CE-2和EX-1的经焙烧的(在冷却至室温后)强度测试数据。
表7
Figure BDA0002022607510000261
经焙烧的热壳体特性
下表8汇总了使用上述方法制备的CE-1、CE-2和EX-1的经焙烧的(以及趁热测试的)强度测试数据。在2000°F下焙烧模具两小时并且仍然趁热破碎之后测试壳体强度。
表8
Figure BDA0002022607510000262
粘度
使用如上所述的测试方法来测量第一支撑浆料和第二支撑浆料的粘度，并且结果示于图5。流动初始时的粘度也基于首次达到屈服应力时所测得的粘度进行测定。第一支撑浆料和第二支撑浆料在流动初始时的粘度分别被确定为8608cP和20,236cP。
示例性实施方案包括如下：
实施方案1.一种制备熔模铸造模具的方法，包括：
用底漆层涂覆牺牲模型，所述底漆层包含第一耐火浆料和第一耐火灰墁；
使所述底漆层至少部分地硬化；
用中间层涂覆所述底漆层，所述中间层包含第二耐火浆料和第二耐火灰墁；
使所述中间层至少部分地硬化；
用第一支撑层涂覆所述中间层，所述第一支撑层包含第一触变剂，所述支撑第一触变剂包含第一聚合物乳液；
用第二支撑层涂覆所述第一支撑层，所述第二支撑层包含第二触变剂，所述第二触变剂包含第二聚合物乳液；以及
使所述第一支撑层和所述第二支撑层至少部分地硬化。
实施方案2.根据实施方案1所述的方法，其中使所述第一支撑层和所述第二支撑层至少部分地硬化包括：
在用所述第二支撑层涂覆所述第一支撑层之前，使所述第一支撑层至少部分地硬化；以及
使所述第二支撑层至少部分地硬化。
实施方案3.根据实施方案1至2中任一项所述的方法，还包括用密封层涂覆所述第二支撑层。
实施方案4.根据实施方案3所述的方法，其中所述密封层包含熔融二氧化硅、铝硅酸盐、锆石或氧化铝中的至少一种。
实施方案5.根据实施方案1至4中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层还包含耐火灰墁，所述耐火灰墁包含熔融二氧化硅、铝硅酸盐、锆石或氧化铝中的至少一种。
实施方案6.根据实施方案1至5中任一项所述的方法，其中所述第二支撑层还包含耐火灰墁，所述耐火灰墁包含熔融二氧化硅、铝硅酸盐、锆石或氧化铝中的至少一种。
实施方案7.根据实施方案1至6中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层的所述第一触变剂的所述聚合物乳液包含水性乳液。
实施方案8.根据实施方案1至7中任一项所述的方法，其中所述第二支撑层的所述第二触变剂的所述聚合物乳液包含水性乳液。
实施方案9.根据实施方案1至8中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层的所述第一触变剂的所述聚合物乳液包含碱性可溶胀聚合物。
实施方案10.根据实施方案1至9中任一项所述的方法，其中所述第二支撑层的所述第二触变剂的所述聚合物乳液包含碱性可溶胀聚合物。
实施方案11.根据实施方案1至10中任一项所述的方法，其中基于所述第一支撑层的总重量计，所述第一聚合物乳液的存在量为在0.07重量％至0.75重量％的范围内。
实施方案12.根据实施方案1至11中任一项所述的方法，其中基于所述第二支撑层的总重量计，所述第二聚合物乳液的存在量为在0.07重量％至0.75重量％的范围内。
实施方案13.根据实施方案1至12中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层和第二支撑层还包含：
耐火材料；
粘结剂；和
溶剂。
实施方案14.根据实施方案13所述的方法，其中基于组分的总重量计，所述第一支撑层和所述第二支撑层中的每个包含的总固体含量为在50重量％至80重量％的范围内。
实施方案15.根据实施方案1至14中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层和所述第二支撑层中的每个在流动初始时具有的粘度为至少50泊且不大于12,000泊。
实施方案16.根据实施方案1至15中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层在流动初始时具有第一粘度，并且所述第二支撑层在流动初始时具有第二粘度，其中所述第一粘度小于所述第二粘度。
实施方案17.根据实施方案16所述的方法，其中所述第一粘度等于所述第二粘度的至少0.1倍并且不大于所述第二粘度的0.7倍。
实施方案18.根据实施方案1至17中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层在流动初始时具有第一屈服应力，并且所述第二支撑层在流动初始时具有第二屈服应力，其中所述第一屈服应力小于所述第二屈服应力。
实施方案19.根据实施方案1至18中任一项所述的方法，其中如ASTM C674-88(2006)所测量的，所述熔模铸造模具在完全硬化后具有的非烧结破裂模量为在250psi至700psi的范围内。
上述的所有专利和专利申请均由本文明确以引用方式并入。尽管本文已参照具体实施方案描述了本发明，但应当理解，这些实施方案仅仅例示了本发明的原理和应用。对于本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可对本发明的方法和仪器作出各种修改和变型。因此，本发明旨在包括在以下权利要求书及其等同形式的范围内的修改和变型。

Claims (16)

1.一种制备熔模铸造模具的方法，包括：
用底漆层涂覆牺牲模型，所述底漆层包含第一耐火浆料和第一耐火灰墁；
使所述底漆层至少部分地硬化；
用中间层涂覆所述底漆层，所述中间层包含第二耐火浆料和第二耐火灰墁；
使所述中间层至少部分地硬化；
用第一支撑层涂覆所述中间层，所述第一支撑层包含第一触变剂，所述第一触变剂包含第一聚合物乳液；
用第二支撑层涂覆所述第一支撑层，所述第二支撑层包含第二触变剂，所述第二触变剂包含第二聚合物乳液；以及
使所述第一支撑层和所述第二支撑层至少部分地硬化；
其中所述第一支撑层在流动初始时具有第一屈服应力，并且所述第二支撑层在流动初始时具有第二屈服应力，其中所述第一屈服应力小于所述第二屈服应力；并且
其中所述第一支撑层在流动初始时具有第一粘度，并且所述第二支撑层在流动初始时具有第二粘度，其中所述第一粘度为所述第二粘度的至少0.1倍，且不大于所述第二粘度的0.7倍。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使所述第一支撑层和所述第二支撑层至少部分地硬化包括：
在用所述第二支撑层涂覆所述第一支撑层之前，使所述第一支撑层至少部分地硬化；以及
使所述第二支撑层至少部分地硬化。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括用密封层涂覆所述第二支撑层。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述密封层包含熔融二氧化硅、铝硅酸盐、锆石或氧化铝中的至少一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层还包含耐火灰墁，所述耐火灰墁包含熔融二氧化硅、铝硅酸盐、锆石或氧化铝中的至少一种。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第二支撑层还包含耐火灰墁，所述耐火灰墁包含熔融二氧化硅、铝硅酸盐、锆石或氧化铝中的至少一种。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层的所述第一触变剂的所述聚合物乳液包含水性乳液。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第二支撑层的所述第二触变剂的所述聚合物乳液包含水性乳液。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层的所述第一触变剂的所述聚合物乳液包含碱性可溶胀聚合物。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第二支撑层的所述第二触变剂的所述聚合物乳液包含碱性可溶胀聚合物。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中基于所述第一支撑层的总重量计，所述第一聚合物乳液的存在量为在0.07重量％至0.75重量％的范围内。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中基于所述第二支撑层的总重量计，所述第二聚合物乳液的存在量为在0.07重量％至0.75重量％的范围内。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层和所述第二支撑层还包含：
耐火材料；
粘结剂；和
溶剂。
14.根据权利要求13所述的方法，其中基于组分的总重量计，所述第一支撑层和所述第二支撑层中的每个包含的总固体含量为在50重量％至80重量％的范围内。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一支撑层和所述第二支撑层中的每个在流动初始时具有的粘度为至少50泊且不大于12,000泊。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中如利用ASTMC674-88(2006)所测量的，所述熔模铸造模具在完全硬化后具有的非烧结破裂模量为在1724kPa(250psi)至4826kPa(700psi)的范围内。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018071287A1 (en) 2016-10-10 2018-04-19 3M Innovative Properties Company Method of making investment casting mold
FR3071423B1 (fr) 2017-09-22 2019-10-18 Safran Barbotine de fonderie
FR3084894B1 (fr) * 2018-08-07 2022-01-21 Commissariat Energie Atomique Revetement ceramique pour noyau de fonderie
CN113857423B (zh) * 2021-08-31 2023-09-08 宝鸡昆吾创新技术有限公司 一种铸造用粘接剂及其制备方法

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3165799A (en) 1961-10-17 1965-01-19 Prec Metalsmiths Inc Process and slurry formulation for making precision casting shells
US3081519A (en) 1962-01-31 1963-03-19 Fibrillated strand
US3367393A (en) * 1964-09-04 1968-02-06 Howe Sound Co Thermally insulated shell mold and method for making same
US3467744A (en) 1968-10-15 1969-09-16 Du Pont Process for flash spinning polypropylene plexifilament
US3903950A (en) 1973-12-26 1975-09-09 Howmet Corp Sandwich structure mold
US4138381A (en) 1975-04-14 1979-02-06 E. I. Du Pont De Nemours And Company Polymeric thickeners, processes for their preparation and uses thereof
CA1035539A (en) * 1975-09-26 1978-08-01 Her Majesty In Right Of Canada As Represented By The Minister Of Energy, Mines And Resources Method of forming foundry moulds
US4226754A (en) 1978-06-08 1980-10-07 Nl Industries, Inc. Synthetic polymer
CA1188043A (en) 1978-12-29 1985-05-28 Ching-Jen Chang Methacrylic acid emulsion copolymers for thickening purposes
US4384096A (en) 1979-08-27 1983-05-17 The Dow Chemical Company Liquid emulsion polymers useful as pH responsive thickeners for aqueous systems
US4421902A (en) 1982-09-30 1983-12-20 Rohm And Haas Company Alkyl, poly(oxyethylene) poly(carbonyloxyethylene) acrylate emulsion copolymers for thickening purposes
DE3404537A1 (de) 1984-02-09 1985-08-14 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Waessrige funktionsfluessigkeiten auf der basis von polymeren
US5021213A (en) 1989-06-22 1991-06-04 Nkk Corporation Method of casting powder
US5824730A (en) 1993-08-13 1998-10-20 Remet Corporation Fast processing water based binder system
US6069217A (en) 1997-03-07 2000-05-30 Rheox, Inc. Urethane-acrylic copolymer thickening compositions for aqueous systems
US5975188A (en) * 1997-10-30 1999-11-02 Howmet Research Corporation Method of casting with improved detectability of subsurface inclusions
ATE299058T1 (de) 2000-03-17 2005-07-15 Daniel James Duffey Form zum feingiessen
GB2350810B (en) 2000-03-17 2001-04-25 Daniel James Duffey Improvements in and relating to investment casting
US7048034B2 (en) 2000-11-10 2006-05-23 Buntrock Industries, Inc. Investment casting mold and method of manufacture
US7004230B2 (en) 2000-11-10 2006-02-28 Buntrock Industries, Inc. Investment casting shells and compositions including rice hull ash
US6814131B2 (en) 2000-11-10 2004-11-09 Buntrock Industries, Inc. Investment casting mold and method of manufacture
US6582197B2 (en) * 2001-02-22 2003-06-24 Simon E. Coulson Method of investment casting with casting identification
US6845811B2 (en) 2002-05-15 2005-01-25 Howmet Research Corporation Reinforced shell mold and method
US8235092B2 (en) * 2007-01-30 2012-08-07 Minop Co. Insulated investment casting mold and method of making
CN101811174B (zh) 2010-04-30 2011-11-23 哈尔滨工业大学 一种用于高温钛合金熔模铸造的面层型壳制备方法
US9227241B2 (en) 2010-12-08 2016-01-05 Nalco Company Investment casting shells having an organic component
US8932518B2 (en) * 2012-02-29 2015-01-13 General Electric Company Mold and facecoat compositions
WO2015168233A1 (en) 2014-05-02 2015-11-05 3M Innovative Properties Company Investment casting compositions, molds, and related methods
WO2018071287A1 (en) 2016-10-10 2018-04-19 3M Innovative Properties Company Method of making investment casting mold
WO2018085560A1 (en) 2016-11-03 2018-05-11 3M Innovative Properties Company Investment casting compositions, molds, and related methods
WO2019016741A1 (en) 2017-07-20 2019-01-24 3M Innovative Properties Company LOST WAX MOLDING COMPOSITIONS, MOLDS, AND RELATED METHODS

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