DE102010012907B4

DE102010012907B4 - Zerfallbare Form und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102010012907B4
Application number: DE102010012907.0A
Authority: DE
Inventors: Chitoshi Hayashi; Tomoaki Ishikuro; Taro Yamazaki; Mitsuru Wakisaka; Tatsunori Sakai; Masaya Nomura
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2030-03-27
Also published as: CN101844206B; JP2010227977A; US20100247700A1; CN101844206A; DE102010012907A1; JP5632136B2; US8002017B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer zerfallbaren Form, wobei die zerfallbare Form ein Salzkern ist und 5 bis 75 Gew.-% Kalziumoxid oder Magnesiumoxid oder einer Mischung davon enthält, wobei das Verfahren umfasst: – Schmelzen und Herstellen einer den Salzkern ausbildenden Formzusammensetzung enthaltend Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Kalziumhydroxid, Magnesiumhydroxid oder eine Kombination davon, – Gießen des Salzkerns aus der Formenzusammensetzung, und – in Kontakt bringen des Salzkerns mit Kohlendioxid, wobei der Salzkern mit Kohlendioxid mit einem Partialdruck von nicht weniger als 507 Pa in Kontakt gebracht wird, während die Temperatur des Salzkerns bei 300°C oder mehr gehalten wird, um in einer Oberflächenschicht ein als Schutzfilm wirkendes Kalziumkarbonat und/oder Magnesiumkarbonat auszubilden, um eine Absorption von Feuchtigkeit zu verhindern.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer zerfallbaren Form und eine durch die Verfahren hergestellte zerfallbare Form.
2. Beschreibung der einschlägigen Technik
Für den Pressguss wurden vordem verschiedene Techniken entwickelt, um ein Produkt mit einem Einstich zu gießen, bei dem ein zerfallbarer Kern, der vorwiegend Sand oder Salz enthält, verwendet wird, um das Produkt zu gießen, und der dann nach dem Gießen aufgelöst und entfernt wird. Zu Zwecken der Verbesserung der Zerfallfähigkeit des Kerns ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine bei Umsetzen mit Wasser aufquellende Erdalkalimetall-Verbindung zu einem Material für einen Kern gegeben wird, das vorwiegend einen wasserlöslichen Bestandteil wie ein Salz enthält (siehe z. B. JP 2006-7234 A ). Der durch Mischen von gelöschtem Kalk (Kalziumhydroxid), gebranntem Kalk (Kalziumoxid) oder dergleichen als die Erdalkalimetall-Verbindung hergestellte Kern muss jedoch in einem Feuchtigkeit-kontrollierten Behälter gelagert werden. Dies geschieht, da ein durch thermisches Zersetzen der Erdalkalimetall-Verbindung entstehendes Erdalkalimetalloxid Feuchtigkeit der Atmosphäre absorbiert und deshalb nach dem Formen aufquillt. Zudem wird der Kern selbst bei Lagerung des Kerns in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit unvermeidlich Feuchtigkeit absorbieren und aufquellen. Aus diesem Grund kann der Kern nicht für lange Zeit gelagert werden. Hat der Kern außerdem einmal Feuchtigkeit absorbiert und ist aufgequollen, so besteht ein Problem dergestalt, dass er eine so raue Oberfläche besitzt, dass zum Zeitpunkt des Gießens eine gute Gussoberfläche nicht erhalten werden kann. Darüber hinaus bestehen bei einem solchen Kern auch andere Probleme, wie verminderte Festigkeit und das Verursachen von Porosität in einem Gussteil aufgrund des Wiederaustretens von Feuchtigkeit zum Zeitpunkt des Gießens.
Außerdem werden Investmentgussverfahren, die Formen mit Keramikkokillen und Formen mit Feststoffen umfassen, für einen Feinguss oder einen Glasguss (im Folgenden als Wachsausschmelzform bezeichnet) verwendet. Eines der entwickelten Verfahren zur Herstellung einer Form für den Investmentguss umfasst das Formen unter Verwendung einer Wachskopie eines Originalmodells (im Folgenden als Wachsausschmelzmodell bezeichnet), eine Kalziumkarbonat als einen feuerfesten Stoff enthaltende Formzusammensetzung, das Schmelzen in der Form und Auslaufenlassen des Wachsmodells (Ausschmelzen) und Brennen der sich ergebenden Formzusammensetzung (Grünform) bei einer Temperatur von nicht weniger als der Zersetzungstemperatur des Kalziumkarbonats. Wenn die durch dieses Verfahren hergestellte Form verwendet wird, kann in der Form enthaltenes Kalziumoxid abgelöscht und dann durch Eintauchen der Form in Wasser oder dem Stehenlassen der Form an der Luft nach dem Gießen in Kalziumhydroxid umgewandelt werden. Die Form zerfällt zu diesem Zeitpunkt durch eine Zunahme des Formvolumens selbst und vereinfacht hierdurch das Entfernen der Form von dem Gussteil.
Zusätzlich wurde ein Verfahren zur Herstellung einer Form mit guter Luftpermeabilität entwickelt, welches auf den Punkt abstellt, wo Kalziumkarbonat durch das thermische Zersetzen zum Zeitpunkt des Brennens porös wird. Es gibt zum Beispiel ein Verfahren zur Herstellung einer Wachsausschmelzform, welches umfasst: Anfertigen einer nicht weniger als 10 Gew.-% Kalziumkarbonat enthaltenden Form, und, nach einem Prozess des Entwachsens, Umwandeln eines Teils des Kalziumkarbonats in Kalziumoxid durch Brennen der Form bei einer Temperatur von nicht weniger als 850°C (siehe z. B. JP 49-2655 B ). Außerdem ist ein Verfahren zum Herstellen einer Wachsausschmelzform bekannt, bei dem fossile Muscheln als eine Kalziumkarbonatquelle verwendet werden (siehe z. B. JP 6-36954 B ). Da als Kalziumkarbonatquelle fossile Muscheln verwendet werden, kann eine Form mit guter Zerfallfähigkeit erhalten werden, selbst wenn die Form bei einer Brenntemperatur von so wenig wie 760°C gebrannt wird.
Weiter ist ein Herstellungsverfahren bekannt, welches eine Mischung aus Kalziumkarbonat oder Kalziumkarbonat und einem feuerfesten Stoff als Füllmittel und Kolloid-Kieselerde als Bindemittel verwendet (siehe z. B. JP 3-281030 A ). Gemäß diesem Verfahren wird das Festwerden einer aus der Mischung des Kalziumkarbonats oder des Kalziumkarbonates mit einem feuerfesten Stoff hergestellten Aufschlämmung für eine lange Zeitspanne verhindert. Dies erleichtert das Abformen einer Form und bedingt gleichzeitig die Zerfallfähigkeit nach dem Gießen. Weiterhin ist ein Herstellungsverfahren, das ein Stuckmaterial gemischt mit 10 bis 80 Gew.-% Kalziumkarbonat verwendet (siehe z. B. JP 5-104199 ) und ein Verfahren zur Herstellung einer Form mit guter Zerfallfähigkeit bekannt, welches Kalziumkarbonat in einem Teil einer Schicht aus einem feuerfesten Stoff verwendet (siehe z. B. JP 6-15407 A ).
Jedoch besteht bei den durch diese Verfahren hergestellten Formen ein Problem dahingehend, das die Form aufquillt, da das Kalziumoxid, das durch thermische Zersetzung des Kalziumkarbonats während des Brennens der Form entsteht, Feuchtigkeit in der Atmosphäre absorbiert und sich dann in Kalziumhydroxid umwandelt. Wenn die Form aufquillt, nimmt die Oberflächenrauhigkeit zu, nimmt die Maßhaltigkeit der Oberfläche ab und in einigen Fällen treten Risse auf. Zudem wird die in der Form absorbierte Feuchtigkeit nicht von der Form losgelöst, sofern die Form nicht auf eine Temperatur von nicht weniger als 580°C erhitzt wird. Solange die Form vor dem Gießprozess nicht auf oder über diese Temperatur erhitzt wird, wird deshalb die Feuchtigkeit durch die Hitze von geschmolzenem Metall zum Zeitpunkt des Gießens losgelöst werden und deshalb in einigen Fällen Porositäten verursachen. Entsprechend muss die Form zum Gießen unmittelbar nach dem Brennen verwendet oder unter ausreichender Kontrolle der Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Darüber hinaus kann die Form nicht für eine lange Zeit gelagert werden, da die Form zwangsläufig Feuchtigkeit absorbiert und selbst in einer Umgebung mit geringer Luftfeuchtigkeit aufquillt.
Zwischenzeitlich ist eine Technik bekannt, um zu verhindern, dass eine Form aufgrund der Absorption von Feuchtigkeit in der Atmosphäre aus sich selbst heraus zerfällt, indem eine Kalziumkarbonat enthaltende Sicherungsdeckschicht zwischen der äußersten Oberflächendeckschicht und einer mit geschmolzenem Metall in Kontakt tretenden Kontaktdeckschicht angeordnet wird (siehe z. B. JP 2763970 B ). Da jedoch sowohl die äußerste Oberflächendeckschicht als auch die Kontaktdeckschicht für Luft durchlässig sind, wird die Feuchtigkeitsabsorption durch die Form nicht ausreichend unterdrückt.
DE 19 24 991 C3 betrifft wasserlösliche Salzkerne, die bis zu 10% Borax, Magnesiumoxid oder Talkum einzeln oder als Gemisch enthalten und durch Verdichten der Salze unter Druck und anschließendem Sintern hergestellt werden, wobei die Salzkerne einen Zusatz von 0,5 bis 2% Wasserglas aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der zuvor genannten Probleme gemacht. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine zerfallbare Form bereit zu stellen, die extrem geringe Feuchtigkeitsabsorptions-Eigenschaften aufweist und dadurch eine Änderung ihrer Oberflächeneigenschaften durch Absorption von Feuchtigkeit und Aufquellen verhindert, und die für eine lange Zeit lagerfähig ist, ohne dass Feuchtigkeitsabsorption und Aufquellen auftreten. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für die zerfallbare Form bereit zu stellen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die zuvor beschriebenen Probleme zu adressieren.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Gegenstand der beigefügten unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten abhängigen Ansprüchen.
In einem ersten Aspekt wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer zerfallbaren Form, wobei die zerfallbare Form ein Salzkern ist und 5 bis 75 Gew.-% Kalziumoxid oder Magnesiumoxid oder einer Mischung davon enthält, wobei das Verfahren umfasst:

– Schmelzen und Herstellen einer den Salzkern ausbildenden Formzusammensetzung enthaltend Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Kalziumhydroxid, Magnesiumhydroxid oder eine Kombination davon,
– Gießen des Salzkerns aus der Formenzusammensetzung, und
– in Kontakt bringen des Salzkerns mit Kohlendioxid,

In einer Ausführungsform des ersten Aspektes ist vorgesehen, dass die Formzusammensetzung einen feuerfesten Stoff umfasst.
In einem zweiten Aspekt wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer zerfallbaren Form, wobei die zerfallbare Form eine Wachsausschmelzform ist und 5 bis 75 Gew.-% Kalziumoxid oder Magnesiumoxid oder einer Mischung davon enthält, wobei das Verfahren umfasst:

– Herstellen einer Formzusammensetzung aus einem Material enthaltend Kalziumkarbonat, Magnesiumkarbonat oder eine Kombination davon,
– Formen der Formzusammensetzung,
– Brennen der Form, und
– In Kontakt bringen der Form mit Kohlendioxid,

In einer Ausführungsform des zweiten Aspektes ist vorgesehen, dass die Formzusammensetzung einen feuerfesten Stoff und ein Bindemittel umfasst.
In einer Ausführungsform des ersten und des zweiten Aspektes ist vorgesehen, dass der Kohlendioxidpartialdruck 20265 Pa bis 50663 Pa beträgt.
In einem dritten Aspekt wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst durch eine zerfallbare Form, hergestellt durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nach dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung.
In einem vierten Aspekt wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst durch eine zerfallbare Form, die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nach dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellt ist, umfassend 5 bis 75 Gew.-% Kalziumoxid, Magnesiumoxid oder einer Kombination davon, wobei das Kalziumoxid und das Magnesiumoxid in einer Oberflächenschicht davon in Kalziumkarbonat bzw. Magnesiumkarbonat umgewandelt ist.
Bei der zerfallbaren Form gemäß der Erfindung werden das Kalziumoxid und das Magnesiumoxid in deren Oberflächenschicht zu Kalziumkarbonat bzw. Magnesiumkarbonat umgewandelt. Die Oberflächenschicht der zerfallbaren Form bezieht sich auf einen Bereich eines Oberflächenteils der zerfallbaren Form, wobei der Bereich eine Tiefe von 1 bis 50 μm, oder weniger, von der Oberfläche der zerfallbaren Form aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine zerfallbare Form bereit zu stellen, die in der Lage ist, ihre Feuchtigkeitsabsorptions-Eigenschaften zu unterdrücken, und die für eine längere Zeitspanne gelagert werden kann, und eine Verbesserung der Oberflächeneigenschaften eines Gussteils ermöglicht. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch ein Verfahren zur Herstellung der zerfallbaren Form bereitgestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1(a) bis 1(d) sind Diagramme zur Veranschaulichung eines Ablaufs zur Herstellung eines Kerns der vorliegenden Erfindung und der Verwendung des Kerns.
2 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der durch einen Kohlendioxidbehandlungsschritt bedingten Veränderungen einer Oberflächenschicht des zerfallbaren Kerns der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine detailliertere Beschreibung einer zerfallbaren Form und eines Verfahrens zu deren Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben, wie sie durch die unabhängigen Ansprüche definiert ist. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die unten beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
Das Verfahren zur Herstellung einer zerfallbaren Form gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer wenigstens Kalziumoxid oder Magnesiumoxid enthaltenden zerfallbaren Form. Das Verfahren umfasst einen Schritt, der die zerfallbare Form unmittelbar nach einem Schritt des Brennens oder einem Schritt des Gießens der zerfallbaren Form mit Kohlendioxid in Kontakt bringt.
Ausführungsform 1; Herstellungsverfahren eines Salzkerns
Im Folgenden wird eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung einer zerfallbaren Form gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die unabhängigen Ansprüche definiert ist, für einen Fall gegeben, in dem die zerfallbare Form ein Salzkern ist. Das Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns umfasst die folgenden Schritte: Schmelzen und Herstellen einer Formzusammensetzung; Gießen eines Salzkerns; und das in Kontaktbringen des Salzkerns mit Kohlendioxid. Ein Salzkern wird gegossen durch die Schritte des Schmelzens und Herstellens einer Formzusammensetzung; und Gießen der Formzusammensetzung.
Schmelzschritt und Herstellen der Formzusammensetzung
Bei dem Schritt des Schmelzens und des Herstellens einer Formzusammensetzung für einen Salzkern werden Materialien gemischt, die das zu schmelzende Salz, eine Erdalkalimetall-Verbindung und einen feuerfesten Stoff enthalten. Als Erdalkalimetall-Verbindung sind Kalziumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Kalziumoxid und Magnesiumoxid bevorzugt.
Als das Salz kann ein Salz wie bspw. Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Natriumkarbonat, Kalimkarbonat, Natriumnitrat, Kaliumnitrat oder eine Mischung davon verwendet werden. Das Salz wird so gemischt, dass es 60 bis 80 Vol.-% der Formzusammensetzung ausmacht. Das Salz wird geschmolzen durch Erhitzen des Salzes auf eine Temperatur von nicht weniger als eine zuvor gemessene Liquiduslinien-Temperatur von gemischtem Salz. Für das Schmelzen des Salzes kann ein Tiegel-Schmelzofen oder dergleichen verwendet werden. Die Erdalkalimetall-Verbindung, der feuerfeste Stoff und andere Bestandteile können vor dem Schmelzen des Salzes zugemischt werden. Die von der Erdalkalimetall-Verbindung verschiedenen Bestandteile können auch nach dem Schmelzen des Salzes gemischt werden.
Als die Erdalkalimetall-Verbindung kann ein oder eine Mischung von mindestens zwei von Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Kalziumhydroxid und Magnesiumhydroxid verwendet werden. Das Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Kalziumhydroxid und Magnesiumhydroxid werden der Formzusammensetzung so beigemischt, dass das nach der thermischen Zersetzung dieser Substanzen erzeugte Erdalkalimetalloxid 5 bis 20 Vol.-% der Formzusammensetzung ausmachen kann. Der Gehalt an Erdalkalimetall-Verbindung von weniger als 5 Vol.-% kann in einigen Fällen zu einer unzureichenden Zerfallfähigkeit führen. Andererseits kann der Gehalt der Erdalkalimetall-Verbindung von mehr als 20 Vol.-% manchmal das Entfernen des Kerns aus dem Inneren des Produktes erschweren, da das Ausmaß des Aufquellens des Kerns bei diesem Verhältnis signifikant ist.
Als der feuerfeste Stoff kann Mullit, Aluminiumoxid, Zirkon oder dergleichen verwendet werden. Der feuerfeste Stoff wird der Formzusammensetzung beigemischt, so dass die Summe des Gehaltes an feuerfestem Stoff und des der Erdalkalimetall-Verbindung 20 bis 40 Vol.-% der Formzusammensetzung betragen kann. Wenn die Summe des Gehaltes des feuerfesten Stoffes und des der Erdalkalimetall-Verbindung weniger als 20 Vol.-% beträgt, fehlt es dem Kern an Festigkeit und es kann sich in manchen Fällen eine Falte auf dessen Oberfläche bilden. Andererseits wird die Fluidität des geschmolzenen Salzes vermindert, wenn die Summe des Gehaltes an feuerfestem Stoff und des der Erdalkalimetall-Verbindung 40 Vol.-% überschreitet, was in einigen Fällen das Gießen des Kerns erschweren kann. Darüber hinaus kann als ein zusätzlicher Bestandteil Kupfer- oder Kupferlegierungspulver, Graphit und dergleichen der Formzusammensetzung beigemischt werden. Eine allgemein übliche Menge dieser zusätzlichen Bestandteile kann bestimmungsgemäß beigemischt werden, sofern eine solche Beimischung die Ziele und Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt. So kann zum Beispiel Graphit der Formzusammensetzung beigemischt werden, so dass die Summe des Gehalts des Graphits und jene, des feuerfesten Stoffs und der Erdalkalimetall-Verbindung 20 bis 40 Vol.-% der Formzusammensetzung betragen können.
Gießschritt
Beim Schritt des Gießens der Formzusammensetzung wird die in der zuvor beschriebenen Weise geschmolzene Formzusammensetzung (bezeichnet als 100 in 1) durch Gießen in eine Gussform wie z. B. metallische Formen (bezeichnet als 101 in 1) gegossen. Wenn die Formzusammensetzung erstarrt ist, wird das Formteil aus der Gussform entfernt. Der Gießschritt für den Salzkern endet mit den zuvor genannten Schritten (1, (a)).
Auf eine hohe Temperatur erhitzt zersetzt sich beim Gießschritt Kalziumhydroxid zu Kalziumoxid und Magnesiumhydroxid zersetzt sich zu Magnesiumoxid. Beispielsweise zersetzt sich Kalziumhydroxid zu Kalziumoxid bei 580°C und Magnesiumhydroxid zersetzt sich zu Magnesiumoxid zwischen 330 und 430°C. Entsprechend sind, sofern Kalziumhydroxid und Magnesiumhydroxid auf oder über die entsprechenden Zersetzungstemperaturen erhitzt werden, in dem Salzkern nach dem Gießen etwa 100% des Kalziumhydroxids zu Kalziumoxid zersetzt bzw. etwa 100% des Magnesiumhydroxids zu Magnesiumoxid zersetzt. Kalziumoxid und Magnesiumoxid absorbieren Feuchtigkeit und verursachen eine Volumenzunahme, wodurch die Form aus sich selbst heraus zerfallbar wird und ein einfaches Entfernen der Form von dem Gussteil erlaubt wird.
Kohlendioxidbehandlungsschritt
In dem Schritt, bei dem der Salzkern nach dem Gießen mit Kohlendioxid in Kontakt gebracht wird (im Folgenden Kohlendioxidbehandlungsschritt) (siehe 1(b)), wird eine Behandlung zum Reformieren der Oberflächenschicht des Salzkerns durchgeführt, indem der durch das zuvor beschriebene Gießen erhaltene Salzkern einer Kohlendioxid-haltigen Atmosphäre ausgesetzt wird (bezeichnet durch Bezugszeichen 103 in 1(b)), während der Salzkern bei der hohen Temperatur gehalten wird. Der Kohlendioxidbehandlungsschritt wird unmittelbar nach dem Gießschritt durchgeführt. Der gewählte Zeitpunkt unmittelbar nach dem Gießschritt bezeichnet die Zeitspanne, während der der Salzkern bei einer hohen Temperatur von nicht weniger als 300°C nach dem Gießschritt gehalten wird, das heißt, nachdem der erstarrte Salzkern aus der Gussform entfernt wird.
Nach dem Gießschritt wird der Kohlendioxidbehandlungsschritt bevorzugt durchgeführt, während der Salzkern eine Temperatur von nicht weniger als 300°C aufweist und wird bevorzugterweise durchgeführt, während der Salzkern eine Temperatur von 580 bis 650°C aufweist. Theoretisch wird der Kohlendioxidbehandlungsschritt bevorzugterweise durchgeführt, während der Salzkern eine Temperatur von nicht weniger als 580°C besitzt, bei der die Entstehung von Kalziumhydroxid in Folge der Absorption von Feuchtigkeit unmöglich ist, oder während der Salzkern eine Temperatur von nicht weniger als 330°C besitzt, bei der die Entstehung von Magnesiumhydroxid durch Absorption von Feuchtigkeit unmöglich ist. Praktisch ist jedoch selbst wenn die Temperatur unter 580°C fällt, die Temperatur von nicht weniger als 300°C immer noch ausreichend für die Reformierung der Oberflächenschicht des Salzkerns, solange der Kohlendioxidbehandlungsschritt unmittelbar nach dem Entfernen des Salzkerns aus der Gussform durchgeführt wird, d. h. bevor der Salzkern Feuchtigkeit in der Atmosphäre absorbiert. Dies wird aus der Tatsache gefolgert, dass die Temperatur von unter 580°C immer noch ausreicht, um Kalziumkarbonat und Magnesiumkarbonat zu bilden, solange der Kohlendioxidbehandlungsschritt durchgeführt wird, bevor die Adsorption von Feuchtigkeit in der Atmosphäre fortschreitet. Entsprechend kann, selbst wenn die Temperatur des Salzkerns unter 580°C beträgt, wenn der Salzkern aus der Gussform entfernt wird, der Salzkern dem Kohlendioxidbehandlungsschritt unterzogen werden, solange der Salzkern diesem Schritt vor der Absorption von Feuchtigkeit in der Luft zugeführt wird, beispielsweise innerhalb einer Minute nach dem Entfernen aus der Gussform. Selbst wenn Hydroxid während dieser Zeitspanne erzeugt wird, kann das Hydroxid während des später durchzuführenden Kohlendioxidbehandlungsschrittes karbonisiert werden.
Das mit dem Salzkern in Kontakt zu bringende Kohlendioxid kann auf Raumtemperatur eingestellt sein. Alternativ kann das Kohlendioxid eine Temperatur von nicht weniger als den Taupunkt seiner Atmosphäre aufweisen. Wenn das Kohlendioxid eine Temperatur von weniger als den Taupunkt seiner Atmosphäre aufweist, kann das Kohlendioxid in einigen Fällen Feuchtigkeit enthalten. Bevorzugterweise wird der Kohlendioxidbehandlungsschritt für etwa eine Stunde durchgeführt. Der Salzkern wird auf natürlichem Wege auf die Temperatur des Kohlendioxids abgekühlt, während er mit dem Kohlendioxid in Kontakt ist.
Bei dem Kohlendioxidbehandlungsschritt kann anstelle von Kohlendioxid ein durch Mischen von trockenem Stickstoff oder dergleichen mit Kohlendioxid erhaltenes Gas verwendet werden. Das Kohlendioxid wird eingespritzt und in eine hitzebeständige Glovebox gefüllt (bezeichnet mit Bezugszeichen 102 in 1B). Ein Partialdruck des mit dem Salzkern in Kontakt zu bringenden Kohlendioxids beträgt nicht weniger als 507 Pa und bevorzugterweise 20265 Pa bis 50663 Pa. Wenn der Partialdruck des Kohlendioxids unter 507 Pa ist, kann die Oberflächenschicht des Salzkerns in einigen Fällen nicht ausreichend durch das Kohlendioxid reformiert werden. Umgekehrt kann, wenn der Partialdruck des Kohlendioxids mehr als 50663 Pa beträgt, in einigen Fällen eine überschüssige Menge an Kohlendioxid in die Atmosphäre entweichen.
Gemäß dem Kohlendioxidbehandlungsschritt werden in der Oberflächenschicht des Salzkerns existierendes Kalziumoxid und Magnesiumoxid karbonisiert und können in Kalziumkarbonat bzw. Magnesiumkarbonat umgewandelt werden. Die auf diese Weise reformierte Oberflächenschicht weist eine Stärke von 1 bis 50 μm auf. Kalziumkarbonat und Magnesiumkarbonat besitzen die Eigenschaften, Feuchtigkeit nicht zu absorbieren und bei den entsprechenden Zersetzungstemperaturen oder niedrigeren Temperaturen stabil zu sein. Somit können das Kalziumkarbonat und das Magnesiumkarbonat in der Oberflächenschicht als ein Schutzfilm wirken, um zu verhindern, dass die Form Feuchtigkeit absorbiert.
2 zeigt Änderungen in einem Teil der Oberflächenschicht des Salzkerns in Folge des Kohlendioxidbehandlungsschrittes. Ein Salzkern 1 enthält gebrannten Kalk 2, einen feuerfesten Stoff 3 und Salz 4 als seine Bestandteile. Nach Durchführung des Kohlendioxidbehandlungsschritts, wobei der Salzkern 1 mit Kohlendioxid in Kontakt gebracht wird, reagieren der in der Oberflächenschicht des Salzkerns 1 vorhandene gebrannte Kalk 2 und das Kohlendioxid miteinander und es entsteht dann Kalziumkarbonat 5. Entsprechend wird der gebrannte Kalk 2 in der Oberflächenschicht des Salzkerns 1 in Kalziumkarbonat 5 umgewandelt und ist im Salzkern 1 vorhanden.
Unter Bezugnahme auf 1(c) wird in dem Gießschritt (1(c)) unter Verwendung des Kerns gemäß der vorliegenden Erfindung ein in der zuvor beschriebenen Weise hergestellter Kern 104 in eine Gussform 105 eingebracht. Anschließend wird geschmolzenes Metall in einen in der Gussform 105 ausgebildeten Hohlraum eingespritzt und anschließend die Gussform 105 unter Druck gesetzt. Im Anschluss daran, nachdem ein Gussteil 106 aus der Gussform 105 herausgenommen worden ist, wird ein den Kern 104 aus dem Gussteil 106 (1(d)) entfernender Schritt durchgeführt. Der Kern 104 kann durch Eintauchen in Wasser oder durch Absorption von Feuchtigkeit in der Luft entfernt werden. Wenn der Kern 104 Feuchtigkeit absorbiert, quillt der Kern 104 auf und zerfüllt, so dass der Kern 104 leicht aus dem Gussteil 106 entfernt werden kann.
Wie in den 1(a) bis 1(d) dargestellt, kann, da der Kohlendioxidbehandlungsschritt (1b) nach dem Kerngießschritt (1a) durchgeführt wird, die für diese beiden Schritte verwendete Ausrüstung raumsparend ausgestaltet sein. Darüber hinaus kann, wenn eine Ausrüstung mit einem großen Fassungsvermögen für den Kohlendioxidbehandlungsschritt (1b) verwendet wird, die Ausrüstung auch für die Lagerung des Kerns verwendet werden. In dieser Ausrüstung können eine bestimmte Anzahl von Kernen, wie erforderlich, während der Durchführung des Kohlendioxidbehandlungsschritts gelagert werden. Entsprechend kann die für den Kohlendioxidbehandlungsschritt (1b) verwendete Ausrüstung auch als ein Puffer dienen, um Kerne zu lagern, bis die Kerne in dem Gießschritt verwendet werden, wenn der Schritt des Gießens des Kerns (1a), der Schritt der Kohlendioxidbehandlung (1b) und der Schritt des Gießens unter Verwendung des Kerns (1c) in dieser Reihenfolge durchgeführt werden. Wie oben beschrieben kann die für den Kohlendioxidbehandlungsschritt (1b) verwendete Ausrüstung auch als Lagerraum verwendet werden, so dass eine integrierte Fertigungsstraße erreicht werden kann, wenn die Ausrüstung für den Schritt des Gießens des Kerns (1a), den Schritt der Kohlendioxidbehandlung (1b) und den Schritt des Gießens unter Verwendung des Kerns (1c) benachbart zu einander angeordnet sind. Dies ermöglicht eine erhöhte Produktionseffizienz.
Ausführungsform 2; Wachsausschmelzform
Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen einer zerfallbaren Form gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die unabhängigen Ansprüche definiert ist, gegeben, in einem Fall, bei dem die zerfallbare Form eine Wachsausschmelzform ist. Das Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Schritte des Herstellens einer Formzusammensetzung, des Formens der Formzusammensetzung, des Brennens eines Formteils und das Behandeln des entstehenden Formteils mit Kohlendioxid.
Schritt des Herstellens der Formzusammensetzung
In dem Schritt des Herstellens der Formzusammensetzung werden ein feuerfester Stoff, ein Bindemittel und wenigstens Kalziumkarbonat oder Magnesiumkarbonat enthaltende Materialien gemischt.
Was Kalziumkarbonat und Magnesiumkarbonat anbelangt, so kann eine dieser Substanzen oder eine Mischung dieser Substanzen verwendet werden. Bevorzugterweise werden Kalziumkarbonat und Magnesiumkarbonat so gemischt, dass sie 5 bis 75 Gewichtsprozent der Formzusammensetzung darstellen. Wenn der Gehalt an diesen Substanzen weniger als 5 Gewichtsprozente beträgt, könnte eine ausreichende Zerfallfähigkeit in einigen Fällen nicht erhalten werden. Wenn andererseits der Gehalt an diesen Substanzen 75 Gewichtsprozente übersteigt, könnte in einigen Fällen eine Maßhaltigkeit aufgrund von Schrumpfen zum Zeitpunkt des Brennens verringert sein.
Als feuerfester Stoff können Schamotte, Mullit, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Zirkon, stabilisiertes Zirkon oder dergleichen verwendet werden. Als das Bindemittel kann Kolloid-Kieselerde, Ethylsilicat, Zirkoniumoxidsol oder dergleichen verwendet werden. Das Bindemittel kann mit einem Füllmittel vermischt werden, um eine geeignete Viskosität zu erreichen, wobei das Füllmittel ein Teil der Formzusammensetzung ist. Als ein zusätzlicher Bestandteil kann der Formzusammensetzung darüber hinaus Glasfaser, Gips, Chromoxid oder dergleichen beigemischt werden. Der zusätzliche Bestandteil kann in allgemein üblicher Konzentration bestimmungsgemäß beigemischt werden, sofern eine solche Beimischung die Ziele und Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt. Ein Suspensionsmischer oder dergleichen kann bei der Herstellung einer aus der Formzusammensetzung gebildeten Aufschlämmung verwendet werden.
Formschritt
Beim Schritt des Formens der Formzusammensetzung wird die Formzusammensetzung geformt, indem ein Rahmen um ein Wachsmodell angebracht wird, und dann aus der Formzusammensetzung hergestellte Aufschlämmung in den Rahmen gegossen wird und dann die Formzusammensetzung getrocknet wird. Alternativ kann die Formzusammensetzung unter Verwendung anderer allgemein üblicher Techniken geformt werden. In diesem Schritt, kann ein Lost-Foam-Modell aus Polystyrol-Schaum, Styrol oder dergleichen an Stelle des Wachsmodells verwendet werden.
Zusätzlich kann in diesem Schritt auch ein eine Deckschicht ausbildender Schritt durchgeführt werden. Der Schritt des Ausbildens einer Deckschicht wird mindestens zweimal durchgeführt. Der Schritt des Ausbildens einer Deckschicht umfasst die Schritte des Ausbildens einer aus der Formzusammensetzung um das Wachsmodell ausgebildeten Aufschlämmungsschicht, des Anheftens eines Stuckmaterials an die Aufschlämmungsschicht, und dann des Trocknens der Aufschlämmungsschicht. Der Schritt des Ausbildens der Aufschlämmungsschicht wird beispielsweise durch Eintauchen des Wachsmodells in die Aufschlämmung durchgeführt.
Alternativ kann als ein weiterer Modus dieser Ausführungsform dieser Schritt unter Verwendung von zwei Arten von Aufschlämmung durchgeführt werden, umfassend: eine erste Aufschlämmung, die wenigstens Kalziumkarbonat oder Magnesiumkarbonat enthält; und eine zweite Aufschlämmung, die weder Kalziumkarbonat noch Magnesiumkarbonat enthält. Genauer umfasst dieser Schritt die Schritte des Ausbildens einer ersten Deckschicht und des Ausbildens einer zweiten Deckschicht. Ein jeder der Schritte des Ausbildens der ersten und zweiten Deckschicht wird wenigstens einmal durchgeführt. In einem Fall, bei dem diese Schritte mehrmals durchgeführt werden, ist es bevorzugt, die erste Deckschicht als die innerste Schicht und die zweite Deckschicht als die äußerste Schicht auszubilden. Der Schritt des Ausbildens der ersten Deckschicht umfasst die Schritte des Ausbildens einer ersten Aufschlämmungsschicht um das Wachsmodell, und des Anheftens eines Stuckmaterials an die erste Aufschlämmungsschicht und dann des Trocknens der ersten Aufschlämmungsschicht. Der Schritt des Ausbildens der zweiten Deckschicht umfasst die Schritte des Ausbildens einer zweiten Aufschlämmungsschicht um die erste Deckschicht und des Anheftens eines Stuckmaterials an die zweite Aufschlämmungsschicht und dann des Trocknens der zweiten Aufschlämmungsschicht. In einem Fall, bei dem ein Stuckmaterial an die zweite am weitesten außen ausgebildete Aufschlämmungsschicht anhaftet, kann zum Zweck der Verhinderung des Ablösens des Stuckmaterials ein Schritt durchgeführt werden, bei dem die zweite Aufschlämmungsschicht ausgebildet wird und die zweite Aufschlämmungsschicht getrocknet wird.
Als die erste Aufschlämmung kann eine einen feuerfesten Stoff, wie beispielsweise Mullit, Kieselglas, Aluminiumoxid oder Zirkon, ein Bindemittel wie bspw. Kolloid-Kieselerde oder Ethylsilikat, und wenigstens Kalziumkarbonat oder Magnesiumkarbonat enthaltende Formzusammensetzung verwendet werden. Die erste unter Verwendung der ersten Aufschlämmung ausgebildete Deckschicht wird zum Zeitpunkt des Gießens in direkten Kontakt mit geschmolzenem Metall gebracht und bildet dann eine Gussoberfläche aus. Die erste Deckschicht besitzt eine ausgezeichnete Luftdurchlässigkeit und weist die Eigenschaften auf, nach dem Gießen Feuchtigkeit zu absorbieren und zu quellen, wodurch ein einfacheres Entfernen der Form ermöglicht wird. Als die zweite Aufschlämmung kann eine einen feuerfesten Stoff, wie beispielsweise Mullit, Kieselglas, Aluminiumoxid oder Zirkon und ein Bindemittel wie Kolloid-Kieselerde, Ethylsilikat oder Zirkonylacetat enthaltende Formzusammensetzung verwendet werden. Die zweite unter Verwendung der zweiten Aufschlämmung ausgebildete Deckschicht besitzt eine ausgezeichnete Luftdurchlässigkeit und weist Eigenschaften auf, um eine ausreichende Festigkeit bereitzustellen, um die Beanspruchung während des Gießens auszuhalten. Wie oben beschrieben, ergeben sich aus der Verwendung der zwei Arten von Deckschichten vorteilhafte Wirkungen, einschließlich Bereitstellen einer guten Fluidität von geschmolzenem Metall, da die Schichten eine ausgezeichnete Luftdurchlässigkeit zeigen; Ermöglichen einer leichteren Entfernung der Form infolge des aus sich selbst heraus zerfallbaren Oberflächenteils der Form; Bereitstellen von Resistenz gegenüber Abplatzen; und Bereitstellen von Festigkeit, die ausreicht, um die Herstellung eines großen Formteils zu verkraften.
Darüber hinaus kann in einigen Fällen in Folge der Eigenschaften des Gussteils die zweite kein Kalziumkarbonat oder dergleichen enthaltende Deckschicht als die innerste Schicht ausgebildet werden, die in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Gussteils kommt. Eine Form zum Gießen von Titanlegierungen kann beispielsweise kein Silizium, das mit Titan reagiert, enthalten, da seine innerste Schicht mit dem Gussteil in Kontakt kommt. Entsprechend, wird anstelle eines Silizium enthaltenden Bindemittels, wie bspw. Kolloid-Kieselerde oder Ethylsilicat, bevorzugterweise ein Bindemittel, das kein Silizium enthält, wie bspw. Zirkonylacetat bei der Herstellung einer Aufschlämmung zum Ausbilden der innersten Schicht verwendet. Wenn jedoch Zirkonylacetat mit Kalziumkarbonat gemischt wird, löst sich das Kalziumkarbonat unter Bildung von Kalziumdioxid auf, und in der Zwischenzeit präzipitiert Zirkoniumverbindung, so dass sich die Viskosität der Aufschlämmung signifikant erhöht. Aus diesem Grund, ist Zirkonylacetat für das Kalziumkarbonat enthaltende Bindemittel der Aufschlämmung nicht geeignet. Hinsichtlich der Form zum Gießen von Titaniumlegierungen ist es entsprechend bevorzugt, dass kein Kalziumkarbonat in die Aufschlämmung zum Ausbilden der innersten Schicht gemischt wird, und deshalb wird die zweite Aufschlämmung, die kein Kalziumkarbonat oder dergleichen enthält, zum Ausbilden der innersten Schicht verwendet. Zusätzlich ist Titaniumlegierung bei einer hohen Temperatur hoch reaktiv und könnte somit in einigen Fällen mit Kalziumoxid reagieren. Entsprechend könnte in einem Fall, in dem Kalziumkarbonat in der innersten Schicht der Form zum Gießen von Titaniumlegierung enthalten ist, die Form nicht aufquellen, selbst wenn in einigen Fällen die Form nach dem Gießen mit Feuchtigkeit in Kontakt gebracht wird. Dies geschieht, da Kalziumoxid, das aufgrund des Brennens der Form entsteht, mit Titanium im geschmolzenen Metall reagiert und sich in eine andere Substanz umwandelt. Auch aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass kein Kalziumkarbonat in die Aufschlämmung zum Ausbilden der innersten Schicht der Form zum Gießen von Titaniumlegierung gemischt wird. Die erste Kalziumkarbonat oder dergleichen enthaltende Aufschlämmung kann zum Ausbilden einer äußeren Seitenschicht verwendet werden, die nicht in direkten Kontakt mit dem Gussteil kommt. Die Verwendung von Kalziumkarbonat in der äußeren Seitenschicht, kann eine Zerfallbarkeit der Form aus sich selbst heraus bereit stellen. Es ist anzumerken, dass bei Verwendung von Zirkonylacetat als das Bindemittel für die innerste Schicht, das Zirkonylacetat thermisch zersetzt wird und aufgrund des Brennens porös wird, so dass Luftdurchlässigkeit der innersten Schicht sichergestellt werden kann. Es sollte beachtet werden, dass das Konzept des als „Form zum Gießen von Titaniumlegierung” beschriebenen Ausdrucks in der Aussage dieser Beschreibung und dem Schutzbereich der Ansprüche eine Form zum Gießen von reinem Titanium nicht ausschließt.
Ausschmelzschritt
Ein Schritt zum Entfernen (Ausschmelzen) eines Lost Foam-Modells, wie bspw. einem Wachsmodell, wird nach dem Schritt des Formens der Formzusammensetzung durchgeführt. Der Ausschmelzschritt kann durch ein allgemein übliches Verfahren durchgeführt werden und ist nicht besonders eingeschränkt. Der Ausschmelzschritt wird beispielsweise durchgeführt durch Schmelzen des Wachsmodells in der Form und Abfließen lassen des Wachsmodells durch unter Druck setzen und Erhitzen des Wachsmodells mit Wasserdampf unter Verwendung eines Autoklaven, oder durch Einbringen des Lost Foam-Modells in einen Hochtemperaturofen und anschließendem Brennen des Lost Foam-Modells.
Brennschritt
Der Brennschritt wird durch Erhitzen eines Formteils der Formzusammensetzung auf eine Temperatur von 800 bis 1200°C ausgeführt. Die Erwärmdauer kann ein bis zwei Stunden betragen. Der Brennschritt wird bevorzugterweise in der Luftatmosphäre durchgeführt. Zum Brennen kann ein Brennofen oder dergleichen verwendet werden. Im Brennschritt zersetzen sich Kalziumkarbonat und Magnesiumkarbonat thermisch zu Kalziumoxid bzw. Magnesiumoxid. Da Kalziumoxid und Magnesiumoxid Feuchtigkeit absorbieren und dann eine Volumenexpansion hervorrufen, wird Zerfallbarkeit der Form aus sich selbst heraus bereit gestellt, und dadurch ein leichteres Entfernen der Form ermöglicht.
Kohlendioxidbehandlungsschritt
Bei dem Kohlendioxidbehandelungsschritt wird ein Schritt durchgeführt, der die Oberflächenschicht der Form reformiert, indem die gebrannte Form mit einer hohen Temperatur einer Kohlendioxid-Atmosphäre ausgesetzt wird. Der Kohlendioxidbehandlungsschritt wird unmittelbar nach dem Brennschritt durchgeführt. Der Zeitpunkt unmittelbar nach dem Brennschritt bezeichnet die Zeitspanne, während der die Form nach dem Brennschritt bei einer hohen Temperatur von nicht weniger als 300°C gehalten wird. Der Kohlendioxidbehandlungsschritt wird bevorzugterweise durchgeführt, wenn die Temperatur der Form nach dem Brennschritt nicht weniger als 300°C beträgt. Der Kohlendioxidbehandlungsschritt wird bevorzugtererweise durchgeführt, wenn die Temperatur der Form zwischen 580 und 650°C beträgt. Normalerweise wird der Brennschritt für eine Wachsausschmelzform in vielen Fällen bei einer hohen Temperatur von nicht weniger als 800°C durchgeführt. Wenn das Verfahren unmittelbar nach dem Brennschritt zum Kohlendioxidbehandlungsschritt übergeht, kann entsprechend die Kohlendioxidbehandlung durchgeführt werden, während die Form auf einer hohen Temperatur nicht weniger als 580°C gehalten wird. Dadurch kann eine ausreichende Reformierung der Oberflächenschicht durchgeführt werden.
Gemäß dem Kohlendioxidbehandlungsschritt kann in der Oberflächenschicht vorhandenes Kalziumoxid und Magnesiumoxid zu Kalziumkarbonat bzw. Magnesiumkarbonat umgewandelt werden. In einem Fall, bei dem ein Stuckmaterial an die Oberfläche der Form anhaftet, wird die Oberflächenschicht der Schicht reformiert, die als ein Ergebnis des Brennens der Aufschlämmungsschicht, an der das Stuckmaterial anhaftet, ausgebildet wurde. Die auf diese Art reformierte Oberflächenschicht hat eine Stärke von 1 bis 50 μm. Das Kalziumkarbonat und Magnesiumkarbonat in der Oberflächenschicht fungieren als ein Schutzfilm zur Verhinderung von Feuchtigkeitsabsorption durch die Form und erlaubt eine Langzeitlagerung der Form, während der die Zerfallfähigkeit der Form aus sich selbst heraus erhalten bleibt.
Eigenschaften einer zerfallbaren Form
Die zerfallbare Form der vorliegenden Erfindung, hergestellt in der zuvor beschriebenen Art und Weise, ist vorwiegend zusammengesetzt aus wenigstens Kalziumoxid oder Magnesiumoxid und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kalziumoxid und Magnesiumoxid in der Oberflächenschicht karbonisiert ist und in Kalziumkarbonat bzw. Magnesiumkarbonat umgewandelt ist. Die Stärke der Oberflächenschicht ist innerhalb eines Bereiches von 1 bis 50 μm. Wenn die Stärke der Oberflächenschicht weniger als 1 μm beträgt, ist die Funktion der Oberflächenschicht als der Schutzfilm nicht ausreichend, so dass in manchen Fällen Absorption von Feuchtigkeit von der zerfallbaren Form nicht verhindert werden kann. Die zerfallbare Form der vorliegenden Erfindung als ein fertiges Produkt enthält 5 bis 75 Gewichtsprozent Kalziumoxid und Magnesiumoxid. Ist der Gehalt des Kalziumoxids und Magnesiumoxids weniger als 5 Gewichtsprozent, so kann die Zerfallfähigkeit der Form in manchen Fällen nicht ausreichend sein. Wenn der Gehalt des Kalziumoxid und Magnesiumoxid andererseits 75 Gewichtsprozente übersteigt, könnte die Maßhaltigkeit der Form in manchen Fällen aufgrund des Schrumpfens der Form während der Brennzeit vermindert sein. Die zerfallbare Form kann wenigstens Kalziumoxid oder Magnesiumoxid oder beides enthalten.
Die zerfallbare Form der vorliegenden Erfindung als ein fertiges Produkt enthält 25 bis 95 Gewichtsprozente feuerfesten Stoffes wie Mullit, Quarzgut, Aluminiumoxid oder Zirkon. Der Gehalt des feuerfesten Stoffes von weniger als 25 Gewichtsprozenten könnte in manchen Fällen hinsichtlich einer Verminderung der Maßhaltigkeit und unzureichender Festigkeit der Form nachteilig sein. Übersteigt der Gehalt des feuerfesten Stoffes andererseits 95 Gewichtsprozente, so könnte dies in manchen Fällen hinsichtlich unzureichender Zerfallfähigkeit der Form nachteilig sein.
Die zerfallbare Form kann in manchen Fällen als einen weiteren strukturellen Bestandteil Glassfaser, Kalziumsulfat, Chromoxid oder dergleichen enthalten.
Die zerfallbare Form der vorliegenden Erfindung ist ein zerfallbarer Kern oder eine zerfallbare Form und quillt durch Absorbieren von Feuchtigkeit auf und zerfällt sodann. Die zerfallbare Form gemäß der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu einem Salzkern und einer Wachsausschmelzform eine Form für das Formen mit Feststoffen sein.
In der zerfallbaren Form der vorliegenden Erfindung sind das Kalziumoxid und Magnesiumoxid in der Oberflächenschicht karbonisiert und zu Kalziumkarbonat bzw. Magnesiumkarbonat umgewandelt, so dass das Kalziumoxid und Magnesiumoxid, das innerhalb der Form existiert, davon abgehalten wird mit der Atmosphäre in Kontakt zu kommen. Somit fungiert das in der Oberflächenschicht der Form existierende Kalziumkarbonat und Magnesiumkarbonat als der Schutzfilm, so dass das in der Form existierende Kalziumoxid und Magnesiumoxid daran gehindert wird, Feuchtigkeit in der Atmosphäre zu absorbieren. Entsprechend ist Absorption von Feuchtigkeit durch die Form unterdrückt, wodurch eine Langzeit-Konservierung der Form ermöglicht wird.
Zusätzlich quillt Erdalkalimetalloxid wie Kalziumoxid, das in der Form enthalten ist, aufgrund von Absorption von Feuchtigkeit während der Lagerzeit nicht auf. Entsprechend tritt keine Erhöhung der Rauhigkeit der Formoberfläche auf, wodurch eine gute Gussoberfläche erreicht wird. Darüber hinaus treten keine Risse aufgrund von Absorption von Feuchtigkeit und Aufquellen der Form auf, so dass die Festigkeit der Form aufrecht erhalten werden kann. Darüber hinaus wird auch eine Porosität aufgrund Wiederaustretens von, von der Form absorbierter Feuchtigkeit zum Zeitpunkt des Gießens nicht auftreten.
Nachstehend wird eine spezifische Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit Beispielen und Vergleichsbeispielen gegeben. Jedoch ist die zerfallbare Form und das Verfahren zu deren Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die nachstehenden Beispiele beschränkt.
Beispiele
Gießen des Kerns; Salzkern
Eine Formzusammensetzung wurde durch Mischen von 27,8 Gewichtsprozent NaCl, 34,7 Gewichtsprozent KCl, 11,2 Gewichtsprozent Mullit und 26,3 Gewichtsprozent Löschkalk hergestellt. Die Formzusammensetzung wurde durch Erhitzen auf 750°C geschmolzen und anschließend in die Gussform für Formkerne gegossen. Die Kerne wurden aus der Gussform entfernt und Kohlendioxid-Atmosphären bei Temperaturen von 500°C, 400°C bzw. 300°C ausgesetzt. Dann wurden die Kerne in den Atmosphären auf natürlichem Wege auf Raumtemperatur abgekühlt. Darüber hinaus wurde ein weiterer Kern, der zur selben Zeit dem Gießen unterzogen wurde, in der Atmosphäre auf natürlichem Wege abgekühlt und danach einer Kohlendioxid-Atmosphäre bei Raumtemperatur ausgesetzt. Diese Kerne wurden in einer Niedrigfeuchtkammer (Raumtemperatur, 40% Luftfeuchtigkeit) für 2 Tage oder 30 Tage gelagert. Danach wurden die Oberflächenzustände der Kerne unter Verwendung eines Stereomikroskops verglichen.

Das Ergebnis des Vergleiches ist in Tabelle 1 gezeigt. In dem Fall, in dem der Kohlendioxidbehandlungsschritt bei Raumtemperatur durchgeführt wurde, konnte auf der Kernoberfläche nach 30-tägiger Lagerung eine Veränderung in Form eines feinen, aufgrund des Aufquellens des Kalziumoxids auftretenden Risses beobachtet werden, und somit wurde bestätigt, dass der Kern Feuchtigkeit absorbiert hatte. Im Gegensatz hierzu konnte in dem Fall, bei dem der Kohlendioxidbehandlungsschritt bei den Temperaturen 300°C, 400°C und 500°C durchgeführt wurde, selbst nach 30-tägiger Lagerung keine Veränderung der Kernoberfläche beobachtet werden, und es wurde somit bestätigt, dass der Kern keine Feuchtigkeit absorbiert hatte. Wie beschrieben wurde bestätigt, dass das Durchführen des Kohlendioxidbehandlungsschritts bei einer Temperatur von nicht weniger als 300°C die Wirkung der Verhinderung von Feuchtigkeitsabsorption bedingt. Tabelle 1

Temperatur der Kohlendioxidbehandlungs	Absorption von Feuchtigkeit auf Kernoberfläche
Temperatur der Kohlendioxidbehandlungs	2-tägige Lagerung	30-tägige Lagerung
500°C	nicht beobachtet	nicht beobachtet
400°C	nicht beobachtet	nicht beobachtet
300°C	nicht beobachtet	nicht beobachtet
Raumtemperatur	nicht beobachtet	beobachtet

Genaugussform 1, Form für Aluminiumlegierung
Eine Mischung von 70 Gewichtsprozent Pulver fossiler Muscheln mit einer Körnung von 325 Mesh oder weniger und 30 Gewichtsprozent als Füllmaterial dienenden Mullits wurden mit Kolloid-Kieselerde gemischt. Hierdurch wurden eine primäre Aufschlämmung und eine sekundäre Aufschlämmung hergestellt. Die primäre Aufschlämmung wurde so hergestellt, dass sie eine Viskosität von 40 bis 50 Sekunden aufweist (Zahn cup #5). Die sekundäre Aufschlämmung wurde so hergestellt, dass sie eine Viskosität von 25 bis 330 Sekunden (Zahn cup #4) aufweist.
Ein entfettetes Wachsmodell wurde in die primäre Aufschlämmung eingetaucht. Dann wurden fossile Muscheln mit einer Körnung von 10 bis 48 Mesh als Stuckmaterial an das Wachsmodell angehaftet, das mit der Aufschlämmung beschichtet worden war, und anschließend wurde die primäre Aufschlämmung getrocknet. Als Nächstes wurde das Wachsmodell in die sekundäre Aufschlämmung eingetaucht und fossile Muscheln wurden als ein Stuckmaterial an das Wachsmodell angehaftet, und anschließend wurde die sekundäre Aufschlämmung getrocknet. Nachdem drei Schichten durch Wiederholen dieses Schrittes ausgebildet wurden, wurde es in die sekundäre Aufschlämmung eingetaucht. Dann wurde Schamotte mit einer Körnung von 10 bis 48 Mesh als Stuckmaterial an die sekundäre Aufschlämmung angehaftet und die Aufschlämmung anschließend getrocknet. Anschließend wurden drei Schichten durch Wiederholen dieses Schrittes ausgebildet. Nachdem die Aufschlämmung getrocknet war, wurde es weiter in die sekundäre Aufschlämmung eingetaucht und anschließend getrocknet. Damit war das Beschichten beendet.
Als nächstes wurde das Wachsmodell entfernt, indem es unter Verwendung eines Autoklaven geschmolzen und drainiert wurde. Danach wurden die so ausgebildeten Formen für zwei Stunden bei einer Temperatur von 850°C gebrannt. Danach wurde die Form unmittelbar in einen mit Kohlendioxid mit einer Temperatur von etwa 40°C gefüllten Behälter gegeben und wurde dann auf natürlichem Wege für etwa eine Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wurde die Form in einer Niedrigfeuchtkammer (Raumtemperatur, 40% Luftfeuchtigkeit) gelagert. Zusätzlich wurde eine weitere zur selben Zeit gebrannte Form in der Atmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend wurde die Form einer Kohlendioxid-Atmosphäre ausgesetzt. Danach wurde die Form in einer Niedrigfeuchtkammer gelagert (Raumtemperatur, 40% Luftfeuchtigkeit). Tabelle 2 zeigt das Ergebnis des Vergleiches zwischen den Oberflächenbeschaffenheiten von Gussteilen hergestellt durch Vorerhitzen der in der jeweils zuvor beschriebenen Art und Weise hergestellten Formen auf eine Temperatur von etwa 300°C und durch Gießen geschmolzenen Aluminiums (AC4C) bei einer Temperatur von etwa 700°C unter Verwendung der Formen.

In dem Fall, bei dem die Form der Kohlendioxidbehandlung unmittelbar nach dem Brennen unterzogen wurde, wurde keine Porosität in den Oberflächen der beiden für 2 Tage und für 30 Tage gelagerten Gussteilen beobachtet. Andererseits wurde in dem Fall, bei dem die Form nach dem Brennen auf Raumtemperatur abgekühlt und dann der Kohlendioxidbehandlung unterzogen wurde, bestätigt, dass Porositäten auf der Oberfläche des Gussteils auftreten, wenn die für 30 Tage gelagerte Form verwendet wurde. Wie beschrieben, kann die Ausführung der Kohlendioxidbehandlung unmittelbar nach dem Brennen die Absorption von Feuchtigkeit der Form unterdrücken und Porositäten auf der Oberfläche des Gussteils verhindern. Tabelle 2

	Porosität auf Oberfläche des Gussteils
	2-tägige Lagerung	30-tägige Lagerung
Durchführung der Kohlendioxidbehandlung unmittelbar nach dem Brennen	nicht beobachtet	nicht beobachtet
Durchführung der Kohlendioxidbehandlung nach Abkühlen der Form auf Raumtemperatur	nicht beobachtet	beobachtet

Genaugussform 2; Glasgussform
Eine primäre Aufschlämmung wurde unter Verwendung von Chromdioxid mit einer Körnung von 325 Mesh oder weniger als Füllmittel und durch Mischen von Zirkonylacetat mit dem Chromdioxid hergestellt. Eine sekundäre Aufschlämmung wurde unter Verwendung einer Mischung aus 70 Gewichtsprozenten eines Pulvers aus fossilen Muscheln mit einer Körnung von 325 Mesh oder weniger und 30 Gewichtsprozent Mullit als Füllmittel und durch Mischen von Kolloid-Kieselerde mit der Mischung hergestellt. Die primäre Aufschlämmung wurde so hergestellt, dass sie eine Viskosität von 40 bis 50 Sekunden (Zahn cup #5) besitzt. Die sekundäre Aufschlämmung wurde so hergestellt, dass sie eine Viskosität von 25 bis 330 Sekunden (Zahn cup #4) besitzt.
Nachdem ein entfettetes Wachsmodell in die primäre Aufschlämmung eingetaucht und anschließend getrocknet wurde, wurde das Wachsmodell nochmals in die primäre Aufschlämmung eingetaucht. Dann wurden fossile Muscheln mit einer Körnung von 10 bis 48 Mesh als Stuckmaterial an das mit Aufschlämmung beschichtete Wachsmodell angehaftet, das im Anschluss getrocknet wurde. Als nächstes wurde das Wachsmodell in die sekundäre Aufschlämmung eingetaucht und fossile Muscheln als Stuckmaterial an das Wachsmodell angehaftet, das im Anschluss getrocknet wurde. Durch Wiederholen des zuvor beschriebenen Schritts wurden zwei Schichten ausgebildet. Anschließend wurden zwei Schichten durch Wiederholen des Schrittes des Anheftens von Aluminiumoxid mit einer Körnung von 10 bis 48 Mesh als Stuckmaterial an das Wachsmodell nach Eintauchen des Wachsmodells in die sekundäre Aufschlämmung ausgebildet. Dann, nach dem Trocknen, wurde das Wachsmodell weiter in die sekundäre Aufschlämmung eingetaucht und wurde dann getrocknet. Somit war der Beschichtungsschritt beendet. Als Nächstes wurde das Wachsmodell durch Schmelzen unter Verwendung eines Autoklaven entfernt. Dann wurden die so hergestellten Formen für zwei Stunden bei 850°C gebrannt. Danach wurde die Form unmittelbar in einen mit Kohlendioxid bei einer Temperatur von etwa 40°C gefüllten Behälter eingebracht. Anschließend wurde die Form auf natürlichem Wege für etwa eine Stunde auf Normaltemperatur abgekühlt. Danach wurde die Form in einer Niedrigfeuchtkammer (Raumtemperatur, 40% Luftfeuchtigkeit) gelagert. Zusätzlich wurde eine weitere, zur selben Zeit gebrannte Form in der Atmosphäre auf Normaltemperatur abgekühlt und anschließend einer Kohlendioxid-Atmosphäre ausgesetzt. Dann wurde die Form in einer Niedrigfeuchtkammer gelagert. Die auf die obige Art und Weise hergestellten Formen wurden in einer Niedrigfeuchtkammer (Raumtemperatur, 40% Luftfeuchtigkeit) gelagert. Tabelle 3 zeigt das Ergebnis des Vergleiches zwischen den Oberflächenbeschaffenheiten der Formen unter Verwendung eines Stereomikroskops.

In der Form, die unmittelbar nach dem Brennen der Kohlendioxidbehandlung unterzogen wurde, konnten selbst nach 30-tägiger Lagerung keine aufgrund von Absorption von Feuchtigkeit der Form entstandenen Risse beobachtet werden. Im Gegensatz hierzu wurden in der Form, die nach dem Brennen auf normale Temperatur abgekühlt und anschließend der Kohlendioxidbehandlung unterzogenen wurde, Risse auf der Formoberfläche beobachtet. Wie beschrieben kann die Durchführung der Kohlendioxidbehandlung unmittelbar nach dem Brennschritt einen Riss in einer Form aufgrund von Absorption von Feuchtigkeit durch die Form verhindern. Tabelle 3

	Reißen von Form aufgrund Feuchtigkeitsabsorption
	2-tägige Lagerung	30-tägige Lagerung
Durchführung von Kohlendioxidbehandlung unmittelbar nach dem Brennen	nicht beobachtet	nicht beobachtet
Durchführung von Kohlendioxidbehandlung nach Abkühlen der Form auf Raumtemperatur	nicht beobachtet	beobachtet

Genaugussform 3; Gussform für Titaniumlegierung
Eine primäre Aufschlämmung wurde unter Verwendung von Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumoxid mit einer Körnung von 325 Mesh oder weniger als Füllmittel und durch anschließendes Mischen von Zirkonylacetat mit dem Yttriumoxid-stabilisierten Zirkoniumoxid hergestellt. Eine sekundäre Aufschlämmung wurde unter Verwendung einer Mischung aus 70 Gewichtsprozenten Pulver fossiler Muscheln mit einer Körnung von 325 Mesh oder weniger und 30 Gewichtsprozenten Mullit als Füllmittel und Mischen von Kolloid-Kieselerde mit der Mischung hergestellt. Die primäre Aufschlämmung wurde so hergestellt, dass sie eine Viskosität von 40 bis 50 Sekunden (Zahn cup #5) besitzt. Die sekundäre Aufschlämmung wurde so hergestellt, dass sie eine Viskosität von 25 bis 330 Sekunden (Zahn cup #4) besitzt.
Ein entfettetes Wachsmodell wurde in die primäre Aufschlämmung eingetaucht und dann wurde als Stuckmaterial Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid mit einer Körnung von 10 bis 48 Mesh an das mit Aufschlämmung bedeckte Wachsmodell angehaftet und dann getrocknet. Nachdem durch Wiederholen des zuvor beschriebenen Schritts drei Schichten ausgebildet wurden, wurden drei Schichten durch Eintauchen des Wachsmodells in die sekundäre Aufschlämmung und Verwenden von Aluminiumoxid mit einer Körnung von 10 bis 48 Mesh als Stuckmaterial ausgebildet. Dann wurde das Wachsmodell getrocknet. Anschließend wurde das Wachsmodell weiter in die sekundäre Aufschlämmung eingetaucht und dann getrocknet. Hierdurch war der Beschichtungsschritt beendet. Als nächstes wurde das Wachsmodell entfernt, indem es unter Verwendung eines Autoklaven geschmolzen wurde. Dann wurden so ausgebildete Formen für zwei Stunden bei einer Temperatur von 1100°C gebrannt. Unmittelbar danach wurde die Form auf natürlichem Wege für etwa eine Stunde auf Normaltemperatur abgekühlt in einem Behälter, der mit Kohlendioxid bei einer Temperatur von 40°C gefüllt war. Dann wurde diese Form in einer Niedrigfeuchtkammer (Raumtemperatur, 40% Luftfeuchtigkeit) gelagert. Zusätzlich wurde eine weitere, zur selben Zeit gebrannte Form in der Atmosphäre auf normale Temperatur abgekühlt und anschließend bei Normaltemperatur einer Kohlendioxid-Atmosphäre ausgesetzt. Danach wurde die Form in einer Niedrigfeuchtkammer (Raumtemperatur, 40% Luftfeuchtigkeit) gelagert. Die in der obigen Art und Weise hergestellten Formen wurden in einer Niedrigfeuchtkammer (Raumtemperatur, 40% Luftfeuchtigkeit) gelagert. Tabelle 4 zeigt das Ergebnis des Vergleiches zwischen den Oberflächenbeschaffenheiten der Formen unter Verwendung eines Stereomikroskops.

Auf der Form, die der Kohlendioxidbehandlung unmittelbar nach dem Durchführen des Brennschrittes bei 1100°C unterzogen wurde, wurden selbst nach 30-tägiger Lagerung keine aufgrund von Absorption von Feuchtigkeit durch die Form entstandene Risse beobachtet. Im Gegensatz dazu wurden in der Form, die nach dem Brennen auf Normaltemperatur abgekühlt und dann der Kohlendioxidbehandlung unterzogen wurde, nach 30-tägiger Lagerung Risse aufgrund von Feuchtigkeitsabsorption der Form auf der Oberfläche beobachtet. Wie beschrieben kann die Durchführung der Kohlendioxidbehandlung unmittelbar nach dem Brennen Risse in der Titanlegierungsgussform in Folge von Feuchtigkeitsabsorption verhindern. Tabelle 4

	Reißen der Form aufgrund von Feuchtigkeitsabsorption
	2-tägige Lagerung	30-tägige Lagerung
Durchführung der Kohlendioxidbehandlung unmittelbar nach dem Brennen	nicht beobachtet	nicht beobachtet
Durchführung der Kohlendioxidbehandlung nach Abkühlen der Form auf Raumtemperatur	nicht beobachtet	beobachtet

Die zerfallbare Form und das Verfahren zu deren Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine zerfallbare Form bereitstellen, die Änderungen ihrer Oberflächeneigenschaften aufgrund von Feuchtigkeitsabsorption und Aufquellen verhindert, und die auch über eine lange Zeitspanne lagerbar ist, ohne dass Feuchtigkeitsabsorption und Aufquellen auftreten.
Die gesamten in der Beschreibung, den Zeichnungen, der Zusammenfassung und dem Schutzumfang der Ansprüche der Japanischen Patent Anmeldung No. 2009-079286 beschriebenen Inhalte werden hierin durch Bezugnahme als ein Teil dieser Beschreibung aufgenommen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer zerfallbaren Form, wobei die zerfallbare Form ein Salzkern ist und 5 bis 75 Gew.-% Kalziumoxid oder Magnesiumoxid oder einer Mischung davon enthält, wobei das Verfahren umfasst: – Schmelzen und Herstellen einer den Salzkern ausbildenden Formzusammensetzung enthaltend Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Kalziumhydroxid, Magnesiumhydroxid oder eine Kombination davon, – Gießen des Salzkerns aus der Formenzusammensetzung, und – in Kontakt bringen des Salzkerns mit Kohlendioxid, wobei der Salzkern mit Kohlendioxid mit einem Partialdruck von nicht weniger als 507 Pa in Kontakt gebracht wird, während die Temperatur des Salzkerns bei 300°C oder mehr gehalten wird, um in einer Oberflächenschicht ein als Schutzfilm wirkendes Kalziumkarbonat und/oder Magnesiumkarbonat auszubilden, um eine Absorption von Feuchtigkeit zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formzusammensetzung einen feuerfesten Stoff umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer zerfallbaren Form, wobei die zerfallbare Form eine Wachsausschmelzform ist und 5 bis 75 Gew.-% Kalziumoxid oder Magnesiumoxid oder einer Mischung davon enthält, wobei das Verfahren umfasst: – Herstellen einer Formzusammensetzung aus einem Material enthaltend Kalziumkarbonat, Magnesiumkarbonat oder eine Mischung davon, – Formen der Formzusammensetzung, – Brennen der Form, und – In Kontakt bringen der Form mit Kohlendioxid, wobei die Form mit Kohlendioxid mit einem Partialdruck von nicht weniger als 507 Pa in Kontakt gebracht wird, während die Temperatur der Form bei 300°C oder mehr gehalten wird, um in einer Oberflächenschicht ein als Schutzfilm wirkendes Kalziumkarbonat und/oder Magnesiumkarbonat auszubilden, um eine Absorption von Feuchtigkeit zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Formzusammensetzung einen feuerfesten Stoff und ein Bindemittel umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kohlendioxidpartialdruck 20265 Pa bis 50663 Pa beträgt.
Zerfallbare Form, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Zerfallbare Form, die durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist, umfassend 5 bis 75 Gew.-% Kalziumoxid, Magnesiumoxid oder einer Mischung davon, wobei das Kalziumoxid und das Magnesiumoxid in einer Oberflächenschicht davon in Kalziumkarbonat bzw. Magnesiumkarbonat umgewandelt ist.