FR2561553A1 - Composition de liant refractaire et son procede d'obtention - Google Patents

Composition de liant refractaire et son procede d'obtention Download PDF

Info

Publication number
FR2561553A1
FR2561553A1 FR8404528A FR8404528A FR2561553A1 FR 2561553 A1 FR2561553 A1 FR 2561553A1 FR 8404528 A FR8404528 A FR 8404528A FR 8404528 A FR8404528 A FR 8404528A FR 2561553 A1 FR2561553 A1 FR 2561553A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
weight
binder composition
refractory
colloidal silica
approximately
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR8404528A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2561553B1 (fr
Inventor
John Richard Moore
Stephen Maybaum
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harborchem Inc
Original Assignee
Harborchem Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to CA000449376A priority Critical patent/CA1216704A/fr
Application filed by Harborchem Inc filed Critical Harborchem Inc
Priority to FR8404528A priority patent/FR2561553B1/fr
Publication of FR2561553A1 publication Critical patent/FR2561553A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2561553B1 publication Critical patent/FR2561553B1/fr
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C04B35/6306—Binders based on phosphoric acids or phosphates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/165—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents in the manufacture of multilayered shell moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
    • B22C1/183—Sols, colloids or hydroxide gels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/20—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents
    • B22C1/205—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of organic silicon or metal compounds, other organometallic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C04B24/003—Phosphorus-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C04B24/12—Nitrogen containing compounds organic derivatives of hydrazine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C04B24/16—Sulfur-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C04B35/6316—Binders based on silicon compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE COMPOSITION DE LIANT REFRACTAIRE DESTINEE A LA CONFECTION DE MOULES OU AUTRES DISPOSITIFS REFRACTAIRES. LADITE COMPOSITION COMPREND DE LA SILICE COLLOIDALE, UNE MATIERE LIQUIDE CONTENANT DES GROUPES SI-OH, UN SOLVANT APTE A SOLUBILISER LA MATIERE LIQUIDE ET LA SILICE COLLOIDALE, ET AU MOINS UN COMPOSE ORGANIQUE NON METALLIQUE, NON IONIQUE, APROTIQUE QUI CONTIENT AU MOINS UN ELEMENT CHOISI PARMI A, S, B ET N ET QUI STABILISE LA COMPOSITION A L'ENCONTRE D'UNE AUTO-GELIFICATION, LA COMPOSITION POUVANT ETRE GELIFIEE A LA DEMANDE EN UNE SEULE PHASE. APPLICATION EN PARTICULIER A L'OBTENTION DE PIECES METALLIQUES COULEES.

Description

La presente invention concerne une composition de liant pour la liaison de moules, d'articles façonnés, de formes, etc. L'invention se rapporte également à des moules, articles façonnés et formes réfractaires comportant un tel liant ainsi qu'à des procédés de production et d'utilisation du liant et des compositions réfractaires.
Les silicates d'alkyle et les sols de silice colloldale, entre autres, constituent deux types de matières ayant été utilisées dans des compositions de liant pour la production de moules pour coulée à la cire perdue et autres moules, articles façonnés et formes réfractaires. Des essais ont été effectués dans le but de combiner ces deux matières afin de bénéficier des propriétés avantageuses de chacune tout en minimisant les aspects les moins souhaitables. Par exemple, le silicate d'éthyle assure un haut pouvoir réfractaire et peut être rapidement durci chimiquement ou a l'air, mais il n'offre qu'une faible force de liaison et une stabilité limitée dans les suspensions réfractaires.Les sols de silice colloldale, par contre, offrent une grande force de liaison et une bonne stabilité en suspension, mais ne peuvent pas être gélifiés chimiquement en une seule phase et ne sont que lentement durcis à l'air.
Le brevet US N 3 961 968 décrit un système hybride de silicate d'alkyle et de silice colloïdale dans lequel une compositi.on de liant comprenant à la fois un silicate d'alkyle et de la silice colloidale est obtenue en utilisant divers solvants comprenant des alcools, des monoéthers de 1 l'éthylène-glycol et des diéthers de diglycol
Cotte composition de liant donne un produit liant hybride intéressant lorsqu'il est gelifié, et aux faibles concentrations en silicate d'éthyle d'environ 8 %, on peut préparer une composition de liant stable qui peut âtre gélifiée en une seule phase D'autre part, le liant hybride ne présente pas une bonne stabilité à long terme lorsqu'on utilise des concentrations supérieures de silicate d'éthyle, c'est-à-dire que le liant à concentration supérieure en silicate d'éthyle se gélifie de lui-même après une courte période de temps sans addition d'agent gélifiant. Etant donné que les concentrations supérieures de silicate d'éthyle offrent certaines caractéristiques souhaitables pour un liant et des compositions réfractaires, il serait avantageux de disposer d'une composition qui soit stable à l'égard d'une auto-gélification, mais comportant également de grandes quantités de silicate d'éthyle qui se gélifie à la demande en une seule phase.
Un perfectionnement au système de liant hybride du brevet US N" 3 961 968 est décrit dans le brevet US N" 4 289 803 dans lequel de l'acide phosphorique est incorporé dans la composition de liant hybride du type silicate d'alkyle/silice colloldale pour produire une composition de phosphosilicate qui est décrite comme améliorant la résistance des moules et le caractère réfractaire de la composition de liant. Les compositions de liant du brevet
US N" 4 289 803 sont stables aux faibles teneurs en silicate d'éthyle mais non aux teneurs élevées en silicate d'éthyle.
On a maintenant découvert qu'on pouvait préparer une composition de liant stable à long terme à l'encontre d'une auto-gélification, qui contient de grandes quantités de silicate d'alkyle et quise gélifie > épaissit et durcit de façon prévisible à la demande à la température ambiante par chauffage ou par addition d'un agent gélifiant chimique.
Par gélification à la demande, on doit comprendre qu'on peut provoquer une gélification et un durcissement de la composition de liant en 2 minutes environ, de préférence en environ 30 secondes à 1 minute, par l'addition d'un agent gélifiant approprié. On obtient ces caractéristiques grâce à une composition selon la présente invention, contenant de la silice colloïdale, une matière liquide contenant des groupes Si-OH, un solvant qui est capable de solubiliser la matière liquide contenant les groupes Si-OH et la silice colloldale, et au moins un composé organique non métallique, non ionique, aprotique, qui contient au moins un élément du groupe constitué par P, S, B, N et leurs mélanges, et qui stabilise la composition de liant à l'encontre d'une auto-gélification.La silice colloldale et la matière liquide contenant les groupes Si-OH sont présentes à un rapport pondéraI compris entre environ 1:12 et environ 75:1, par exemple entre environ 1:10 et environ 10:1, respectivement. La matière liquide contenant les groupes Si
OH contient au moins environ 20 % en poids de SiO2 et la silice colloïdale contient au moins environ 15 % en poids de SiO2. Le solvant et le composé organique aprotique sont présents en des quantités suffisantes pour solubiliser la silice colloïdale et la matière liquide contenant les groupes Si-OH pour fournir une composition de liant qui est stable à l'encontre d'une auto-gélification et pour fournir une composition de liant qui se gélifie en une seule phase.
Cette composition de liant peut être mélangée avec une charge réfractaire, c'est-à-dire un agrégat plus grossier et/ou des poudres fines, pour fournir des compositions réfractaires qui, lorsqu'elles sont gélifiées, peuvent être utilisées par exemple comme moules de coulée à la cire perdue, comme revêtements de surfaces de moules, comme articles façonnés réfractaires, comme mousses réfractaires, comme agent de démoulage pour fromages dans la fabrication de lingots dans l'industrie de l'acier, comme peinture contenant par exemple Zn, pour des peintures résistant à l'eau salée pour bateaux, comme liant en combinaison avec du sable pour remplir rapidement des cavités, par exemple sur des pistes d'aérogare, comme liant pour les tuiles de surface résistant à la chaleur de fusées ou véhicules à retour dans l'atmosphère, et comme composant d'un système de liant à base de résine furannique.Le liant et les compositions chargées de l'invention fournissent une combinaison de propriétés très intéressantes dans l'industrie, en ce sens que les compositions sont stables à l'encontre d'une auto-gélification pendant de longues périodes de temps, mais qu'elles peuvent contenir de fortes teneurs en silicate d'alkyle et peuvent se gélifier à la demande en une seule phase. Ainsi, les compositions de la présente invention peuvent être conditionnées en vue d'une utilisation ultérieure à des concentrations prédéterminées pour produire une composition réfractaire et de liant ayant des caractéristiques avantageuses et connues, par exemple des caractéristiques de dimensions et de résistance.Les compositions de l'invention comprennent également des composés organiques qui se décomposent en donnant par exemple des oxydes de bore ou de phosphore, en renforçant ainsi le pouvoir réfractaire au niveau moléculaire qui fait alors partie de la structure chimique et physique de la composition gélifiée.
Dans une première forme de réalisation de la présente invention, la composition de liant préparée contient environ 1 à environ 60 % en poids, de préférence d'environ 2 à environ 40 %, par exemple d'environ 5 à environ 40 % en poids, d'un silicate d'alkyle ayant été hydraté et qui contient d'environ 28 à environ 60 % en poids de Six, ; environ 5 à environ 75 % en poids, de préférence d'environ 5 à environ 60 %, par exemple d'environ 5 à environ 40 %, en poids de silice colloïdale contenant d'environ 15 à environ 60 % en poids de Six2; environ 0,5 à environ 50 % en poids, de préférence d'environ 1 à environ 20 %, par exemple d'environ 0,5 à environ 10 % en poids deméthylphos phonatede diméthyle ; ; et environ 10 à environ 93,5 % en poids, de préférence d'environ 20 à environ 60 %, par exemple d'environ 20 à environ 55 %, en poids d'un solvant choisi entre l'éther monoéthylique du diéthylène-glycol, l'éther monométhylique du propylène-glycol et l'éther monopropylique du propylène-glycol.
Comme indiqué ci-dessus, la composition de liant de la présente invention comprend, comme éléments de base, une matière liquide contenant des groupes Si-OH, de la silice colloîdale, un solvant approprié pour la matière liquide et 3a silice colloldale, et au moins un composé aprotique, organique, non métallique, non ionique, qui contient au moins un élément choisi dans le groupe constitué par P, S, B N et leurs mélanges et qui stabilise la composition de liant à l'encontre d'une auto-gélification.
Dans la présente invention, on peut avoir recours à n'importe quelle matière liquide classique contenant des groupes Si-OH connue en pratique pour des compositions de liant. De préférence, les matières liquides sont des esters siliciques, par exemple des silicates d'alkyle, qui ont été hydratés Ces matières liquides doivent contenir au moins environ 20 % en poids de Six2, et de préférence d'environ 28 a à environ 60 % en poids de SiO2. Des matières liquides appropriées, contenant des groupes Si-OH, comprennent des organooxysilanes (esters d'acide orthosilicique), et des poly(organooxysiloxanes) (esters d'acide polysilique), qui ont été hydrolysés : voir par exemple le chapitre 11 de "Chemistry and Technology of Silicones" de Walter Noya, Academic Press, 1968.Les matières liquides peuvent être des molécules simples, mais elles sont généralement de nature polymère. Des exemples de certains silicates d'al kyle disponibles dans le commerce, convenant dans la présente invention comprennent "Ethyl Silicate 40" que l'on pe se procurer à la société Stauffer Chemical Company, et d'autres ssilicates d'éthyle et de propyle auprès des sociétes Stauffer Chemical Company, Kay-Fries, Inc. et
Union Carbide Corporation.
On peut, dans la présente invention, faire appel
n'Importe quel type classique de silice colloïdale, com prenant les sols de silice basiques et les sols de silice avides. tant donné que l'addition d'une base peut modifier la stabilité des silicates d'alkyle hydrolysés Si le pH est maintenu pendant une trop longue période de temps à environ 5-7, 1 'utilisation de sols de silice basiques doit être envisagez avec précautions pour que le pH de la composition résultant de l'addition du sel de silice basique au silicate d'alkyle hydrolysé ne provoque pas de gélification du silicate d'alkyle hydrolysé et par conséquent de la composition de liant dans son ensemble.De préférence, la silice colloldale contient au moins environ 15 % en poids de SiO2, et plus préférablement environ 15 % à environ 60 % en poids de
SiO2. Des exemples de compositions de silice colloïdale du commerce appropriées comprennent "Nalcoag 1129" et "Nalcoag 1034-A" (qui sont des sols de silice colloldale à base aqueuse! disponibles à la société Nalco Chemical Company, "Nyacol 2034 DI" disponible à la société Nyacol Corporation, et "Ludox LS" disponible à la société E.I. duPont de Nemours and Company. Les sols de silice acides et les sols de silice dans lesquels les particules elles-mêmes sont non chargées sont préférables pour être utilisés dans la présente invention.
La composition de la présente invention contient un solvant qui solubilise à la fois la matière liquide contenant les groupes Si-OH et la silice colloidale. Un groupe préféré de solvants comprend les solvants organiques miscibles à l'eau, en particulier les alcools aliphatiques ayant 1 à 4 atomes de carbone et les éthers de glycol. Des exemples de solvants appropriés comprennent l'éthanol, l'isopropanol, l'éther monométhylique du propylène-glycol, l'éther monopropylique du propylène-glycol, et l'éther monoéthylique du diéthylène-glycol. On préfère tout particulièrement l'éther monométhylique du propylène-glycol dans les cas nécessitant un solvant très volatil, tandis que l'éther monoéthylique du diéthylène-glycol est préférable dans les cas nécessitant des solvants de plus faible volatilité.
La composition de liant de la présente invention comprend également au moins un composé organique aprotique non métallique, non ionique qui contient au moins un élément du groupe constitué par P, S, B, N et leurs mélanges, et qui stabilise la composition de liant contre une autogélification. Les composés organiques sont de préférence liquides à la température ambiante. Les portions organiques des molécules ne sont pas déterminantes pourvu que le composé organique en même temps que le solvant solubilise la silice colloldale et la matière liquide contenant les groupes Si-OH et donne une composition de liant qui est stable à l'encontre d'une auto-gélification et qui se gélifie enune seule phase. A cet égard, on a constaté que les composés organométalliques en général sont problablement de nature trop ionique ou trop insoluble pour être utilisés dans l'invention.De même, les matières protiques telles que le phosphate acide de butyle ou des matières telles que le phosphite de trîméthyle (qui agit comme une base de Lewis assez forte) ne conviennent pas pour être utilisées dans l'invention. Des composés organiques appropriés contenant
P à utiliser dans la présente invention comprennent, par exemple, des esters partiellement estérifiés du type phosphate, pyrophosphate et phosphonate. Des composés organiques contenant B convenant pour être utilisés dans l'invention comprennent, par exemple, les esters du type borate et pyroborate entièrement estérifiés. Des composés organiques appropriés contenant S comprennent, par exemple, les dialkyl- ou diaryl-sulfoxydes, tandis que les esters de type sulfate peuvent être de nature trop ionique pour être utilisables. Les dialkyl- ou diaryl-amides des acides alcanoïques sont des exemples de composés organiques contenant N qui pourraient convenir dans la présente invention.
De préférence, les portions organiques des composés sont des groupes alkyle à chaîne droite ou ramifiée contenant 1 à 6 atomes de carbone, ou sont des groupes aryle comportant 6 à 8 atomes de carbone, par exemple phényle. Des composés organiques que l'on préfère sont les composés organiques contenant P qui, lorsqu'ils sont oxydés, donnent leurs oxydes réfractaires utiles. Des exemples de composés organiques appropriés contenant P, B, S et/ou N comprennent le méthyl-phosphonate de diméthyle (DMMP), le phosphate de triéthyle, le borate de tributyle, le diméthyl-sulfoxyde et le diméthylformamide. On pense que le composé organique stabilise la composition de liant en inhibant une autogélification tout en permettant encore une gélification à laide d'un gélifiant ou par séchage.
La composition de liant de l'invention contenant
DMMP s'est montrée particulièrement avantageuse. On a constaté, d'après le test classique de l'équivalent à un cône pyrométrique (PCE), qu'une composition de liant contenant 21 % en poids de "Ethyl Silicate 40", 4,7 % en poids d'eau, 37 % en poids d'éther monoéthylique du diéthylène-glycol, 30 % en poids de "Nalcoag 1129", 7,2 % en poids de DMMP et 0,1 % en poids de HC1 concentré, préparée selon la présente invention, avait une valeur PCE de 32-33, alors qu'une composition de liant sans DMMP ne présentait qu'une valeur PCE d'environ 29. On peut prévoir des valeurs PCE analogues pour d'autres compositions de l'invention.Cette caractéristique de la composition de liant de la présente invention est considérée comme très avantageuse car elle signifie que cette composition peut être utilisée à des températures plus élevées que dans le cas de compositions de liant classiques sans DMMP. Par exemple, cette caractéristique permet à la composition de liant de l'invention d'être utilisée avantageusement dans la coulée d'alliages métalliques nécessitant des températures de fusion supérieures à 1649 CC ou même à 1704"C.
La composition de liant de la présente invention contient de la silice colloldale et la matiere liquide contenant des groupes Si-OH à un rapport en poids d'environ 1:12 à environ 75:1, par exemple d'environ 1:10 à environ 10:1, respectivement. De préférence, la composition de liant contient environ 1 à environ 60 % en poids, par exemple environ 2 à environ 60 % en poids, de la matière liquide contenant des groupes Si-OH, et de préférence d'environ 2 à environ 40 % en poids, par exemple d'environ 5 à environ 40 %. La composition de liant contient également, et de préférence, environ 5 à environ 75 % en poids, par exemple environ 5 à environ 55 % en poids de silice colloïdale, et de préférence environ 5 à 60 % en poids, par exemple envi
on 5 à environ AO 4.
On a également constaté qu'on obtenait de très bons résultats avec des quantités relativement faibles de matière liquide contenant des groupes Si-OH. Par exemple, une coznposition préparée à partir d'un mélange de composants primaires consistant essentiellement en 4,1 % en poids de "Ethyl Silicate 40", 4,1 % en poids de DMMP, 36,3 % poids d'éther monométhylique de propylène-glycol et 55,3 % en poids de "Nyacol 2034" (silice colloïdale à 34 % de SiO2 et 66 % de H2O), lorsqu'elle est utilisée comme poteyage pour un moule en sable, donnait une surface de coulée de l'acier lourd aussi satisfaisante qu'une surface "venue de coulée".En raison des faibles quantités de silicate utilisées: ces compositions sont faciles à fabriquer et sont également très économiques. Bien qu'on ait constaté que la matière liquide contenant des groupes Si-QH constitre une partie indispensable de la composition de liant de l'invention, la limite inférieure de pourcentage pondral d'une telle matière liquide n'a pas été déterminée avec précision.D'autre part, du fait qu'une proportion d- 4,1 73 en poids convient, on pense qu'un pourcentage en pries aussi faible que i % et peut-etre même inférieur r eut être utilise tout en donnant encore de bons résultats comme, par ample, pour un poteyage pour moulage à la
Ci perdue.
Le solvant et le composé organique sont présents dans la composition de liant de la présente invention en quantités suffisantes pour solubiliser la silice colloldale et la matière liquide contenant des groupes Si-0H pour pronuire une composition de liant qui soit stable à 1 'encontre d une auto-gélification, t qui se gélifie an une seule phase. De préférence, la composition de liant est stable à l'encontre d'une auto-gélification pendant au moins environ 3 c 9 mois, et mieux encore pendant au moins une année ou davantage.Les concentrations appropriées de composés orga niques aprotiques dans les compositions de liant de la présente invention comprennent celle se situant entre environ 0,5 X et environ 50 % en poids de la composition, et de préférence entre environ 1 % et environ 20 % en poids, par exemple entre environ 5 et environ i2 %. De préférence, la composition de la présente invention comprend environ 10 % à environ 93,5 % en poids, par exemple entre environ 20 et environ 55 % en poids, de solvant. En général, lorsqu'on utilise plus de composé organique aprotique, on utilise moins de solvant et, de préférence, une proportion d 4 environ 20 à environ 60 suffit.
Il est parfois avantageux d'inclure un agent épaississant pour préparer des compositions réfractaires à l'aide de la composition de liant de la présente invention.
On utilise de préférence une quantité minimale usagent épaississant de manière à ne pas perturber le système.
En général, pour préparer les compositions réfractaires, on utilise des quantités inférieures à environ 0,1 X en poids, de préférence d'environ 0,01 à environ 0,1 X en poids, d'agent épaississant. Des agents épaississants appropriés comprennent les agents épaississants non ioniques classiques tels que des hydroxyaîkyl-celluloses, par exemple 1'hydroxypropyl-cellulose, notamment "Klucel Hil disponible auprès de la société Hercules. L'agent pas sissant confère à la composition réfractaire une car acté- ristique de ralentissement de la séparation par dépôt, en sorte que la séparation par dépôt du réfractaire ajouté, par exemple de la poudre de silicate de zirconium,soit inhibée.
Diverses autres matières peuvent être incorporées dans la composition de liant de la présente invention, par exemple les produits résultant de la réaction d'hydra- tation des silicates d'alkyle, des surfactifs et des modificateurs de viscosité, de maniere à donner une "peinture" à laquelle des particules de charge peuvent être ajoutées pour produire des revêtements réfractaires. Les quantités et les types de telles autres matières varient selon le but de l'additif et l'application finale de la composition de liant.
La composition de liant peut être préparée par tout procédé capable de produire un mélange ou une composition stabilisé contenant ces quatre éléments de base.
Dans un procédé, un acide inorganique fort tel que l'acide sulfurique ou l'acide chlorhydrique concentré est mélangé à l'eau. L'eau est de préférence distillée ou désionisée,et elle est présente à peu près en la quantité nécessaire pour hydrater le silicate d'éthyle, c'est-à-dire qu'on évite de forts excès d'eau. L'acide doit être présent de manière que le pH final de la composition de liant soit compris entre environ 1 et environ 3. Un solvant approprié pour le silicate d'alkyle et la silice colloïdale est ensuite ajouté, par exemple l'alcool isopropylique, l'éther monoéthylique du diéthylène-glycol, et/ou l'éther monométhylique du propylène-glycol.Ce mélange est agité et un silicate d'alkyle tel que le silicate d'éthyle est ensuite ajouté lentement et la température est réglée , de préférence entre 15 C et 31"C. Pendant cette partie de la réaction, le silicate d'alkyle est hydraté. Cette réaction d'hydratation est exothermique et, en conséquence, elle peut être suivie à l'aide d'un thermomètre. Lorsque le système cesse de dégager de la chaleur, la réaction est essentiellement terminée.
Cependant, dans ce procédé, on laisse de préférence la solution de silicate d'alkyle hydraté "reposer" pendant une certaine période de temps, par exemple 24 heures ou plus, afin de stabiliser le silicate d'alkyle hydraté ainsi produit. Après cette période de repos, le composé organique, de préférence DMMP, est ajouté sous agitation, puis sur une certaine période de temps, la silice colloïdale est ajoutée lentement. Ce procédé donne une composition de liant très stable.
Dans une autre forme de réalisation, l'ester silicique, l'acide concentré, le solvant et le composé organique aprotique peuvent être placés dans un réacteur et la silice colloïdale peut être ajoutée lentement aux corps réactionnels ci-dessus, par exemple en utilisant une ampoule à robinet. De préférence, le mélange réactionnel est formé par mélange de l'ester silicique avec le solvant et/ou le composé organique aprotique, puis addition de l'acide.
L'acide sert de catalyseur pour la réaction d'hydratation et est présent en une quantité suffisante pour conférer à la composition de liant résultante un pH final compris entre environ 1 et environ 3. La silice colloïdale fournit sensiblement toute l'eau nécessaire à l'hydratation de l'ester silicique. De préférence, le réacteur est susceptible d'être réglé en température, par exemple refroidi par eau. La température est de préférence maintenue entre environ 15"C et environ 31"C et, pendant toute la réaction, les corps réactionnels sont agités, par exemple au moyen d'un agitateur mécanique. La silice colloldale est introduite goutte à goutte dans le mélange réactionnel à faible vitesse, par exemple de façon à assurer une durée de réaction de 1 à 2 heures.Ceci permet une hydratation du silicate d'alkyle sans gélification de la composition de liant résultante. Au cours des étapes initiales de la réaction, la silice colloïdale est hydratée. Cette hydratation se produit généralement dans le premier quart de la durée totale de réaction. Là encore, pendant la période d'hydratation, il se produit généralement un dégagement de chaleur qui est facilement décelable à l'aide d'un thermomètre.
Ainsi, la température des corps réactionnels peut être utilisée pour suivre la réaction a d'hydratation.
La composition de liant pourrait également être préparée en partant d'un silicate d'alkyle hydraté et en y ajoutant simplement le composé organique aprotique et la silice colloïdale comme décrit ci-dessus. Un tel silicate d'alkyle hydraté est disponible auprès de la société
Stauffer Chemical Company sous la désignation "Hydrated
Ethyl Silicate Type E-S".
La composition de liant de la présente invention peut être utilisée -seule, par exemple comme adhésif résis tant à la corrosion, ou bien on peut l'utiliser pour préparer des compositions réfractaires pour de nombreuses app-licationsw par exemple comme moules pour coulée à la cire perdue, comme revêtement réfractaire pour la pellicule de matière plastique dans le procédé V bien connu, comme revêtements pour des moules en sable, comme articles façonnés réfractaires ou comme mousses réfractaires. Ces compositions réfractaires comprennent fondamentalement la composition de liant décrite ci-dessus et des particules de charge, par exemple un agrégat plus grossier et/ou des poudres fines.
En outre, les compositions réfractaires peuvent contenir une quantité prédéterminée d'un additif choisi dans le groupe comprenant l'acétate de polyvinyle,l'alcool polyvinylique, des gommes, et de l'argile pour conférer de la résistance à l'état vert. Un surfactif peut également âtre incorporé pour le mouillage des poudres réfractaires pendant la préparation et l'utilisation des compositions destinées à revetir des surfaces, par exemple de moules en sable.
Le choix des particules de charge dépend de l'application finale envisagée pour la compositions réfrac
aurez comme c'est généralement le cas en pratique. Les particules de charge peuvent modifier et améliorer de nom breu~es propriétés du liant, y compris le caractère réfrac taie, la stabilité, la perméabilité et la dureté. ainsi
i on prépare un moule pour coulée à la cire perdue, on utilisera le plus vraisemblablement des combinaisons de poudres fines et d agrégat plus grossier, comme il est d'usage en pratique, tandis que des particules de charge en poudre, par exemple le zircon broyées de manière à passer au tais à mailles de 0,149 mm ou moins sont de prerence utilisées si l'on envisage de revêtir la surface d'vil moule en sablez L' addition de graphite peut fournir un système de liant du type non oxydant à utiliser par exemple c1ans la fabrication de pieces coulées en titane, dans les quelles le titane fondu pourrait normalement être oxydé par l'oxygène du système de liant. Des exemples.de particules de charge appropriées comprennent les charges réfractaires et non réfractaires.Des exemples de charges non réfractaires comprennent le polystyrène (par exemple en perles), le mica, le talc, l'oxyde de fer et l'acide borique.
Des particules réfractaires appropriées comprennent le zircon, la silice, l'olivine, l'argile, le silicate d'alumine, le graphite, la silice fondue, l'alumine, la chromite, le silicate d'alumine fibreux, la magnésie, ou le quartz.On peut également utiliser des combinaisons de ces matières de charge.
Les particules de charge peuvent être mélangées avec la composition de liant de la présente invention en toutes proportions convenant à la production d'une composition adaptée au but visé, comme il est d'usage en pratique.
En général, les compositions chargées contiennent environ 5 à 50 % en poids de la composition de liant.
La composition de liant et la composition chargée selon la présente invention peuvent être gélifiées de toute manière connue. Par exemple, le liant et la composition chargée peuvent être gélifiés en utilisant un agent gélifiant tel que l'hydroxyde d'ammonium-. MgO ou l'ammoniac gazeux. Les compositions peuvent également être gélifiées par séchage, comme cela est courant en pratique.
Les compositions de liant de la présente invention lient ensemble les particules de charge sans avoir recours à un chauffage. Les compositions chargées de l'invention sont très avantageuses car elles peuvent se gélifier à la demande, mais elles sont elles-mêmes stables à l'encontre d'une gélification et peuvent être utilisées dans de nombreuses applications à l'état cuit ou non cuit.
Les compositions chargées peuvent être des compositions réfractaires gélifiées à la forme désirée, par exemple par le "procédé à la cire perdue" ou sous la forme d'un article faconné réfractaire ou de mousse réfractaire comme décrit ci-après. La composition réfractaire façonnée gélifiée peut être utilisée telle quelle, ou bien elle peut être cuite à une température suffisante pour oxyder les composés organiques aprotiques qu'elle contient pour complexer les oxydes réfractaires et/ou les matières volatilisées.
Comme indiqué ci-dessus, les compositions réfractaires de l'invention peuvent être utilisées dans des procédés classiques pour préparer des moules pour coulée à la cire perdue, des revêtements pour moules tels que des moules en sable, des articles façonnés réfractaires et des mousses réfractaires. Ces procédés sont classiques en pratique et n'ont pas besoin hêtre décrits en détail dans le présent mémoire. Cependant, étant donné que la présente invention peut être utilisée dans des tels procédés, on en débat brièvement ci-après pour ce qui concerne l'invention.
Un certain nombre de caractéristiques sont importantes dans les moules pour coulée à la cire perdue
(1) Ils doivent pouvoir résister à des températures
élevées, car certains métaux ayant une importance
commerciale deviennent fluides à des températures
supérieures à environ 540"C, et le fer et l'acier
au-dessus de 1100 C.
(2) Le moule doit également être conforme à des spécifi
cations proches de celles normalement rencontrées
dans les pièces métalliques d'appareils.
(3) Les moules doivent reproduire fidèlement la forme
et les dimensions du modèle du moule ; et en con
séquence, la composition de liant utilisée pour
préparer le moule doit avoir une résistance suf
fisante pour que la composition réfractaire puisse
résister aux forces physiques de manipulation,du
début à la fin du processus de formation du moule.
(4) Le moule doit pouvoir être fabriqué rapidement à
la température ambiante et présenter une cohésion
suffisante du liant après formation pour résister
aux contraintes de l'élimination de la cire rencon
trées lors de l'enlèvement du modèle en cire.
(5) Le moule débarrassé de la cire doit également
pouvoir résister à de longues périodes de stoc
kage à la température ambiante sans se détériorer,
Ces caractéristiques sont présentées par le liant et les compositions réfractaires de la présente invention.
En particulier, les compositions réfractaires de la présente invention peuvent résister à des températures correspondant aux cônes pyrométriques (PCE) N" 32-33 et ont une résistance suffisante pour résister également au "procédé à la cire perdue" dans la préparation de moules pour coulée à la cire perdue.
Les moules pour coulée à la cire perdue sont généralement préparés par le "procédé à la cire perdue". Dans ce procédé, un moule en cire est préparé à la forme souhaitée pour la pièce coulée métallique finale. Le liant est appliqué à ce moule en cire par immersion de celui-ci dans une suspension réfractaire telle qu'une composition réfractaire de l'invention. Des particules de charge, par exemple des particules réfractaires, sont ensuite appliquées aux revêtement de suspension du moule en cire et la composition de liant est gélifiée. Le moule en cire est ensuite plongé à nouveau dans la suspension réfractaire, on applique encore des particules de charge et la composition de liant est à nouveau gélifiée. Ces étapes sont répétées jusqu'à ce qu'on ait obtenu les caractéristiques souhaitées du moule réfractaire pour coulée à la cire perdue.Normalement, la dimension des particules de charge augmente de l'intérieur vers l'extérieur du moule de coulée.
Le moule enrobant la cire est ensuite débarrassé de celle-ci par des procédés également classiques. La suspension réfractaire de l'invention confère une résistance suffisante au moule pour qu'il puisse résister aux contraintes rencontrées à cette étape d'élimination de la cire.
Le moule débarrassé de la cire préparé selon la présente invention peut être stocké pendant de longues périodes de temps. On peut ensuite l'utiliser dans un pro cédé classique de coulée à la cire perdue Pendans le processus de coulée, le liant et les compositions réfractaires doivent résister à des contraintes encore supérieures.
Pour préparer un moule cuit pour coulée à la cire perdue, le moule débarrassé de la cire est tout d'abord cuit à des températures de cuisson d'environ 980"C. Cette euis- son réalise trois effets
(1) elle débarrasse la cavité du moule de toute ma
tière organique résiduelle
(2i elle oxyde et recristallise toutes les matières
réfractaires en leur forme la plus stable à tem
pérature élevée ; et
(3) elle chauffe le moule pour réduire le choc ther
mique dû au métal fondu pendant la coulée
Ainsi, comme il est d'usage en pratique, on doit veiller pendant la formulation du liant, à compenser les variations de dimensions qui se produisent dans le liant pendant la cuisson.Certaines défaillances au moule sont caractérisées par des phénomènes tels que des fractures, un voile, des étranglements de passage, une faible résistance ët des problêmes de perméabilité. Ces défaillances ont été, dans une ce--ine mesure, attribuées aux liants réfractaires La présente invention assure une bonne fiabilité du liant.
Afin d'éviter les difficultés ci-dessus, le liant du moule pour coulée à la cire perdue doit résister à un traitement à haute température lorsque le moule, qui est nomalement à environ 980"C, est déplacé de la position de cuisson, qui est généralement une position retournée sur l 'n-nvers à la position de coulée, qui est la position etournée sur l'endroit. Tout ceci nécessite de la rigidité dans des conditions tendant vers la plasticité en raison de la vitrification.
Le liant doit également résister aux rigueurs de la coulée. Ceci signifie que la cavité du moule doit pouvoir capter le métal fondu à mesure qu'il tombe du four ou de la poche de coulée et résister aux deux chocs rencontrés dans cette chute. Ainsi, le liant doit pouvoir résister au choc mécanique provoqué par le heurt avec une masse tombante ayant une densité de 5 à 9, et au choc thermique dû au heurt avec une masse très chaude présentant une différence de température atteignant environ 550"C ou plus.
Le liant doit en outre décrépiter après la sol i- dification du métal de manière à ne pas imposer de contraintes mécaniques excessives au métal chaud pendant l'étape de refroidissement, alors qu'il subit un retrait et est susceptible de subir des déchirures à chaud dues à l'action des milieux de moulage plus solides.
Le liant ne doit pas adhérer aux surfaces métalliques après le décochage. S'il en est ainsi, la pièce coulée présentera des défauts tels que des grippures, des défoncements ou autres altérations de surface. En d'autres termes, il ne doit laisser ni déchets ni traces lorsqu'on 1 'enleve.
Le liant et les compositions réfractaires de la présente invention permettent d'obtenir ces résultats souhaitables pour des moules de-coulée à la cire perdue.
Dans le cas de la coulée en moules en sable, les exigences concernant les moules sont analogues mais moins rigoureuses que celles décrites ci-dessus. De même, du fait qu'il y a une ligne de séparation et que le modèle peut être retiré intact du moule avant la fermeture et la coulée, iln'ya pas d'étapes d'élimination de lacire ni de cuisson, > et les spécifications de coulée ne sont pas aussi sévères.
Le moule en sable est également normalement à la température ambiante lorsqu'il est utilisé pour la coulée. La résistance du moule en sable ne représente en général qu'une petite fraction de la résistance du moule pour coulée à la cire perdue, mais elle est beaucoup plus massive.
La coulée de métal fondu dans des moules en sable est un procédé largement utilisé et admis pour la formation de pièces. Cependant, elle présente plusieurs limitations inhérentes au procédé.
Les moules en sable sont fabriqués à partir de sable dont les grains ont une dimension comprise entre environ 30 et 100 par unité de 2,54 cm linéaire. Lorsque ces grains sont tassés en une masse dure et maintenus ensemble avec un liant approprié, la surface de la cavité du moule (qui est exposée au métal fondu et contre laquelle ce métal se solidifiera) confère au métal la même uniformité que les grains de sable dont elle se compose. En termes de surfaces métalliques, la surface du moule n'est pas lisse.
Plusieurs phénomènes apparaissent lorsque le métal fondu est versé dans la cavité du moule en sable.
Tout d'abord, il y a la charge dynamique du fluide à mesure qu'il est déversé dans le vide. Ensuite, il y a un "temps de repos" du fluide lorsqu'il repose contre les parois de sable et perd de sa chaleur. Enfin, il y a la solidification dans laquelle le fluide se solidifie en épousant la forme de la cavité du moule et toute sa surface extérieure se trouve en contact intime avec la surface en sable de la cavité du moule. Ce contact surface/surface est connu comme interface métal/moule.
Pendant la première étape dynamique, lorsque la cavité du moule est en cours de remplissage, la ruée du fluide a tendance à arracher les grains de sable qui n'y adherent que peu de la surface du moule et à les transporter dans le métal liquide. Ceci provoque des inclusions dans le métal ainsi qu'une altération de l'interface métal/ moule. Si l'érosion est assez sévère, les dimensions de la pièce coulée peuvent s'en trouver affectées ainsi que l'intégrité du métal. Evidemment, une surface de moule en sable ayant une résistance suffisante à cet effet d'érosion est indispensable.
Pendant la seconde étape où le liquide est statique, lorsque le métal fluide a rempli la cavité et perd alors doucement sa chaleur par l'interface métal/moule, la surface du moule est soumise à des conditions thermiques sévères. On doit se souvenir qu'avec l'entrée du métal fondu dans la cavité du moule, la surface du sable se trouvait à la température ambiante, peut être de 27"C. Maintenant, quelques secondes plus tard seulement, l'interface se trouve à la température du métal fondu, peut être 15380C, le gradient thermique étant très brutal et la température variant rapidement dès qu'on s'éloigne du métal. Ceci est un choc thermique du plus mauvais type. L'interface est ainsi soumise à des contraintes élevées et, dans de nombreux cas, elle ne résiste pas à ces conditions.Lorsqu'il se produit une défaillance de la surface du moule à l'interface, il en résulte un petit nombre d'états remarquables du métal. Ces états sont désignés par des appellations pittoresques : queue de rat, gale volante, défoncement, nervure, grippure, peau d'orange, fragilisation due à l'azote, reprise, porosité et soufflure pour n'en citer que quelquesunes. Ces états entraînent tous d'autres difficultés et des frais pour le fondeur.
Pendant la troisième étape de solidification, lorsque le métal se solidifie et prend la forme et l'aspect de surface de la cavité du moule - maintenant altérée par l'érosion et le choc thermique - les défauts énumérés cidessus sont rendus définitifs dans la pièce coulée.
Si l'on doit apporter des perfectionnements dans l'aspect de la pièce coulée en ce qui concerne les faiblesses de l'interface métal/moule, il est évident d'après ce qui précède que ces perfectionnements doivent être apportés à la surface du moule avant que celui-ci ne soit fermé et que le métal fondu ne soit versé dans la cavité.
La présente invention permet d'obtenir ces caractéristiques souhaitées de l'interface.
La composition réfractaire selon l'invention, formée à partir d'un mélange des ingrédients décrits cidessus, peut être combinée avec une poudre réfractaire, comme on l'a déjà mentionné, pour produire un mélange analogue à une suspension pour le traitement de surfaces de de moules qu'on désignera parfois par "poteyage". De préférence, la poudre réfractaire est choisie dans le groupe comprenant le silicate de zirconium, la silice, le silicate d'alumine, le graphite, la silice fondue, l'alumine, le chromite, le silicate d'alumine fibreux, la magnésie ou des combinaisons de ceux-ci. Ces poudres réfractaires sont de préférence broyées à une dimension inférieure à environ 0,149 mm.
La suspension produite peut être appliquée pour revêtir la surface de la cavité du moule en sable, par exemple par brossage, atomisation, immersion ou à la queue de vache. On laisse ensuite sécher cette surface revêtue avec ou sans application de chauffage, c'est-à-dire que la composition réfractaire se gélifie sur place à la surface du moule. La surface du moule ainsi revêtue présente des propriétés convenant parfaitement pour assurer le rôle de 1 ' interface métal/moule.
Par exemple, les réfractaires en poudre fine sont beaucoup plus petits que les vides entre les grains de sable de la surface du moule. Par conséquent, les réfractaires en poudre ont tendance à se déposer dans ces vides et à i-ormer une couche sur la surface des grains de sable supérieurs. De ce remplissage des vides, il résulte une surface 1 isse qui est très réfractaire et imperméable à une péné tralwion car le métal liquide ou les vapeurs métalliques.
En outre, dans la présente invention, ce poteyage n'affecte pas uniquement la surface supérieure du moule.
> n examine sous grossissement une section de la surface du moule, on peut voir que le réfractaire en poudre fine a pénétré de trois grains de sable ou plus dans le milieu de moulage. Ceci signifie que les vides de la surface de moule de 1 interface ont été remplis avec un réfractaire de haute qualité jusqu'à une profondeur de trois grains de sable ou plus.
En outre, la phase liquide de la composition de liant de l'invention pénètre dans, et lie,la masse de sable du moule sur une profondeur de 6,35 mm à quelques centimètres, selon les caractéristiques du milieu de moulage.
I1 résulte de cette liaison profonde de l'interface du moule une surface de moule dure qui peut résister à des chocs thermiques et mécaniques considérables.
En utilisant l'invention sous la forme d'un revêtement de composition réfractaire sur des moules en sable, le sable est étroitement lié. Le sable n'est en conséquence pas détaché de la surface par érosion pour être emprisonné dans la pièce coulée métallique sous forme d'une inclusion.En outre > en raison de la dureté, la surface du moule a moins tendance à se fracturer, ce qui élimine les défauts de dilatation normalement associés à une interface de paroi de moule faible. Comme autre avantage, du fait que la paroi du moule est lisse par suite du remplissage des vides entre les grains de sable par la poudre réfractaire, la solidification du métal a lieu sur une surface lisse et donne une pièce coulée métallique lisse.
Dans une autre forme de réalisation encore de l'invention, la composition de liant selon l'invention est utilisée dans un procédé connu en pratique sous lrappella tion de "procédé V" pour la préparation de moules en sable pour pièces coulées métalliques de grande dimension.
Comme mentionné ci-dessus, le procédé V est classique dans la technique et comprend fondamentalement les étapes consistant : à obtenir un modèle du produit à réaliser à placer une pellicule de matière plastique organique sur le modèle en sorte que la pellicule de matière plastique épouse fondamentalement la forme du modèle, par exemple par chauffage de la pellicule pour obtenir une bonne élasticité et en appliquant un vide entre la matièreplastique et le modèle du moule , à revêtir la surface exposée de la pellicule de matière plastique d'un poteyage réfractaire ; à sécher le poteyage réfractaire ; à placer un réci pientrésistant au vide pourqu'il s'ajuste sur la pellicule de matière plastique et recouvre le modèle, le récipient résis tan t au vide ayant une première ouverture convenant à la réception du modèle et une seconde ouverture pour l'addition de sable dans le récipient a' ajouter du sable dans le récipient par la seconde ouverture de manière que le sable se trouve en contact avec la pellicule de matière plastique ; à faire vibrer le sable pour le tasser et pour qu'il épouse la forme du modèle, en fermant la seconde ouverture pour qu'au moins un vide partiel puisse être appliqué sur le sable contenu dans le récipient ; à appliquer au moins un vide partiel au récipient et au sable jusqu'à ce que le sable soit maintenu en place contre le poteyage réfractaire sur la pellicule de matière plastique faisant face au modèle ; à libérer le modèle de la pellicule de matière plastique, par exemple en relâchant le vide appliqué entre la pellicule de matière plastique et le modèle. Ce procédé donne une portion d'un moule qui peut être utilisé avec d'autres moules analogues en combinaison pour fournir des pièces coulées métalliques de grandes dimensions, comme on le sait en pratique. Les poteyages réfractaires qui ont été utilisés auparavant pour revêtir la matière plastique n'ont pas donné un joint résistant au vide efficace à température élevée dans certains cas lorsque le métal pour la coulée est placé au contact du moule.Par exemple, dans le cas d'un moule de grandes dimensions ou lorsque le moule présente des angles vifs, etc., la chaleur du métal fondu vaporise et/ou décompose la pellicule de matière plastique. Du fait que les poteyages réfractaires de l'art antérieur utilisés ne fournissent pas une barrière efficace au vide, le joint créé par la matière plastique est rompu.Du fait que le vide est maintenant cassé avant un durcissement effectif du métal solide, le sable se détache et des défauts apparaissent dans la pièce couléeo
On a maintenant découvert que les compositions réfractaires de la présente invention pouvaient être utilisées à la place des poteyages réfractaires antérieurs pour fournir une meilleure interface métal/moule ainsi qu'un joint étanche au vide satisfaisant lors de l'élimi- nation, par combustion, de la pellicule de matière plastique pendant l'étape de coulée du procédé V . Ainsi, la composition réfractaire de la présente invention maintient un vide convenable dans le sable et empêche une chute du sable due au manque de vide dans les zones critiques.
Ainsi, les problèmes de fini de surface et de chute de sable sont considérablement allégés grâce à la présente invention. Par conséquent, la présente invention propose dans une autre forme de réalisation un procédé consistant à préparer un modèle du produit à obtenir ; à placer une pellicule de matière plastique organique sur le modèle en sorte qu'elle épouse la forme du modèle ; à revêtir la surface exposée de la pellicule de matière plastique avec un liant et/ou une composition réfractaire comprenant des particules réfractaires et une composition de liant, ladite composition de liant étant réalisée comme décrit ci-dessus conformément à la présente invention ; et à gélifier ledit liant et/ou la composition réfractaire. Les autres étapes du procédé V décrit ci-dessus peuvent également être effectuées d'une façon classique en pratique.
Dans une autre forme de réalisation encore, la composition réfractaire de la présente invention peut également être utilisée pour fabriquer des articles façonnés réfractaires cuits ou non cuits.
En pratique courante, les articles façonnés réfractaires sont généralement fabriqués en mélangeant tout d'abord les matières réfractaires avec de l'eau pour obtenir la forme souhaitée. Un certain degré de séchage est alors nécessaire pour fabriquer des matières "vertes" prêtes à la cuisson, qui constitue l'étape finale. Bien que les ingrédients ne soient pas trop coûteux, la cuisson peut être très onéreuse, en particulier dans le cas de réfractaires à haute température.
Comme alternative à la cuisson dans la fabrication d'articles façonnes réfractaires, plusieurs types de liant ont été proposés et/ou utilisés qui durcissent à la température ambiante, en éliminant ainsi l'étape de cuisson au cours de la production. Certaines matière couramment utilisées dans ce but sont les suivantes
(1) Silicate de sodium : sa matrice présente des ions sodium et par conséquent il forme une phase vitreuse liquide à basse température dans le liant, ce qui limite sévèrement son application dans un travail à haute température.
(2) Aluminate de calcium : Bien qu'étant un perfectionnement au ciment Portland qui est un mauvais ciment réfractaire, ce liant est limité à une température d'environ l4800C selonle fabricant. La présente invention agit comme liant au-dessus de 1700 C lorsqu'on le désire.
(3) Divers phosphates : Ceux-ci peuvent être utiles dans une application réfractaire allwdessous de 1658"C.
La présente invention agit comme liant au-dessus de 1700 C.
(4) Silicate d'éthyle : Bien que ce liant présente l'avantage de ne contenir que du dioxyde de silicium comme adhésif réfractaire, il constitue un moyen relativement médiocre pour la liaison des agrégats réfractaires.
Par conséquent, les articles façonnés liés avec le silicate d'éthyle ont tendance à être fragiles.
(5) Sol de silice colloldale o Ce liant tire sa résistance du séchage et dans des masses épaisses importantes, il demande beaucoup de temps et il subit un retrait.
Toutefois, du fait que la liaison est constituée par du dioxyde de silicium pur, la liaison finale est satisfaisante pour travailler à haute température.
(6) Système hybride silice colloïdale/silicate d'éthyle (par exemple les systèmes hybrides décrits dans les brevets US N 3 961 968 et N 4 289 803 mentionnés cidessus) : Ce système hybride ne présente pas l'avantage de la présence d'un composé organique aprotique comme dans le cas de la formulation de l'invention pour permettre une souplesse plus grande de la composition de liant ainsi que pour conférer de la stabilité à la solution.
Les articles façonnés réfractaires non cuits sont utiles dans les communautés industrielles, car ils permettent des réparations rapides des équipements, une maturation précise par contact du modèle, un montage sur le terrain à plus bas prix, une fabrication automatisée en usine, des économies d'énergie et une multitude d'économies et d'avantages spéciaux inhérents à chaque besoin.
En conséquence, plus les avantages des réfractaires non cuits répondront aux besoins des utilisateurs, plus l'industrie utilisera des formes non cuites. Les compositions de l'invention assurent ces caractéristiques utiles.
Dans une autre application, les compositions réfractaires de la présente invention peuvent être utilisées pour préparer des mousses réfractaires non cuites.
I1 y a eu dans l'industrie un besoin considérable de matieres du type mousse, que l'on fait mousser soit sur place soit en bloc. Cette matière en mousse peut servir d'isolant, d'emballage, de filtres, de tamis, d'écrans, de décorations, de structures, de récipients, etc. En d'autres termes, ces mousses ont trouvé une large gamme d'applications. Eu égard à ce qui précède, il s'est avéré intéressant d'utiliser toutes les formes de matières poreuses y compris des mousses pour filtrer des liquides lorsque les températures ne dépassent pas quelques dizaines de degrés C.
A mesure que la température s'élève, cependant, cette filtration devient plus difricile jusqu'à ce que, aux températures auxquelles la plupart des métaux du commerce sont liquides, on ne dispose que de très peu de matières, sinon d'aucune, pour effectuer cette filtratIon. La présente invention fournit un moyen pour fabriquer une mousse réfractaire continue de toute dimension de pore souhaitée et de toute forme extérieure et dimensions voulues.
Une mousse réfractaire selon la présente invention peut être fabriquée, par exemple, en formant une composition réfractaire en suspension conformément à l'invention en utilisant n'importe quelle poudre réfractaire ou combinaison de poudres, par exemple le silicate de zirconium, la silice, l'olivine, le chromite, la mullite, l'oxyde de magnésium, l'oxyde d'aluminium, le graphite, l'argile, etc. Un morceau de mousse organique poreuse continue à la dimension de pore souhaitée est ensuite fournie.
La mousse est découpée et ébarbée aux dimensions extérieures et à la forme voulues pour la mousse réfractaire terminée.
La mousse est immergée dans la suspension de manière à recouvrir toutes les surfaces organiques, et égouttée afin que les passages intérieurs ne soient ni fermés ni obstrués.
La pièce est ensuite gélifiée avec un agent gélifiant ou mise de côté pour mûrir et durcir, ou elle est cuite à basse température pour accélérer la maturation. Dès qu'elle est mûrie, la mousse réfractaire est prête à l'emploi comme filtre avantageux pour métal à haute température. Par exemple, elle peut être placée dans un courant de métal pour retenir les solides entraînés sans élimination par combustion.
Les exemples suivants sont présentés à titre illustratif mais non limitatif des compositions et des procédés de la présente invention.
EXEMPLE 1
On prépare un liant réfractaire conforme à la présente invention en utilisant les ingrédients énumérés ci-après
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS
Eau (distillée, désionisée) 1,8
Acide sulfurique concentré 0,12
Ether monoéthylique du diéthylène-glycol (DE) 52,16 ',Ethyl Silicate" 401 8,0
Méthyl-phosphonate de diméthyle (DMMP) 8,64
Sol de silice colloïdale2 30,0
Remet Chemical Company 2 "Nalcoag 1129" de Nalco Chemical Company
On place l'eau dans un réacteur refroidi par eau et ajoute l'acide sulfurique. On ajoute ensuite le DE et met en marche l'agitateur. Ensuite, on ajoute lentement le silicate d'éthyle et on surveille la température. Toute la réaction est maintenue entre 200C et 24"C. Pendant cette partie de la réaction, le silicate d'éthyle est hydraté.
Le DE est présent dans le système pour faire passer le silicate d'éthyle oléophile en solution avec l'eau. On ajoute juste assez d'eau au système pour hydrater le silicate d'éthyle. La réaction est exothermique et en conséquence, elle peut être suivie. Lorsque le système cesse de dégager de la chaleur, la réaction est essentiellement terminée.
On arrête alors l'agitateur et on laisse la solution reposer pendant 72 heures afin de stabiliser le silicate d'éthyle hydraté produit.
Au bout de 72 heures, on remet en marche l'agitateur et on ajoute le méthyl-phosphonate de diméthyle.
Le mélange est effectué pendant 1 minute. Ensuite, en une période de temps d'environ 6 minutes, on ajoute le sol de silice colloldale. On mélange la composition résultante pendant quelques minutes et on la stocke.
On a constaté que cette composition de liant était très stable à l'encontre d'une auto-gélification pendant au moins 6 mois. La composition se gélifie également à la demande par addition d'un agent gélifiant tel que l'hydroxyde d'ammonium en donnant un gel en une seule phase.
EXEMPLE 2
On prépare une composition de liant réfractaire conforme à la présente invention-en utilisant les ingrédients suivants
INGREDIENTS PARTIES EN VOLUME
Acide sulfurique concentré 0,33 ml
Eau distillée 15,25 ml
Ether monoéthylique du diéthylène-glycol 275,00 ml "Ethyl Silicate" 401 40,00 ml
Silice colloïdale 151,5 mi
DMMP 38,25 ml
met Chemical Company 9
"Nalcoag 1129" de Nalco Chemical Company
On mélange ces ingrédients selon le même processus de base que décrit à l'Exemple 1 ci-dessus à la différence qu'on ajoute DMMP au début avec DE. La composition résultante s'est montrée très stable à l'encontre d'une auto-gélification même avec la forte teneur en silicate d'éthyle utilisée.La composition se gélifie à la demande avec de l'hydroxyde d'ammonium en donnant un gel à une seule phase.
EXEMPLE 3
On répète les opérations décrites à l'Exemple 1 ci-dessus pour obtenir quatre autres compositions de liant
A, B, C et D en utilisant les ingrédients suivants
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS
A B C D
DMMP 8,64 8,64 8,64 8,64
H2O 2,48 3,38 4,05 4,73 "Ethyl silicate"40 11 15 18 21
DE 48,71 44,11 40,66 37,21 "Nalcoag 1129" 30 30 30 30
H2SO4 0,13 0,14 0,15 0,16
Les compositions A, B, C et D sont toutes stables à l'encontre d'une auto-gélification et se gélifient à la demande par addition d'hydroxyde d'ammonium en donnant un gel à une seule phase.
On aoute à la Composition A ci-dessus 24.% de "Interstab Zirco Drier Catalyst" et 24 % de "Zirconium
Cem-All" à la Composition B ci-dessus Dans chaque cas, jl se produit un petit précipité de matières solides, pro bablement dû à une sursaturation, au caractère ionique ou à l'insolubilité
EXEMPLE 4
On prépare une composition réfractaire, destinée par exemple au revêtement d'un moule, à partir des ingrédients suivants
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS
Poudre de silicate de zirconium 75
Alcool polyvinylique3 0,5
Composition de liant de l'Exemple 1 24,5
Surfactif4 0,01 3 "Vinol" disponible à la société Air Products Chemicals, Inc.
"S505LF Poly-tergent" surfactif, disponible auprès de la
société Olin Corporation.
On mélange les ingrédients ci-dessus dans un réacteur muni d'un agitateur et d'un bain d'eau, le mélange entier étant maintenu entre 20"C et 30"C à tout instant.
On place dans le réacteur 24,5 g du liant réfractaire de 1 Exemple 1 et on y mélange 75 g de poudre de silicate de zirconium broyé à 0,074 mm. On poursuit le mélange pendant 20 minutes puis on ajoute 0,5 g d'alcool polyvinylique et 0,1 g de surfactif. Après une autre période de mélange de 20 minutes, on arrête le mélangeur et on stocke le revêtir ment en vue de son utilisation.
EXEMPLE 5
On prépare une composition de liant conforme à la présente invention à partir des ingrédients suivants
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS 11Ethyl Silicate40 12
DMMP 2,5
Acide chlorhydrique (concentré) 0,1 (40 gouttes)
IPA (alcool isopropylique) 51,9
Sol de silice colloidale ("Nalcoag 1129") 33,5
On place tous les ingrédients sauf le sol de silice colloldale dans un récipient réactionnel équipé d'un agitateur et l'on place une ampoule à robinet au-dessus du réacteur. On place la silice colloidale dans l'ampoule.
On place un thermomètre en contact permanent avec les corps en réaction et pouvant être lu de l'extérieur. Les réacteurs peuvent être refroidis par eau. Tous les appareils étant en place, on verse goutte à goutte la silice colloldale dans le reacteur de manière à obtenir une durée de réaction relative de 1 à 2 heures. Pendant toute l'addition du sol de silice colloldale, le réacteur est maintenu sous agitation constante. La première étape de la réaction avec l'introduction de la silice colloïdale est l'hydratation du silicate d'éthyle en présence du solvant mutuel. L'eau est fournie par le sol de silice colloldale. Cette hydratation se poursuit sur une période égale à peu près au quart du temps de réaction. Pendant l'hydratation, il se produit un dégagement de chaleur qui est facilement décelable grâce au thermomètre optique.La fin de l'hydratation est indiquée par la pointe de température. Après l'addition de la totalité du sol de silice colloldale, on peut utiliser la composition résultante comme liant.
La composition résultante peut être utilisée comme liant pour des moules de coulée à la cire perdue, comme liant pour des poteyages de moules, comme agent de séparation pour fromages pour lingots d'acier et comme base pour une peinture résistant à la corrosion.
La composition résultante est mélangée avec de la poudre de silicate de zirconium de dimension particulaire égale à 0,044 mm en un rapport de 1:3, respectivement. Cette composition réfractaire est appliquée comme revêtement à un moule en sable à liant organique et y est gélifiée ou mûrie par voie thermique. Le poteyage de moule résultant recouvrant le noyau s'avère de qualité céramique, car il est très dur et pénètre profondémment et "tinte" nettement comme une cloche.
EXEMPLE 6
On répète le processus de l'Exemple 5, à la différence qu'on utilise les ingrédients suivants et que l'eau est introduite goutte à goutte dans le silicate d'éthyle,
PM, DMMP et l'acide avant l'addition de la silice colloïdale
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS "Ethyl Silicate" 40 377
PM (éther monométhylique du propylène-glycol) 479
DMMP 170
Eau (distillée 60
H2SO4 (concentré) 1,5 (60 gouttes)
Sol de silice colloidale (Nalcoag 1129) 832
La composition résultante est stable à l'encontre d'une auto-gélification à la température ambiante pendant au moins 2 mois.
EXEMPLE 7
On répète le processus de l'Exemple 5, à la différence qu'on utilise les ingrédients suivants et que l'addition du sol de silice colloldale dure environ 5 heures
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS "Ethyl Silicate" 40 20
PM 22,1
DMMP 10 HC1 (concentré) 15 gouttes "Nalcoag 1034" 47,9
La composition résultante est stable pendant 2,5 mois. La composition se gélifie en donnant une coquille pour coulée à la cire perdue dans laquelle on coule de l'acier inoxydable 316 à16350C. La coquille ne se craquèle pas et le métal fondu ne déborde pas et donne une pièce coulée d'excellente qualité.
EXEMPLE 8
On répète le processus de l'Exemple 5, à la différence qu'on utilise les ingrédients suivants
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS "Ethyl Silicate" 40 20
EE (éther monoéthylique de 1 'éthylène-glycol) 37
Borate de tributyle 10
Acide chlorhydrique (concentré) 0,1 (20 gouttes)
Sol de silice colloïdale (Nalcoag 1034) -32,9
La composition ci-dessus donne une composition de liant qui est stable à l'encontre d'une auto-gélification pendant au moins 3 mois.
EXEMPLE 9
On répète le processus de l'Exemple 5, à la différence qu'on utilise les ingrédients suivants
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS "Ethyl Silicate" 40 20 Diméthylsulfoxyde 10
PM (éther monométhylique du propylène-glycol) 22
Acide chlorhydrique (concentré) 0,1 (20 gouttes)
Sol de silice colloldale (Nalcoag 1034) 47,9
La composition ci-dessus donne une composition de liant qui est stable à l'encontre d'une auto-gélification pendant au moins 1,5 mois.
EXEMPLE 10
On répète le processus de l'Exemple 5, à la dif éene qu'on utilise les ingrédients suivants INn.REDlENTS PARTIES EN POIDS "Ethyl Silicate" 40 20 Dimëthylformamide 10
PM 22
Acide chlorhydrique (concentré) 0,1 (20 gouttes) Sol de silice colloldale (Nalcoag 1034) 47,9
La composition ci-dessus donne une composition de liant qui est stable à l'encontre d'une auto-gélification pendant au moins un mois.
EXEMPLE 11
On répète le processus de l'Exemple 5, à la différence qu'on utilise les ingrédients suivants
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS "Ethyl Silicate1, 40 20
Phosphate de triéthyle 10
EE 37
Acide chlorhydrique (concentré) 0,1 (20 gouttes)
Sol de silice colloidale (Nalcoag 1034) 32,9
La composition ci-dessus donne une composition de liant qui est stable à l'encontre d'une auto-gélification pendant au moins trois semaines.
EXEMPLE 12
On utilise le même processus de base que celui décrit dans l'Exemple 6 ci-dessus, à la différence qu'au lieu d'introduire le sol de silice colloïdale goutte à goutte dans le réacteur par l'ampoule à robinet, on introduit de petites portions de sol de silice colloldale à la main sur une période d'environ 1,25 heure. On utilise les ingrédients suivants
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS ',Ethyl Silicate" 40 20
DMMP 10
EE 22,1
Acide chlorhydrique (concentré) 15 gouttes
Sol de silice colloldale (Nalcoag 034) 46,9
Cette composition est stable pendant au moins trois mois et est utilisée avec succès pour la fabrication de coquilles de coulée à la cire perdue.La relativement petite quantité de EE (22,1 %) réduit notablement la stabilité et la quantité relativement importante de silice colloïdale augmente la teneur en eau, ce qui réduit également la stabilité.
EXEMPLE COMPARATIF 13
On prépare également une composition de liant en utilisant de l'acide phosphorique à la place de DMMP et une concentration relativement importante de silicate d'éthyle à partir des ingrédients suivants
INGREDIENTS VOLUME %
Acide phosphorique (85 %) 5,00 ml
Eau distillée 2,29 ml
Alcool éthylique (95 %) 37,90 ml "Ethyl Silicate" 401 43,91 ml
Sol de silice colloïdale 10,90 ml
Remet Chemical Company 2 "Nalcoag 1129" de Nalco Chemical Company
On combine la moitié de l'acide phosphorique et la totalité de l'eau distillée et de l'alcool éthylique et on y ajoute le silicate d'éthyle. L'hydratation du silicate d'éthyle est achevée en environ une heure. On ajoute ensuite la silice colloïdale. Au bout de 20 minutes environ, on ajoute la seconde moitié de l'acide.Au bout d'environ 2 à 3 heures, cette solution se gélifie d'elle-même.
EXEMPLE COMPARATIF 14
On prépare une composition de liant contenant de l'acide phosphorique et une concentration relativement faible de silicate d'éthyle en utilisant les ingrédients énumérés ci-dessous. On place l'eau, l'acide et DE dans un réacteur. On ajoute lentement le"Ethyl Silicate" 40 en une période d'environ 2 heures.Ensuite, on mélange lentement le sol de silice colloldale en environ 4 minutes
INGREDIENTS VOLUME %
Acide phosphorique (85 %) 25,0 mî
Eau distillée 8,5 ml
DE 275,0 ml Ethyl Silicate" 401 40,0 ml
So de silice colloïdale2 151,51 ml remet Chemical Company 2"Nalcoag 1129" de Nalco Chemical Company
On constate que la composition est stable pendant au moins 9 mois, mais comme indiqué ci-dessus, elle ne contient que 8 % en volume de silicate d'éthyle et par conséquent un faible pourcentage de silice dans la composition globale.
EXEMPLE COMPARATIF 15
On répète le processus de l'Exemple 5, à la différence qu'on utilise les ingrédients suivants
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS "Ethyl Silicate" 40 20
TMP (phosphite de triméthyle) 10
PM 22
Acide chlorhydrique (concentré) 0,1 (30 gouttes)
Sol de silice colloldale (Nalcoag 1034) 47,9
Cette composition se sépare en trois phases, elle se gélifie en trois jours et n'est pas utile comme liant.
EXEMPLE COMPARATIF 16
On utilise le même processus de base que celui décrit dans l'Exemple 5 ci-dessus, à la différence qu'au lieu d'introduire goutte à goutte le sol de silice colloldale dans le réacteur, on en ajoute de petites portions à la main sur une période d'environ 1,25 heure. On utilise les ingrédients suivants
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS "Ethyl Silicate" 40 20
BAP (phosphate acide de butyle) 10
PM 22
Acide chlorhydrique (concentré) 0,1 (30 gouttes)
Sol de silice colloldale (Nalcoag 1034) 47,9
Cette matière a la couleur du lait, elle est opaque et présente l'aspect de silice colloïdale gélifiée.
Finalement, une phase solide séparée se dépose dans le fond.
EXEMPLE COMPARATIF 17
On mélange 200 ml de la composition de 1'Exemple 12 ci-dessus avec une solution de 2 grammes d'acétyl-acétonate de chrome dans 20 ml d'éther monométhylique de propylèneglycol. On mélange également, séparément, 200 ml de la composition de l'Exemple 12 avec une solution de 2 ml de méthylcyclopentadiényl-manganèse-tricarbonyle dans 20 ml d'éther monométhylique de propylène-glycol. Les compositions contenant les composés de chrome et de manganèse donnent des gels, ce qui rend ces compositions inappropriees pour être utilisées comme compositions de liant.
EXEMPLE 18
On répète le processus de l'Exemple 5 ci-dessus, avec les modifications et ingrédients suivants
INGREDIENTS PARTIES EN POIDS '1Ethyl Silicate' 40 4,1
PM 36,3
DMMP 4,1 HCl 0,1 "Nyacol 2034" (silice colloidale avec 34 % de SiO2 et 66 % de H2O) 55,3 "Klucel H" (hydroxypropylcellulose) 0,1
On ajoute le "Klucel H" sous agitation à la composition de liant préparée après hydratation du silicate diéthyle 40 et l'addition de la totalité de la silice col loldale au réacteur. L'éther monoéthylique de propylèneglycol est ajouté en deux parties. On en ajoute la quantité initiale d'environ 24,1 parties en poids lors de la préparation des compositions de liant. On ajoute les 12,2 parties restantes après l'addition de Klucel H pour dissiper le trouble ayant pu se développer lors de cette addition.
On mélange la composition de liant résultante (9,5 grammes) avec de la poudre de silicate de zirconium (24,5 grammes) pour donner une composition réfractaire.
On applique cette composition réfractaire en deux couches sur la surface d'un moule en sable en inondant la surface pour assurer une pénétration dans la masse de sable. La première couche est séchée avant l'application de la seconde couche Ce poteyage donne une excellente surface pour la coulée de l'acier lourd. En outre, l'application du poteyage est rapide et facile et sa composition est relativement économique en raison de la faible proportion d'ingrédients coûteux dans le poteyage.
I1 va de soi que l'invention n'a été décrite qu'à titre purement illustratif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre tel que défini dans les revendications annexees.

Claims (28)

REVENDICATIONS
1. Composition de liant hybride, caractérisée en ce que la composition résulte de la combinaison d'ingrédients comprenant la silice colloldale, une matière liquide contenant des groupes Si-OH, un solvant qui est capable de solubiliser la matière liquide et la silice colloidale, et au moins un composé organique, non métallique, non ionique, aprotique qui contient au moins un élément choisi dans le groupe consistant en P, S, B, N et leurs mélanges et qui stabilise la composition de liant à l'encontre d'une autogélification, et dans laquelle ladite silice colloïdale et ladite matière liquide sont présentes à un rapport en poids d'environ 1:12 à environ 75::1, respectivement ladite matière liquide contient au moins 20 % en poids de SiO2 et ladite silice colloldale contient au moins environ 15 % en poids de SiO2, ledit solvant et ledit composé organique étant présents en quantités aptes à solubiliser la matière liquide et la silice colloidale pour donner une composition de liant qui soit stable à l'encontre d'une auto-gélification, et pour donner une composition de liant qui se gélifie en une seule phase.
2. Composition de liant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport de ladite silice colloïdale à ladite matière liquide est d'environ 1:10 à environ 10:1, respectivement.
3. Composition de liant selon la revendication 1, caractérisée en ce que la composition comprend environ 1 à environ 60 % en poids de la matière liquide contenant des groupes Si-OH, environ 5 à environ 75 % en poids de la silice colloldale, environ 10 à environ 93,5 % en poids du solvant, et environ 0,5 à environ 50 % en poids dudit composé organique.
4. Composition de liant selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend environ 2 à environ 60 en poids de ladite matière liquide contenant des groupes
Si-OH, environ 5 à environ 55 % en poids de la silice col loldale, environ 20 à environ 50 % en poids dudit solvant, et environ 0,5 à environ 50 % en poids dudit composé organique.
5. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit composé organique minimum contient P.
6. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit composé organique minimum est choisi dans le groupe comprenant les esters totalement estérifiés du type phoshate, les esters totalement estérifiés du type pyrophosphate, les esters totalement estérifiés du type phosphonate, les esters totalement estérifiés du type borate, les esters totalement estérifiés du type pyroborate, les dialkyl- ou diaryl-sulfoxydes et les N,N-dialkyl-alcanamides.
7. Composition de liant selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit composé organique minimum est choisi dans le groupe comprenant le méthyl-phosphonate de diméthyle, le phosphate de triéthyle, le borate de tributyle, le diméthylsulfoxyde, le diméthylformamide et leurs mélanges.
8. Composition de liant selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit composé organique minimum comprend du méthyl-phosphonate de diméthyle.
9. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite matière liquide contenant des groupes Si-OH comprend un silicate d'alkyle hydraté.
10. Composition de liant selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit silicate d'alkyle hydraté est un silicate d'éthyle hydraté.
11. Composition de liant selon la revendication 1, caractérisée en ce que la composition comprend environ 2 à 40 % en poids de silicate d'éthyle ayant été hydraté, ledit silicate d'éthyle contenant environ 28 % à environ 60% en poids de SiO ; environ 5 à environ 60 % en poids de silice coîloldale acide contenant environ 15 à environ 60 % en poids de SiO ; environ 1 à environ 20 % en poids de méthyl-phosphonate de diméthyle ; et environ 20 à environ 60 % en poids d'un solvant choisi parmi l'éther monoéthyinique du diéthylène-glycol; l'éther monométhylique du pro pylèneSglycol, et l'éther monopropylique du propylène-glycol.
12. Composition de liant selon la revendication 1, caractérisée en ce que la composition comprend environ 5 à environ 40 % en poids de silicate d'éthyle ayant été hydraté, ledit silicate d'éthyle contenant environ 28 % à environ 50 % en poids de SiO2 ; environ 5 à environ 40 % en poids de silice colloldale acide contenant environ 15 à environ 60 % en poids de SiO2 ; environ 0,5 à environ 12 % en poids de méthyl-phosphonate de diméthyle et environ 20 à environ 55 % en poids d'un solvant choisi entre l'éther monoéthylique du diéthylène-glycol, l'éther monométhylique du pro pylènesglycol et l'éther monopropylique du propylène-glycol.
13. Composition réfractaire caractérisée par la combinaison de particules réfractaires et d'une composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
14. Composition réfractaire selon la revendication 13, caractérisée en ce que lesdites particules réfractaires sont choisies dans le groupe comprenant le silicate de zirconiums l'alumine, les aluminosilicates, MgO, 1'oli- vinef la poudre de silice, le quartz fondu: le graphite et leurs mélanges.
15. Procédé de fabrication d'un moule pour coulée à la cire perdue, caractérisé en ce qu'il consiste (1) à former un moule en cire à une forme prédéterminée , (2) à app.7..4.quer au moule en cire une sus pension réfractaire comprenant des particules de charge et une composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 ; (3) à gélifier la composition de liant en sorte que la suspension réLractaire forme un moule de coulée épousant la forme du moule en cire
16.Procédé selon la revendication 15, caractérise en ce que l'étape d'application est effectuée en (1) appliquant une suspension réfractaire au moule en cire par immersion du moule en cire dans la suspension réfractaire pour obtenir un moule en cire portant un revêtement de la suspension, (2) appliquant des particules de charge au revêtement de liant du moule en cire, (3) gélifiant la suspension réfractaire pour lier les particules de charge appliquées, et (4) répétant les étapes (1), (2) et (3) jusqu'à ce qu'on obtienne un moule ayant les caractéristiques réfractaires souhaitées.
17. Procédé de revêtement d'un moule réfractaire, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de (1) mélange des particules réfractaires avec une composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour obte-nir une composition de revêtement ; (2) application de la composition de revêtement à une surface du moule réfractaire ; et (3) gélification de la composition de revêtement sur la surface du moule réfractaire.
18. Procédé d'obtention d'une surface réfractairede barrière a' la vapeur pour 1 'intérieur d'un moule résistant au vide destiné à un moule de coulée de métal, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à préparer un modèle du produit à obtenir ; à placer une pellicule de matière plastique organique sur le modèle en sorte que la pellicule épouse la forme du modèle ; à revêtir la surface exposée de la pellicule de matière plastique avec une composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, et à gélifier la composition de liant.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la composition de liant appliquée sur la pellicule de matière plastique comporte en outre des particules réfractaires.
20. Procédé selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce qu'il comprend de plus les étapes consistant à placer un récipient à vide au-dessus et sur la pellicule de matière plastique et le revêtement de liant gélifié de façon que le récipient s'ajuste sur le modèle, le récipient à vide ayant une première ouverture destinée à recevoir au moins la surface de la pellicule de matière plastique portant le revêtement de composition de liant et ayant une seconde ouverture destinée à l'addition de sable dans le récipient ; à ajouter du sable dans le récipient par la seconde ouverture de façon que le sable se trouve au contact du revêtement de liant sur la pellicule de matière plastique, à imprimer des vibrations au sable pour le tasser et qu'il épouse la forme du modèle, à fermer la seconde ouverture pour qu'au moins un vide partiel puisse être appliqué au sable du récipient ; à appliquer au moins un vide sur le récipient et le sable qui s'y trouve pour que le sable soit maintenu en place au contact du revêtement de liant et épouse la forme du modèle ; et à séparer la pellicule de matière plastique du modèle pour obtenir au moins une portion du moule de coulée de métal.
21. Procédé de préparation d'une composition de liant, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à préparer un mélange réactionnel comportant un acide, un ester silicique qui peut être hydrolysé en matières liquides contenant des groupes Si-OH, et un solvant qui solubilise l'ester silicique et qui solubilise également le sol de silice colloïdale ; et à ajouter un sol de silice colloidale à base aqueuse au mélange réactionnel à une vitesse suffisante pour hydrater l'ester silicique sans gélifier la composition de liant résultante, dans lequel l'eau présente dans le sol de silice colloidale fournit la quasi-totalité de l'eau d'hydratation de l'ester silicique et dans lequel l'acide est présent en une quantité suffisante pour catalyser la réaction d'hydratation et conférer un pH final d'environ 1 à environ 3 à la composition de liant résultante ; et à ajouter au mélange réactionnel au moins un composé organique, non métallique, non ionique, aprotique qui contient au moins un élément choisi entre P,S, B, N et leurs mélanges et qui stabilise la composition de liant résultante à l'encontre d'une autogélification.
22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que le composé organique est ajouté au mélange réactionnel avant l'addition du sol de silice colloldale.
23. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que, dans la formation du mélange réactionnel, l'acide est ajouté au mélange comprenant l'ester silicique et le solvant.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 23, caractérisé en ce que la silice colloïdale est ajoutée au mélange en une quantité apte à donner un rapport en poids de la silice colloldale à la matière liquide d'environ 1:12 à environ 75:1, la matière liquide présente au moins 20 % en poids de SiO2, et la silice colloidale contient au moins environ 15 % en poids de Six2, et dans lequel le solvant et le composé organique sont présents en quantités aptes à solubiliser la matière liquide et la silice colloldale pour former une composition de liant qui est stable à l'encontre d'une auto-gélification et qui se gélifie en une seule phase.
25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que le rapport de la silice colloidale à la matière liquide est compris entre environ 1:10 et environ 10:1.
26. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que la composition de liant résultante comprend environ 1 à environ 60 % en poids de la matière liquide contenant des groupes Si-OH, environ 5 à environ 75 % en poids de la silice colloidale, environ 10 à environ 93,5 % en poids du solvant, et environ 0,5 à environ 50 % en poids du composé organique.
27. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que la composition de liant résultante comprend environ 2 à environ 60 % en poids de la matière liquide contenant des groupes Si-OH, environ 5 à environ 55 % en poids de la silice colloldale, environ 20 à environ 50 % en poids du solvant, et environ 0,5 à environ 50 % en poids du composé organique.
28. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 27, caractérisé en ce que l'ester silicique est un silicate d'alkyle, le solvant est choisi dans le groupe comprenant l'éther monoéthylique du diéthylène-glycol et l'éther monométhylique du propylène-glycol, et le composé organique est le méthyl-phosphonate de diméthyle.
FR8404528A 1984-03-12 1984-03-23 Composition de liant refractaire et son procede d'obtention Expired FR2561553B1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA000449376A CA1216704A (fr) 1984-03-12 1984-03-12 Liant et compositions refractaires, leur fabrication et leur emploi
FR8404528A FR2561553B1 (fr) 1984-03-23 1984-03-23 Composition de liant refractaire et son procede d'obtention

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8404528A FR2561553B1 (fr) 1984-03-23 1984-03-23 Composition de liant refractaire et son procede d'obtention

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2561553A1 true FR2561553A1 (fr) 1985-09-27
FR2561553B1 FR2561553B1 (fr) 1987-06-19

Family

ID=9302381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8404528A Expired FR2561553B1 (fr) 1984-03-12 1984-03-23 Composition de liant refractaire et son procede d'obtention

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2561553B1 (fr)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005046909A1 (fr) * 2003-11-11 2005-05-26 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Aerogels contenant une matiere de charge
WO2007121972A1 (fr) * 2006-04-24 2007-11-01 Epg (Engineered Nanoproducts Germany) Ag Liants résistants aux huiles, à l'eau de chauffage et aux températures, leur procédé de fabrication et leur utilisation
EP2308614A1 (fr) * 2009-06-05 2011-04-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Aérosand résistant au vert

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005046909A1 (fr) * 2003-11-11 2005-05-26 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Aerogels contenant une matiere de charge
WO2007121972A1 (fr) * 2006-04-24 2007-11-01 Epg (Engineered Nanoproducts Germany) Ag Liants résistants aux huiles, à l'eau de chauffage et aux températures, leur procédé de fabrication et leur utilisation
US8003579B2 (en) 2006-04-24 2011-08-23 Epg (Engineered Nanoproducts Germany) Ag Oil-, hot water-and heat-resistant binders, process for preparing them and their use
CN101432239B (zh) * 2006-04-24 2013-03-13 Epg（德国纳米产品工程）股份公司 耐油、耐热水且耐热的粘合剂、其制备方法及其应用
EP2308614A1 (fr) * 2009-06-05 2011-04-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Aérosand résistant au vert

Also Published As

Publication number Publication date
FR2561553B1 (fr) 1987-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5143777A (en) Ceramic mould material
CH618361A5 (fr)
US8235092B2 (en) Insulated investment casting mold and method of making
US4530722A (en) Binder and refractory compositions and methods
CN1033147C (zh) 制备内部包含型芯的熔模铸造铸型的方法
FR2473922A1 (fr) Matiere pour carapaces de moulage a la cire perdue et son procede de production
US4602667A (en) Method for making investment casting molds
FR2561553A1 (fr) Composition de liant refractaire et son procede d'obtention
US4664948A (en) Method for coating refractory molds
FR2868717A1 (fr) Noyau de moule pouvant etre detruit pour la fonte metallique, procede de fabrication et utilisation
FR2466293A1 (fr) Noyau en sable consommable pour le moulage en coquille, ainsi que moule et procede de moulage le comportant
GB2155484A (en) Binder and refractory compositions
CN113996756B (zh) 一种基于石墨砂铸型的铝锂合金制备方法及产品
JP4081413B2 (ja) シリコン鋳造用鋳型およびその製造方法
FR2568822A1 (fr) Composition refractaire stratifiee et son procede de formation
FR2896711A1 (fr) Nouveau procede de moulage.
EP0592275B1 (fr) Composition pour l'obtention de produits à base de chaux pure, application de cette composition et procédé pour sa mise en oeuvre
JP2546855B2 (ja) セラミック複合物物体の製造方法
FR2723584A1 (fr) Moules en carapace en ceramique et noyaux pour couler des metaux reactifs
EP3487649B1 (fr) Procede de fabrication de moule carapace
CA1216704A (fr) Liant et compositions refractaires, leur fabrication et leur emploi
FR2556623A1 (fr) Procede de moulage a modele perdu de metaux, moules pour la mise en oeuvre de ce procede et procede de fabrication de ces moules
BE537666A (fr)
US3815658A (en) Process for making a metallurgically slow reacting mold
JPS60219275A (ja) バインダ−組成物ならびにその製造および使用方法

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse