JP2014500149A - 有機成分を有する改善されたインベストメント鋳造シェル - Google Patents

Abstract

インベストメント鋳造シェルに用いる組成物、及びこの組成物方法を作成する方法が開示される。この組成物は、エンジニアード結合剤、及び難溶性粉末を含む。このエンジニアード結合剤は、シリカを含む材料と、木材パルプの少なくとも１つの種類、セルロース繊維の少なくとも１つの種類、及びそれらの組み合わせから選ばれる少なくとも１つの有機成分とを含む。このインベストメントシェル組成物の特有の利点は、浸透性及び荷重負担能力を同時に増大させることである。

Description

本発明は、一般にインベストメント鋳造において使用される新規組成物に関する。より具体的には、本発明は、改善された特性を提供する、結合剤又はスラリに加えられた有機成分を含む組成物に関する。本発明は、増大した浸透性及びより高い荷重負担能力を示す有機成分を有するインベストメント鋳造シェルの製造に特定の関連性を有する。

ロストワックス、ロストパターン、及び精密鋳造としても知られる、インベストメント鋳造は、比較的接近した寸法交差（ｃｌｏｓｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｏｌｅｒａｎｃｅｓ）を満たす高品質の継ぎ目のない金属物品を製造するために用いられる。典型的には、インベストメント鋳造は、最初に薄壁のセラミックの鋳型を、作製される物品のネガティブとして作る。融解された金属を、次いで、インベストメント鋳造シェルとしても知られるこの鋳型に導入する。最初に、シェルはインベストメント鋳造で作られるべき金属物体の使い捨て基材からの、複写又はパターンを作ることにより構築される。適切な融解できる基材の材料としては、例えば、蝋、ポリスチレン、又はいくつかのプラスチックが挙げられる。他の完全に蒸発又は焼散する使い捨て材料も、これらのパターンの形成に用いられる。

次いで、セラミックのシェルが、使い捨てのパターンの周囲に形成される。このシェル形成は、パターンをコロイド状シリカ又はケイ酸エチルなどの液体の難溶性結合剤の混合物、及び石英、融合シリカ、ジルコン、アルミナ、及びアルミノケイ酸塩などの難溶性粉末から作られたスラリの中に浸漬する。次いで、スタッコとして知られる比較的粗い乾燥難溶性粒子が、新鮮に浸漬されたパターンの上に篩い落とされ及び空気乾燥される。この浸漬のプロセス、スタッコ付け、及び空気乾燥が所望の厚さが達成されるまで繰り返される。このシェルは、１／８〜約１／２インチの厚さまで積み重ねられる。シールコートと呼ばれる最終的なスラリコートにはスタッコは通常塗布されない。この生のシェルは、次いで完全に空気乾燥される。

次いで、蒸気オートクレーブ及びフラッシュ発光を含む、生のシェルに過剰な圧力を発揮しない方法を用いて、使い捨てのパターンが除去される。オートクレーブ及びフラッシュ発光の間に、前記パターンは融解して去り、シェル及びいくらかの残余の基材材料が残る。次いで、このシェルは、残余の有機基材材料を燃焼させ、及びセラミックの鋳型を焼結させるのに十分な高温まで加熱される。この熱い鋳型は次いで融解された金属により満たされる。重力、圧力、真空、及び遠心力を含む、さまざまな方法が、融解された金属をシェルに導入するために用いられる。鋳造鋳型の中の金属が固化し、及びシェルが十分に冷えたときに、このセラミックの鋳型は破壊して離され、この鋳造物が分離される。

インベストメント鋳造は何世代もの間、行われてきている。しかし、その継続的な成長は、入り組んだデザインを持つ、より複雑な部品に対する需要に根ざしている。この需要は、より少ない欠陥を発生させ、より高い効率及びコストパフォーマンスを持つ、インベストメント鋳造シェルを作製する新しい方式の開発に、この工業を駆り立てている。そのような努力は、エンジニアードのシェルシステムの開発、及び今日製造されているシェルの品質を顕著に改善した、ポリマ、繊維、及び他の添加物の添加をもたらした。例えば、広範な分布の難溶性粉末システムは、スラリ固体含有量を増加させ、それにより改善されたシェル強度とともに、乾燥時間を低減させた。繊維の添加は、隅及び端部をより一定に構築することを可能にした。ポリマの添加は、乾燥及び取り扱いからの発火前のシェルの亀裂を低減した。これらの改善のほとんどが、難溶性粉末に集中している。ポリマ添加の例外とともに、最近の数十年間では、同一の結合剤が、インベストメント鋳造において用いられてきた。

現在インベストメント鋳造シェルで用いられている、ポリマ、ガラス、及びセラミックの繊維は、シェル強度及び浸透性の実質的な増加なしで一定の端部を構築することを助ける。これらの繊維とマトリックスの間の結合は、主として物理的であり、及び相対的に弱い。エンジニアードの粉末システムは、しばしば、スラリ固体が盛り上がることを可能にし、及び比較的に低い浸透性を持つ、比較的に密度の高いシェルを生成する広い粒径分布の粉末粒子を用いる。現在、少量の、より粗い、シェル強度を幾分弱めるマイクロシリカが、より厚いシェルを構築し、及び浸透性を改善するために添加される。シェル強度及び浸透性は、シェルの物理的性質に反比例で影響する。

したがって、増加したシェル強度、及び改善された浸透性を有するインベストメント鋳造シェルに対する工業的需要が存在する。

したがって、本発明は、難溶性粉末及びエンジニアード結合剤の最終的なインベストメント鋳造シェル複合材料を作り出すことを助けるために、シリカを含む成分と化学的に結合する有機添加物を含むエンジニアードの結合剤を提供する。前記エンジニアード結合剤及び有機添加物の間のそのような化学結合は、一定の端部構築（現在は、プラスチック又はガラス繊維添加により得られている）及び改善されたシェル浸透性の利益を付与する一方で、結合剤粉末複合材料を顕著に強化する。

一態様では、本発明は、インベストメント鋳造シェルに用いられる組成物である。この組成物は、エンジニアード結合剤及び難溶性粉末の２つの必須成分を含む。このエンジニアード結合剤の中には、少なくとも１つのタイプの木材パルプ、少なくとも１つの種類のセルロース繊維、又はそれらの組み合わせがある。

他の態様では、本発明は、インベストメント鋳造シェルにおいて用いられる組成物を形成する方法である。この方法は、第一層を作り出すために被覆されたパターンを形成するために、使い捨てできるパターンを難溶性スラリで被覆すること；第一層を作り出すために被覆されたパターンにスタッコ付けすること；別の難溶性スラリの被覆を塗布するために、第一層を十分に乾燥させること、及び第二層を作り出すためにスタッコで被覆すること；及び次の層を作り出すために、随意に上述の工程を少なくとも１回繰り返すこと；を含み、少なくとも１つの前記の層は少なくとも１つの有機成分を含む。

有機成分を含む新規インベストメント鋳造シェル組成物を提供することは、本発明の利点である。

現在入手可能な商業的スラリと比較して、増大された浸透性、より高い荷重負担能力、及び同じかそれ以上の脱蝋成績を同時に有する新規インベストメント鋳造シェル組成物を提供することは、本発明の別の利点である。

揺変性を持ち、及び現在の商業的スラリよりも、予期しないほど、よりよく機能する、繊維を有する、及び繊維を含まない、並びにマイクロシリカを含む、又はマイクロシリカを含まないスラリを含む、インベストメント−鋳造スラリを提供することは、本発明のさらなる利点である。

インベストメント鋳造シェル鋳型の構築に付与される、厚さの均一性、より迅速なシェル構築、優良な穴、隅、及び鋳造部品の細部の被覆率、繊維及びマイクロシリカを含むか、又は含まない、現在提供される商業的スラリと比較して、同じか、又は減少した排水時間を含む改善を提供することは、本発明のまださらに別の利点である。

前述のことは、この後に続く本発明の詳細な説明が、よりよく理解されることを目的に、本発明の特徴及び技術的利点について広範にそのあらましを述べている。本発明の請求項の主題を形成する、本発明の追加的な特徴及び利点は、この後に記載される。当業者は、本発明の目的と同じことを達成するために、開示される観念、及び特定の実施形態を、修正の基礎、又は他の実施形態の設計に容易に利用できることを理解するはずである。当業者は、添付の請求範囲に説明される実施形態の、そのような等価物が、発明の趣旨及び範囲を逸脱しないことも理解するはずである。

本発明は、好適には約５ｗｔ％〜約５０ｗｔ％の範囲でインベストメント鋳造シェル中に存在する、インベストメント鋳造用途のためのエンジニアード結合剤システムを指向する。インベストメント鋳造結合剤は、さらに、例えば、実施形態に従うポリマと混合される、多数の異なるシリカを含む材料であることができる。本発明に従うと、少なくとも１つの有機添加物結合剤システムを設計するために使われる。有機添加物の存在は、通常観察される挙動、及び当業者がこれらの２つの特性の共存を予期しなかったことに反して、及びシェル浸透性を改善する一方で、同時にシェル引っ張り強度及び荷重負担能力を増加させる。シェル強度及びシェル浸透性は、当技術分野では、逆比例的に関係することが知られている。より高い開放気孔率を有するシェルは、同時に引っ張り特性の喪失を伴い、より透過性であることが予測される。

引っ張り強度の増強は、シリカ及び有機添加物のセルロース間の水素結合に由来すると考えられる。本発明のさまざまな実施形態では、前記有機添加物は、木材パルプの少なくとも１つの種類、又はセルロースの少なくとも１つの種類、若しくはセルロース材料であることができる。とりわけ木材パルプは、多くの製品で用いられるために適切な、独特のトポケミカル及び構造的特性を提供する。それらは、典型的には不均一に分布したセルロース、ヘミセルロース、リグニン、及び他の微量成分の層状構造を有する。セルロースは、一般に繊維の長軸に沿った長手方向に配向された、結晶及び無定形の領域の両方に組織化される。このセルロースの領域は、延性を維持するために、結晶領域との間の緩衝として機能するヘミセルロースに取り囲まれている。

例えば、乾燥木材パルプは、コロイド状シリカ、又は結合剤を吸収し、及びシリカと、その中核及び外部表面の両方で化学的に結合する化学的に活性な内部、及び外部表面を有する中空のセルロース繊維を含む。化学的固着に加えて、セルロースは、物理的にもマトリックスと結合する。しかしながら、現在インベストメント鋳造に使われている有機、及び無機合成繊維ではそのような化学的固着は存在しない。これらの後者の繊維は、結合に利用可能な外表面を有するだけである。加えて、セルロースの膨潤性が、現在用いられているエンジニアード・シェル・システムと比較して、スラリを同等かそれ以上に揺変性にさせる一方で、同時に同等かそれ以上に均一な、より厚いシェルをもたらす。加熱の間、このセルロース繊維は焼失し、これもシェル浸透性を向上させる円筒状の中空の核を残す。これらの利益は、相互排他的であり、及び当技術分野で現在用いられている、いかなる特定のシステムにおいても入手可能ではない。しかしながら、本発明のエンジニアード結合剤システムによると、これらの利益が同時に及び予想外に、単一のシステムで実現される。

実施形態では、エンジニアード結合剤の前記木材パルプ成分は、以下のものの少なくとも１つから選ばれる：硬材パルプ；軟材パルプ；及びそれらの組み合わせ。木材パルプは、広い種類の群（例えば、硬材及び軟材）、使われるパルプ化のプロセス（例えば、熱機械的、化学熱機械的、サルファイト、クラフトなど）の種類、及びパルプ化の後に漂白されたかどうかに基づき、異なるカテゴリに分類される。パルプ化、及び漂白は、さまざまな用途に適した、さまざまなポリマ性組成物を有する、繊維質の材料を産生する天然木中に存在するポリマ性成分を選択的に除去する。硬材及び軟材の殆どは、長さ及び繊維質生成物の加重平均により容易に区別がつく：硬材については約０．００５〜５．０ｍｍ、及び軟材については０．０１〜１０．０ｍｍである。硬材繊維が、長さにおいて０．０５〜１．５ｍｍであり、及び軟材繊維が長さにおいて０．０５〜４．０ｍｍであることが好適である。直径は硬材については２〜６０μｍ、及び軟材については２〜８０μｍの間で変動する。硬材については直径が５〜４０μｍ、及び軟材については５〜５０μｍであることが好適である。代表的な硬材としては、さまざまな種類のアスペン、ブナノキ、カバノキ、オーク、ポプラ、カエデ、ユーカリなどが挙げられる。代表的な軟材としては、さまざまな種類のモミ、トウヒ、マツ、ヒマラヤスギなどが挙げられる。任意の適切な木材パルプが、本発明において使用でき、及び本明細書においては代表的な木材パルプだけが記載されていることを理解されたい。

実施形態では、前記木材パルプは漂白されていても、されていなくてもよく、及び化学的に、機械的に、熱化学的に、化学熱機械的に、サルフェート若しくはクラフトプロセスにパルプ化されていても、又はパルプ化されない天然木繊維であってもよい。前記木材パルプは、乾燥又は湿潤繊維を含むことができ、及び綿毛状、粉末状、又は板状の形態であることができる。代替的な形態では、前記木材パルプは、未使用又は新聞紙、コピー及び印刷紙、雑誌、及び当技術分野で知られているさまざまな種類の板紙からの再生紙であってよい。

実施形態では、前記セルロース繊維の種類は、以下のものの少なくとも１つである：竹；綿；リント布；バガス；アフリカハネガヤ；ケナフ布；黄麻；麻；パピルス；亜麻；サイザル麻；麦わら；米；小麦；トウモロコシに由来するセルロースなど；及びそれらの組み合わせ。繊維状セルロースの平均的な長さは一般に約０．００５ｍｍ〜約１００ｍｍ、及び平均直径は典型的には約１〜約１００μｍの間で変動する。セルロース及びヘミセルロース繊維は非天然起源であってよい。これらの繊維は、典型的には自然において生成されないが、当技術分野で周知のさまざまな化学的プロセスを経て導かれる。一例として、天然起源の木材パルプ中のセルロースは可溶化でき、及び繊維に紡ぐことができる。同様のプロセスが、ヘミセルロース繊維を形成するために使用できる。天然材料から導出されているにもかかわらず、これらの繊維は、この形態では通常は天然に見出されないために、非天然である。

前記有機成分は、好適にはエンジニアード結合剤に約０．０５ｗｔ％〜約３０ｗｔ％の範囲で存在する。好適には、木材パルプの有機成分及び／又はセルロース繊維は、難溶性スラリを揺変性にし、より厚いインベストメント鋳造シェルを均一に構築し、浸透性を改善し、及び荷重負担能力を改善するために十分な量が存在する。さまざまな実施形態では、この有機成分は約０．０５ｗｔ％〜約１５ｗｔ％で存在するが、約０．１ｗｔ％〜約１ｗｔ％の範囲のレベルでも使用できる。有機成分中の繊維は、典型的には約０．００５ｍｍ〜約１００ｍｍ又は約０．０１ｍｍ〜約２０ｍｍの平均的な長さ、及び約１μｍ〜約１００μｍの平均的な直径を有する。

実施形態では、前記エンジニアード結合剤の木材パルプ又はセルロース繊維は、以下のものから選ばれる少なくとも１つの他の繊維も含む：少なくとも１つの有機繊維；少なくとも１つの無機繊維；など；及びそれらの組み合わせ。代表的な他の繊維としては、ポリプロピレン；ナイロン；レイヨン；セラミック；ガラス；など；及びそれらの組み合わせが挙げられる。

実施形態では、前記エンジニアード結合剤は、以下のものの少なくとも１つをさらに含む：少なくとも１つのポリマ；少なくとも１つの殺生物剤；少なくとも１つの防カビ剤；少なくとも１つの消泡剤；少なくとも１つの分散剤；水；など；及びそれらの組み合わせ。

実施形態では、乾燥されたパルプは、綿毛状又は厚板状の形態（ときにマーケットパルプと称される）のどちらでも使用される。水に懸濁されたときに、ポリマ含有又は非含有コロイド状シリカ、又はインベストメント鋳造スラリ中の、そのような乾燥されたパルプは、周囲の液体を吸収し、膨潤し、及び分散する。すなわち、マーケットパルプは、そのようなプロセスにおいて再パルプ化される。コロイド状又はコロイド状ポリマ混合物中での再パルプ化が好適であるが、それをスラリ中に導入したプロセスにかかわりなく、木材パルプは変動する程度によって、シェル特性を改善する。

代替的な実施形態に従うと、前期シリカを含む材料成分は以下のものの少なくとも１つから選ばれる：コロイド状シリカ；コロイド状シリカ、及びポリマの混合物；コロイド状シリカ、ポリマ、及び水の混合物；コロイド状シリカ及び水；など；及びそれらの組み合わせ。コロイド状シリカがシリカを含む材料として選ばれる場合、そのコロイド状シリカは以下のものの少なくとも１つを含む：ケイ酸エチル；ヒュームドシリカ；イオン性ケイ酸；沈降シリカ；など；及びそれらの組み合わせ。

ポリマがインベストメント鋳造シェルの中で使われる実施形態では、このポリマは少なくとも１つの以下のモノマを含む少なくとも１つのポリマから選ばれる：アクリル酸；アクリル酸エステル；メタクリル酸；メタクリル酸エステル；スチレン・ブタジエン；塩化ビニル；酢酸ビニル；など；及びそれらの組み合わせ。

実施形態では、前記難溶性スラリ、粉末、及び／又はスタッコは前記有機成分を含む。

一実施形態では、前記難溶性スラリは少なくとも１つの層の中で揺変性である。

さまざまな実施形態では、前記インベストメント鋳造シェルは、少なくとも１つの以下の工程を経て形成される：（ｉ）シリカを含む材料及び少なくとも１つの有機成分を混合すること；（ｉｉ）少なくとも１つの有機成分をスラリと混合することであって、少なくとも１つの有機成分は、スラリ中に、スラリの全質量に基づき約０．０１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％存在する；及び（ｉｉｉ）混合物を形成するために、少なくとも１つの有機成分を難溶性粉末と混合し、続いてスラリと混合することであって、少なくとも１つの有機成分は、このスラリ中に、混合されたスラリの全重量に基づき約０．０１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％存在し；（ｉｖ）ポリマ混合物を形成するために少なくとも１つの有機成分をポリマと混合し、続いてポリマ混合をスラリに加えることであって、前記少なくとも１つの有機成分は、スラリ中にスラリの全質量に基づき約０．０１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％存在し；及び（ｖ）水性溶媒中の少なくとも１つの有機成分を再パルプ化し、続いて再パルプ化された有機成分をスラリに加えることであって、この少なくとも１つの有機成分スラリ中にスラリの全質量に基づき約０．０１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％存在する；又はそれらの組み合わせ。

一実施形態では、前記インベストメント鋳造シェルは、以下の方法を経て形成される：（ｉ）被覆されたパターンを作り出すために、使い捨てできるパターンを難溶性スラリで被覆すること；（ｉｉ）第一層を作り出すために、被覆されたパターンにスタッコ付けすること；（ｉｉｉ）難溶性スラリの別の被覆を塗布するために第一層を十分に乾燥し、及び第二層を作り出すためにスタッコで被覆すること；及び（ｉｖ）次の層を作り出すために随意に前述の工程を少なくとも１回繰り返すこと；ここで、少なくとも１つの前記の層は少なくとも１つの有機成分を含む。前述の工程（ｉ）〜（ｉｖ）は、インベストメント鋳造シェルの所望の厚さが達成されるまで繰り返される。

前記有機成分は、スラリ形成に先立ちエンジニアード結合剤中に導入できる。エンジニアード結合剤で形成されたシェルシステムの特性を、部分的に達成するために、それをスラリに直接導入することもできる。代替的に、それはスラリに難溶性粉末との乾燥混合、スタッコとの混合、ポリマとの混合又は浸漬後に直接噴霧などの一般に当業者に周知の他の方法により導入できる。

本発明において用いる難溶性粉末は、当技術分野において周知の、任意の適切な難溶性粉末であってよい。典型的には、難溶性粉末は、粒径が約０．５μｍ〜約１ｍｍの粒子を含む。代表的な難溶性粉末は、以下のものの少なくとも１つを含む：融合シリカ；アルミノケイ酸塩；アルミナ；ケイ酸ジルコニウム；マイクロシリカ；ジルコニア；イットリア；石英；炭素；及びそれらの組み合わせ。

一実施形態では、本発明のインベストメント鋳造シェル鋳型は、有機成分（例えば、木材パルプ又はセルロース繊維）を含み、生シェルは、スラリ及びスタッコの逐次被覆により構築され、木材パルプの有機成分及び／又はセルロース繊維は、難溶性スラリを揺変性にし、より厚いインベストメント鋳造シェルを均一に構築し、浸透性を改善し、及び荷重負担能力を改善するために十分な量で存在する。

一実施形態では、使い捨てできるパターンは、スラリ及びスタッコにより繰り返し被覆され、前記粉末は有機成分（例えば、木材パルプ又はセルロース繊維）を含む。他の実施形態では、使い捨てできるパターンは、スラリ及びスタッコに被覆され、このスタッコは有機成分（例えば、木材パルプ又はセルロース繊維）を含む。

代替的な実施形態では、本発明のインベストメント鋳造シェルは、木材パルプ又はセルロース繊維を含む、エンジニアード結合剤を含む、少なくとも１つのスラリ層；木材パルプ又はセルロース繊維を含む、難溶性粉末を含む、少なくとも１つのスラリ層；木材パルプ又はセルロース繊維を含む、少なくとも１つのスタッコ層；又はそれらの任意の組み合わせ；より生成される。

上述のことは、説明の目的が意図され、本発明又はその用途の範囲を、いかなる方法でも限定することが意図されない、以下の実施例を参照することにより、よりよく理解できる。以下に与えられる実施例は、実験室規模のレベルと、プラント規模のレベルの両方の評価を含む。両方の評価は、広く用いられている商業的エンジニアード粉末システムを対象として行われている。

＜実施例１＞
インベストメント鋳造スラリは、結合剤（コロイド状シリカ及びスチレン・ブタジエン（ＳＢＲ）ラテックスの混合物）、及び乾燥綿毛状パルプが添加されたシリカ粉末を混合することにより調製された。同じ結合剤から作られた３種類のスラリが、この実施例中に示されている。スラリ１−１は、市販品として入手可能な、広い分布の融合シリカ粉末システムであり、添加物として粗いマイクロシリカ及び合成有機繊維を含むＧｒａｙ Ｍａｔｔｅｒ（ＧＭ）ＩＩ粉末から作られた対照である。粗いマイクロシリカの添加はシェル浸透性を改善し、及び繊維添加はよりよい隅及び端部を構築する。この調査は、木材パルプを含み、マイクロシリカ及び合成繊維を含まない広い分布の粉末システムを評価するために行われた。スラリ１−２は、ＧＭＩＩのものと同じ融合シリカ粉末システム及び合成有機繊維を含むが、マイクロシリカを含まないものから生成された。スラリ１−３は、ＧＭＩＩのものと同じ融合シリカ粉末を含むが、合成有機繊維及びマイクロシリカを含まないものから生成された。乾燥木材パルプは、徐々に直接スラリ１−２及び１−３に、スラリ粘度及びプレート重量がスラリ１−１のものと一致するまで加えられた。

これらの３つのスラリから生成されたシェルの引っ張り特性及び浸透性が測定された。引っ張り特性は、使い捨てできる蝋のパターン（６インチ長、１インチ幅、及び０．１２５インチ厚）の上に構築されたシェルの破壊係数（ＭＯＲ）の測定により評価された。プライムコートのない３つのスラリのそれぞれにより複数のバーが調製され、及びシェルの引っ張り強度が２つの条件において測定された。生強度は、空気乾燥されたシェルを用いて室温で測定された。熱間強度は、シェルが９８２°Ｃで１時間加熱された後に、熱い条件で測定された。シェル浸透性は、石英管に取り付けられた使い捨てできるピンポン球の上にシェルを構築して測定された。ＭＯＲバーと同様に、複数の浸透性球が、プライムコートなしで、同数の被覆とともに構築された。この球は９８２°Ｃで１時間加熱され、そのときに窒素ガスを、石英管を通じてさまざまな圧力で通過させ、シェルを通じた窒素流が測定された。

生及び熱間ＭＯＲ、ＡＦＬ（調整された破壊荷重、１インチのサンプル幅に正規化された破砕での破壊荷重）、シェルの厚さ、及び乾燥シェル重量が表２に示されている。シェル浸透性の結果は表３に示されている。より高いＭＯＲ値が、シェルの重要な特性である、より高い引っ張り強度を持つサンプルで達成された。しかしながら、ＡＦＬは、破壊される前にシェルが耐え得る荷重であるために、さらに重要である。特に、ＡＦＬは、鋳造のために、熱金属が注がれたときに漏れを防ぐために、致命的に重要である。より高い流量計の読み取りは、より高いシェル浸透性を示す。これらの２つの特性は、インベストメント鋳造シェルにおいて特に望ましい。

このデータは、木材パルプの添加がシェル強度を増加させ、及び同時に浸透性を改善したことを示している。通常は、シェル強度は、より浸透性が高くなると減少するので、したがって観察された結果は驚くべきもので、予期されないものである。前記対照スラリ（ＧＭＩＩ）は、より高い浸透性を持った、改善されたシェル構築のためのマイクロシリカで、エンジニア化されている。しかしながら、木材パルプの存在は、シェル強度を顕著に増強する一方で、木材パルプがない場合には、より低い浸透性と不良なシェル構築となる粉末システムの浸透性、及びシェル構築を改善した。

＜実施例２＞
この実施例のサンプルは、実施例１のように、乾燥綿毛状木材パルプをスラリに加えて調製された。この調査は、合成繊維を含むか、含まない、軟材パルプ含むシェルの性能を評価した。硬材パルプの評価も、この実施例の中に導入された。実施例１と同様に、スラリ２−１中の粉末は、再度対照としてのＧＭＩＩである。軟材パルプで形成されたスラリ２−２及び２−４は、実施例１のものと同様である。スラリ２−３は、乾燥硬材パルプで形成された。物理的特性は、再び実施例１のものと非常に類似したものであった。スラリ及びシェルの物理的特性は表４〜６に示されている。軟材及び硬材パルプの両方から形成されたシェルは、スラリ中のそれぞれの量がわずかに異なったが、非常に類似的に機能した。これらのシェルはプライムコートなしで作成された。

＜実施例３＞
この実施例でのパルプ添加プロセスは、実施例１及び２とは異なる。硬材及び軟材の両方がコロイド状（シリカ）又は結合剤（コロイド状（シリカ）及びＳＢＲラテックスの混合物）のいずれかの中で再パルプ化された。粉末は、次いでパルプを含む結合剤に添加され、及びスラリ調製のために混合された。コロイド状シリカ中で再パルプ化された場合、等量のポリマがスラリに添加され、及び同様のスラリ処方が達成された。この評価は、コロイド状中での再パルプ化と結合剤に続く粉末添加での再パルプ化を比較した。このスラリ及びシェル物理的特性は表７〜９に示されている。これらは、プライムコートなしの予備シェルである。観察された特性は、上の実施例１及び２で示されているセルロースシステムのものと同様であった。

＜実施例４＞
プラントの評価は実験室の観察を裏付け、及び対照としてのプラントでの既存システムによるオートクレーブ及び金属注入を比較するために行われた。このプラントは、粗いマイクロシリカを改善されたシェル浸透性のための添加物として含む、繊維を含まない広い分布のエンジニアード融合シリカ粉末システムであるＷＤＳＩＩＩを用いた。対照スラリのための結合剤は、大粒子コロイド状シリカ及びＳＢＲラテックスの混合物であった。

この試験では２つの試験スラリの性能が評価された。これらの２つのスラリの中の粉末は、対照に使われたのと同一の広い分布の融合シリカシステムであるが、マイクロシリカ添加物を含まない。２つのスラリのための結合剤は異なり、ひとつでは軟材が再パルプ化され、及び別のものでは硬材である。基礎結合剤は、全ての３つのスラリで同じである。シェル構築の間、全ての３つのスラリの粘度は、同一に保たれた。これらのスラリは、単に予備であり、及びシールコートのために使われた。プライム及び中間スラリ及びスタッコは、全ての以前のものと同一である。

３つの異なる部品がこの評価で使われた。全てのシェルは、１つのプライム及び１つの中間コートを有した。予備コートの数は、その部品に応じて、４〜５の間で変化し、及びそれぞれの部品はシールコートを有した。このスラリ処方が表１０に示される。シェルの物理的特性は、表１１、１２、及び１３に示される。

プラント評価から示されたデータは、木材パルプをインベストメント鋳造に用いる以下の利点を明瞭に示した：（ｉ）木材パルプは、より厚いシェルを生成し、より迅速なシェル構築をもたらした。このことは、木材パルプの存在下での、より重い鋳型の質量によっても反映される；（ｉｉ）より高いＭＯＲ及びＡＦＬにより示されるように木材パルプを含むシェルは、より強い；（ｉｉｉ）全ての３つのシェルでの浸透性における類似性は、評価での全てのシェルが、ひとつの同一のプライムコートを有していたため、プライムコートの不浸透性が全体のシェル浸透性を決定するという概念を支持する；（ｉｖ）実施例１及び２に示されるように、実験室で作られた木材パルプを含みプライムコートのないシェルは、より浸透性が高い；（ｖ）選りすぐれた物理的特性は、オートクレーブ中の、より短く及びより少ない亀裂の観察を裏付ける；及び（ｖｉ）金属注入の間に漏れたシェルはなく、及び全ての３つの種類のシェルに対して、ノックアウトは同一であった。

本明細書において、開示され請求される、全ての組成物及び方法は、本開示を考慮すると、必要以上の実験なしで、作製でき及び実行できる。本発明は多くの異なる形態において具体化できるが、本明細書には、本発明の具体的な好適な実施形態が詳細に記載されている。本開示は、発明の原理の例示化であり、本発明を説明されている特定の実施形態に限定する意図を持たない。加えて、明示的に反対に言明されていない限り、“１つの（ａ）”という用語の使用は、“少なくとも１つ（少なくともｏｎｅ）”又は“１つ以上（ｏｎｅ又はｍｏｒｅ）”を含むことが意図される。例えば、“１つの器具（ａ ｄｅｖｉｃｅ）”は、“少なくとも１つの器具（少なくとも１つのｄｅｖｉｃｅ）”又は“１つ以上の器具（ｏｎｅ又はｍｏｒｅ ｄｅｖｉｃｅｓ）”を含むことが意図される。

絶対的な表現、又は近似的な表現のいずれかで与えられる全ての範囲は、その両方を含むことが意図され、及び本明細書で用いられる全ての定義は、明確化を意図しており、限定を意図していない。本発明の広い範囲を説明する場合に、数的範囲及びパラメータは近似値であるが、特定の実施例を説明する数的な値は、可能な限り正確に報告されている。全ての数的な値は、しかしながら、必然的にそれぞれの試験の測定において見出される標準偏差に起因する特定の誤差を本質的に含む。さらに、本明細書において開示される全ての範囲は、その中に包含される、任意の、及び全ての副範囲（全ての小数値及び整数）を包含するものと理解されるべきである。

更に、本発明は、本明細書において記載されたさまざまな実施形態のいくつか、又は全ての可能な組み合わせを包含するものである。本明細書において言及された、全ての特許、特許出願、及び参考文献は、参照によりその全体が本願に組み込まれる。本明細書に記載された現在の好適な実施形態に対する、さまざまな変更及び修正が当業者にとり明白であることを理解されたい。かかる変更及び修正は、本主題の趣旨及び範囲を逸脱することなく、並びに意図された利点を損なうことなく行い得る。したがって、かかる変更及び修正は添付された請求項に包含されることが意図される。

Claims (15)

1. インベストメント鋳造シェルに用いる組成物であって、
   （ｉ）エンジニアード結合剤及び（ｉｉ）難溶性粉末を含み、
   前記エンジニアード結合剤は、シリカを含む材料と、木材パルプの少なくとも１つの種類、セルロース繊維の少なくとも１つの種類、及びそれらの組み合わせから選ばれる少なくとも１つの有機成分とを含み、
   前記エンジニアード結合剤は任意に約５ｗｔ％〜約５０ｗｔ％で存在する、組成物。
2. 前記シリカを含む材料が、コロイド状シリカ；コロイド状シリカ及び少なくとも１つのポリマの混合物；コロイド状シリカ、少なくとも１つのポリマ、及び水の混合物；コロイド状シリカ及び水；及びそれらの組み合わせの少なくとも１つから選ばれる、請求項１に記載の組成物。
3. 前記ポリマが、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、スチレン・ブタジエン、塩化ビニル、酢酸ビニル、及びそれらの組み合わせのモノマの少なくとも１つを含む、少なくとも１つのポリマから選ばれる、請求項２に記載の組成物。
4. 前記少なくとも１つの有機成分が、竹、綿、リント布、バガス、アフリカハネガヤ、ケナフ布、黄麻、麻、パピルス、亜麻、サイザル麻、麦わら、米、小麦、トウモロコシに由来するセルロース、及びそれらの組み合わせの少なくとも１つから選ばれる請求項１に記載の組成物。
5. 前記木材パルプの少なくとも１つ、及び／又はセルロース繊維の少なくとも１つの種類が、前記エンジニアード結合剤中に約０．０５ｗｔ％〜約３０ｗｔ％で存在する、請求項１に記載の組成物。
6. 前記少なくとも１つの有機成分が、約０．００５ｍｍ〜約１００ｍｍの平均長を有する繊維を含む、請求項１に記載の組成物。
7. 前記難溶性粉末が、融合シリカ、アルミノケイ酸塩、アルミナ、ケイ酸ジルコニウム、マイクロシリカ、ジルコニア、イッテリア、石英、炭素、及びそれらの組み合わせの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の組成物。
8. 前記少なくとも１つの有機成分が、さらに、少なくとも１つの有機繊維、少なくとも１つの無機繊維、及びそれらの組み合わせの少なくとも１つから選ばれる他の繊維を含む、請求項１に記載の組成物。
9. 前記少なくとも１つの他の繊維が、ポリプロピレン、ナイロン、レイヨン、セラミック、ガラス、及びそれらの組み合わせから選ばれる、請求項８に記載の組成物。
10. さらに、少なくとも１つのポリマ、少なくとも１つの殺生物剤、少なくとも１つの防カビ剤、少なくとも１つの消泡剤、少なくとも１つの分散剤、水、及びそれらの組み合わせの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の組成物。
11. 請求項１に記載の組成物を形成する方法であって、
    （ｉ）シリカを含む材料及び少なくとも１つの有機成分を混合すること、
    （ｉｉ）少なくとも１つの有機成分をスラリと混合することであって、前記少なくとも１つの有機成分は、前記スラリ中に、前記スラリの全質量に基づき約０．０１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％存在する、及び
    （ｉｉｉ）混合物を形成するために、少なくとも１つの有機成分を難溶性粉末と混合し、続いてスラリと混合することであって、前記少なくとも１つの有機成分は、このスラリ中に、混合されたスラリの全重量に基づき約０．０１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％存在する、
    （ｉｖ）ポリマ混合物を形成するために少なくとも１つの有機成分をポリマと混合し、続いて前記ポリマ混合物をスラリに加えることであって、前記少なくとも１つの有機成分は、前記スラリ中にスラリの全質量に基づき約０．０１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％存在する、及び
    （ｖ）水性溶媒中の少なくとも１つの有機成分を再パルプ化し、続いて前記再パルプ化された有機成分をスラリに加えることであって、前記少なくとも１つの有機成分は、前記スラリ中に、前記スラリの全質量に基づき約０．０１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％存在する、
    又はそれらの任意の組み合わせ、
    から選ばれる少なくとも１つの工程を含む方法。
12. 請求項１に記載の組成物を形成する方法であって、
    （ｉ）被覆されたパターンを作り出すために使い捨てできるパターンを難溶性スラリで被覆することであって、前記難溶性スラリは任意に少なくとも１つの有機成分を含む、
    （ｉｉ）第一層を作り出すために、被覆されたパターンにスタッコ付けすることであって、前記スタッコは、任意に少なくとも１つの有機成分を含む、
    （ｉｉｉ）難溶性スラリの別の被覆を塗布するために前記第一層を十分に乾燥し、及び第二層を作り出すためにスタッコで被覆すること、及び
    （ｉｖ）次の層を作り出すために任意に前述の工程を少なくとも１回繰り返すこと、
    ここで、少なくとも１つの前記の層は少なくとも１つの有機成分を含み、前述の工程（ｉ）〜（ｉｖ）は、インベストメント鋳造シェルの所望の厚さが達成されるまで繰り返されることを含む方法。
13. 前記難溶性スラリが少なくとも１つの前記層の中で揺変性（ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ）である、請求項１２に記載の方法。
14. インベストメント鋳造シェルにおいて使用するために形成された前記組成物が、増大された浸透性及びより高い荷重負担能力を有する、請求項１２に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つの成分が、難溶性スラリを揺変性にし、均一により厚いインベストメント鋳造シェルを構築させ、浸透性を改善し、及び荷重負担能力を増加するために十分な量で存在する、請求項１２に記載の方法。