JPH0131469B2 - - Google Patents
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
本発明は、特別の耐火材のための結合媒体とし
て比較的安定に酸性水性コロイド状ジルコニアゾ
ルを使用することに関する。
よく知られた方法、すなわち、結合材およびゲ
ル化剤を耐火材と混合し、混合物を化学的に固化
またはゲル化して結合物を形成し、次いで物体を
焼成する方法は、セラミツク造形物の製造に従来
使用されてきている。典型的には、多くの造形物
は、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、コロイ
ド状シリカ、および加水分解したケイ酸エチルを
結合材として製造されてきた。しかしながら、最
大の耐火性をもつ物体を得るためには、より多く
の耐火酸化物を残す結合材が好ましい。たとえ
ば、アルミナとジルコニアは耐火材のための高温
の結合を生成する。
米国特許4025350号は、ジルコニウム塩の水溶
液をゲル化誘発剤およびゲル化遅延剤および耐火
粉末とに一緒に使用して、耐火物品を形成するこ
とを示す。この組成物は、コストの増加を抑制し
かつ問題を抑制するために、追加のゲル化剤を必
要とする。また、ジルコニウム塩のゲル化の副生
物は、焼成の間排除することが必要であろう。ま
た、ジルコニウム塩対酸化物のコストが追加され
る。
米国特許4201594号は、耐火材をジルコニウム
塩で結合し、そしてゲル化剤とゲル化遅延剤を混
入することを記載している。同じ理由で、これら
の組成物は望ましさに劣る。
米国特許2984576号は、分散相中の固体の百分
率が少なくとも30%であるジルコニアまたはハフ
ニアのゾルで結合した耐火材の未焼成の混合物を
記載している。この特許は、本発明の安定な酸性
ジルコニアゾルとの使用に有効な特別の耐火材を
記載していないで、種々の耐火材の結合剤のみを
記載している。
米国特許3758316号は、耐火粉末と結合材前駆
物質から耐火材を製造する方法を記載し、そして
前記結合材前駆物質はコロイド状ジルコニアを包
含するが、ゲル化剤の添加も必要とする。
本発明の基本的原理は、耐火材と、微細な粒子
サイズおよび酸性のPHを有する安定な酸性ジルコ
ニアゾルとからなる耐火混合物をつくることであ
る。耐火材は、活性な部分と、必要に応じて、比
較的不活性な部分とから構成されている。
高度に耐火性の材料は、ジルコニアゾルに対し
て比較的不活性であろう。しかしながら、ある数
の耐火材はジルコニアゾルに対して完全には不活
性ではなく、実際にはこのゾルと反応してゾルを
ゲル化する。非常に急速なゲルまたは遅いゲル
は、活性な耐火材の特定のタイプ、その粒度分
布、および耐火混合物中のその分布に依存して製
造できる。ジルコニアゾルとゲル化を起こす活性
耐火材のいくつかの例は、アルカリ金属およびア
ルカリ土類金属のアルミン酸塩、ケイ酸塩、ジル
コニウム酸塩、スズ酸塩、チタン酸塩、ジルコニ
ウムのケイ酸塩および酸化物である。特定の例
は、次のとおりである:焼成酸化マグネシウム、
電気的に溶融した酸化マグネシウム、酸化カルシ
ウム、電気的に溶融した酸化カルシウム、アルミ
ン酸モノカルシウム、アルミン酸カルシウムセメ
ント、溶融したきん青石、高アルカリガラス、ア
ルミン酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウムアル
ミニウム、ジルコニウム酸マグネシウム、ケイ酸
マグネシウム、ケイ酸マグネシウムジルコニウ
ム、マグネシウムフエライト、チタン酸マグネシ
ウム、スズ酸マグネシウム、ジルコニウム酸カル
シウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸カルシウムジ
ルコニウム、チタン酸カルシウム、スズ酸カルシ
ウム、ジルコニウムバリウム、ケイ酸バリウムア
ルミニウム、アルミン酸バリウム、ケイ酸バリウ
ムジルコニウム、スズ酸バリウム、チタン酸バリ
ウム、ケイ酸バリウム、ジルコニウム酸ストロン
チウム、スズ酸ストロンチウム、ケイ酸ストロン
チウムジルコニウム、ケイ酸ストロンチウム、ケ
イ酸ストロンチウムアルミニウム、チタン酸スト
ロンチウム、電気的に溶融した酸化カルシウム安
定化ジルコニア、電気的に溶融した酸化マグネシ
ウム安定化ジルコニア、鉄クロマイト、ゼオレツ
クス(Zeolex)23、ウオラストナイト、ベント
ナイト、アルミン酸ストロンチウム、フオルステ
ライト、ケイ酸カルシウムアルミニウム、ホタル
石、フルオルバライト(fluorbarite)、ジルコニ
ウム酸リチウム、アルミン酸リチウム、ケイ酸リ
チウム、ケイ酸リチウムアルミニウム、チタン酸
リチウム、ケイ酸リチウムジルコニウム、および
ジルコニアゾルと反応性である他の耐火材。いく
つかの比較的非反応性の耐火材は、次のとおりで
ある:単斜系ジルコニア、ハフニア、アルミナ、
ボーキサイト、ムライト、シリマナイト、ジルコ
ン、セリア、トリア、窒化ケイ素、シリカ、およ
びアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物
またはジルコニウムゾルと反応しうる不純物を構
造中に大量に含有しない他の物質。
この系を、アルミノシリケート、低アルカリガ
ラス、アルミナ、ジルコニア、シリカ、および種
種の有機繊維、たとえば、綿、レーヨン、ナイロ
ン、他の合成繊維から作つた種々の繊維の結合材
として使用することもできる。
この明細書中に記載する実施例において使用す
る水性ジルコニアゾルは、PH約0.3〜6.0の範囲の
酸性である。ジルコニア粒子の粒度は、一般に小
さく、25ミリミクロン以下程度である。ゾルは硝
酸、塩酸、酢酸などのような酸で安定化される。
ゾルの“活性”耐火材によるゲル化作用は、酸と
“活性”耐火材との“塩”を生成する反応のため
であると信じられ、この反応はPHを上昇し、これ
によりゾル安定性を低下する。また、形成した塩
はゾルのゲル化を触媒する。このゲル化反応は耐
火材を結合して強い物体とする。
いくつかの因子が、ジルコニアゾルで結合した
耐火材本体の特性を支配する。このような因子の
例は、ゾル中の酸の種類、ゾルの粒度および材
令、ゾル中のジルコニアの百分率、混合物中の
“活性”耐火材の百分率および種類、その粒度分
布、温度、および混合条件である。
潜在的な“活性”耐火材の列挙は、多くの場合
耐火材の構造中のアルカリ金属またはアルカリ土
類金属の酸化物を示し、あるいは“活性”耐火材
が酸と反応することを示す。ゾルと反応する役目
をする、このような“活性”耐火材の存在はゲル
化を起こすばかりでなく、またはある種の耐火材
系のための焼結助剤としての役目をするであろ
う。焼成後の結合した耐火材の比較的引掻硬度
は、“活性”耐火材による焼結作用の測度として
の役目をする。
本発明を利用する1つの手順は、ジルコニアゾ
ルを少なくとも1種の“活性”耐火材と混合する
ことによつて注形した耐火造形物(shape)を製
造することである。耐火材の残部は、比較的不活
性の耐火材を含むことができる。ある場合におい
て、活性耐火材の性質に依存して、合計の耐火材
は活性のタイプであることができる。他の場合に
おいて“活性”耐火材は混合物中の合計の耐火材
の非常に小部分であることができる。活性耐火材
の粒度分布および化学的性質は、“活性”耐火材
成分の量を決定する主要因子の2つである。
種々の耐火造形物を本発明に従い注形して、実
際的製品、たとえば、金属溶融るつぼ、ボートタ
ンデツシユ、注入とりべ、注入コツプ、管、棒、
スラブ、れんが、さや、炉付属物、炉車上部、平
炉ドア外装、炉部品、注入ノズル、炉ライナーな
どを製造できる。このような混合物を使用して金
属鋳造用の歯型および宝石型を注型することもで
きる。とくに、これらの混合物のいくつかはこと
に超合金、ステンレス鋼、ニオブ、タンタル、チ
タンおよびモリブデンの鋳造用型に適する。高温
で不活性の耐火材、または低い活性の“活性”耐
火材、たとえば、ジルコニア、ハフニア、アルミ
ナ、イツトリア、ランタナを選択することによ
り、きわめて高いPCE値を有しかつ前述の反応
性金属のいくつかに対して低い活性を有する鋳型
を作ることができる。
必要に応じて、耐火造形物をプレスおよび引き
続く固化またはゲル化により作るために、前もつ
て決定した時間において“固化”または“ゲル
化”するプレス用混合物をつくることができる。
ベルトまたは型上に流延し、次いでゲル化また
は固化させることができる混合物から、薄いフイ
ルムまたは厚いフイルムを作ることができる。型
または造形物の上へ被膜を浸漬または吹付けによ
り適用し、次いでゲル化させることができる。
本発明による混合物は、射出成形により異形れ
んがに成形できる。現在のセラミツク射出成形技
術は、通常成形を容易とするための耐火材本体の
ための種々の一時的結合材を必要とする。例えば
高価なワツクス、樹脂、プラスチツクスなどであ
る。これらの有機材料は燃焼して高温の結合材を
残さず、そして有機材料が失なわれる間収縮が起
こる。本発明は、耐火材本体中に“生の”結合と
焼成した結合を提供する。この技術を用いて種々
の複雑な造形物、たとえば、スピンドル、ノズ
ル、金属鋳造用セラミツクコア、セラミツクター
ビン羽根、金属鋳造用シエルモールド部品、およ
び必要に応じて種々の他の造形物を成形するため
に使用できる。
本発明の主な用途は、制御した時間において固
化またはゲル化する注形した耐火物体を作ること
である。“活性”耐火材の比率は、塊状物に要す
る固化時間に従つて調整できる。この百分率は、
特定の“活性”耐火材とともに変化する。次い
で、得られた耐火材混合物を適当量のジルコニア
ゾルと混合して高度の注入稠度(コンシステンシ
ー、consistency)とし、型へ注入または流延し、
固化させることができる。耐火混合物の粒度分布
は、所望の結果、強度、型内の沈降およびゲル化
時間に従つて変えることができる。通常、型への
注入前に耐火材を十分に混合するために適切な時
間を経過させることが有利である。これは型の大
きさ、および混合物を取り扱う装置に依存する。
小さい体積の手動混合を用いる場合、混合は通常
非常に短かい時間、たとえば1〜2分以内に実施
することができ、次いで混合物を調整して非常に
急速にゲル化または固化することができる。比較
的速い造形物の製造には、5〜30分の比較的速い
ゲル化時間が好ましい。混合物から泡を除去する
こと、そして適当な湿潤剤および消泡剤を混入し
て比較的泡とボイドを含まない塊をつくることが
望ましいであろう。塊を完全にぬらし、そして注
形前に脱気するためには、時間を要する。理想的
には、ゲル化は注入後できるだけすぐに起こすべ
きである。
本発明を例示するため、表1のデータは不活性
の耐火材、たとえば、板状アルミナと混合して、
特定の固化またはゲル化の時間を生成することが
できる。活性耐火材の百分率を示す。耐火材を、
20%のZrO2を含有しかつ0.6のPHを有するジルコ
ニアゾルと混合する。アルミナ部分は、50%の
325メツシユ以下の小さい板状アルミナと50%の
60メツシユ以下の小さい板状アルミナとから構成
されていた(Alcoa社から入手した)。活性耐火
材の百分率は、最終混合物に使用する耐火材の合
計量に基づいて計算する。
表1に示す試料はすべてすぐれた生強度を有
し、そして別々に1200〓(648.9℃)、1800〓
(982.2℃)、2000〓(1093℃)および2500〓
(1371℃)に焼成すると、きわめてすぐれた焼成
強度を有した。
表1のものに類似する一連の実験を、表2に従
つて実施し、ここで板状アルミナ耐火材基材は25
%の325メツシユ以下の小さいものと75%の60メ
ツシユ以下の小さいものとから構成されていた。
この表は、活性耐火材を用いた種々の混合物につ
いてのゲル化時間を示す。これらを、表1におい
て使用したものと同じジルコニアゾルと混合し
た。ゲル化後、これらの試料はきわめてすぐれた
生強度を有し、そして同じ温度条件に焼成後、き
わめてすぐれた焼成強度を有した。すべての場合
において、2500〓(1371℃)における強度は2500
〓(1371℃)より低い温度で焼成したものよりも
大きかつた。
いくつかの独特の特性は、表1に記載する組成
物について認められた。一連の試験片、ほぼ厚さ
1インチ(2.54cm)、幅1インチ(2.54cm)およ
び長さ2.375インチ(6.033cm)を、表1において
調製したものと同じ組成物を用いて型内で調製し
た。それらを30分間ゲル化後固化し、次いで型か
ら取り出した。型から取り出した後、試験片を空
気中で一夜空気乾燥し、次いで120℃で4時間炉
乾燥してすべての水を造形物から除去し、次いで
冷却するためデシケーターに入れた。それを次い
で取り出し、直ちに測定した。すべての試験片は
型の寸法から約0.5〜1%程度の収縮したことが
認められた。試験片が乾燥した後、それらを1200
〓(648.9℃)に加熱し、その温度に2時間維持
し、次いで室温に放冷し、再測定した。測定後、
試験片を1800〓(982.2℃)に再加熱し、その温
度に2時間保持し、冷却し、次いで再測定した。
この同じ加熱を別々に2000〓(1093℃)および
2500〓(1371℃)で実施し、その後試験片を測定
した。多くの試験片について、冷却後非常に小な
いしかなり測定可能な永久的膨張が起こつたこと
が認められた。表2のデータが示すように、永久
的な膨張は注形した試験片のある数について得ら
れた。負の値は収縮を示す。数値の残部は、永久
の膨張を示す。
この表から観察されるように、多少の実質的な
膨張はある種の試料について起こる。これらの膨
張は活性耐火材の比率にかならずしも関係しない
が、活性耐火材の存在を明確に原因とする。各組
成物は多分異なる方法で作用し、そして得られる
膨張の量の支配する異なる反応生成物を生成す
る。これは、このジルコニアゾルで結合した系を
用いて耐火材本体を焼成する間、収縮を最小にす
る。通常、耐火材の高温への焼成の間かなりの焼
結が起こるとき、焼結とともにかなりの収縮が起
こる。下表におけるいくつかの組成物は、2500〓
(1371℃)で焼成したときでさえ、比較的低い収
縮を示すことが認められる。表3は、25%の325
メツシユ以下の粒子と75%の60メツシユ以下の粒
子とを含有する板状アルミナを、対応する“活
性”耐火材とともに使用した試験片について行つ
た、同様な一連の測定を示す。
以下の実施例は、酸安定化ジルコニアゾルとと
もに使用した他の耐火材の例であり、そして“活
性”耐火材の使用を示す。
実施例
組成物:
電気的に溶融した酸化カルシウム安定化酸化ジル
コニウム−325メツシユ 3g
溶融した酸化マグネシウム−325メツシユ 1g
板状アルミナ60メツシユ以下 150g
板状アルミナ−28+48メツシユ 120g
この耐火組成物を、20%のZrO2を含有する酸
安定化ジルコニアゾルの35mlと混合した。次い
で、それをゴムの型に注入した。ゲル化時間は、
ほぼ5分であると決定された。30分後、試料を型
から取り出し、そしてダイヤモンドのこぎりによ
り、破壊係数の測定のための試験片に切つた。こ
の混合物の未焼成の強度は、ほぼ57psiであつた。
試料を2500〓(1371℃)に焼成し、2時間保持
し、室温に冷却し、そして破壊係数は575psiと決
定された。同様に2700〓(1482℃)に2時間焼成
し、次いで冷却すると、910psiの破壊係数が得ら
れた。2900〓(1593℃)に2時間焼成し、冷却す
ると、1888psiの破壊係数が得られた。
実施例
組成物:
板状アルミナ−325メツシユ 240g
電気的に溶融した酸化マグネシウム 2g
これを、実施例におけるように、45mlの同じ
ジルコニアゾルと混合した。この混合物について
のゲル化時間はにぼ4.5分であつた。生の破壊係
数を測定しなかつたが、2000〓(1093℃)に2時
間焼成し、冷却した試験片は234psiの破壊係数を
示した。2500〓(1371℃)に2時間焼成し、冷却
すると、破壊係数は1164psiであつた。2700〓
(1482℃)に2時間焼成し、冷却すると、2995psi
の破壊係数が得られた。2900〓(1593℃)に2時
間焼成した試験片は、5674psiの破壊係数を示し
た。
実施例
組成物:
EF酸化ジルコニウム、カルシウム安定化したも
の、−325メツシユ 170g
−50+100メツシユ−325メツシユ 160g
−12+35メツシユ−325メツシユ 80g
この耐火組成物を、実施例において使用した
ジルコニアゾルの30mlと混合した。ゲル化時間を
8分であつた。試験片を特定の温度に2時間焼成
し、冷却後試験した後、破壊係数は次のとおりで
ある:
破壊係数、psi
未焼成 278
2000〓(1093℃) 479
2500〓(1371℃) 1888
2700〓(1482℃) 2019
2900〓(1593℃) 2623
実施例、およびからの試験片は、また、
焼成前および各焼成後、測定すると、次の永久の
膨張(+)または収縮(−)の百分率を示した:
実 施 例
焼成温度、〓(℃)
2000(1093) +0.08 −0.09 −0.11
2500(1371) +0.29 −0.46 −0.51
2700(1482) +0.40 −1.60 −0.50
多少の永久的膨張の発生はある組成物について
沈降および乾燥収縮を排除または最小にすること
を促進し、これによつて造形物における寸法精度
を増加しうるであろう。
次は、本発明を用いることができる典型的なシ
エルモールド系の例である:
組成物:
電気的に溶融した酸化カルシウム安定化酸化ジル
コニウム 2000g
20%のZrO2を含有するジルコニアゾル 500g
濃塩酸 17ml
湿潤剤−Sterox NJ 15滴
このスラリーは、ザーン(Zahn)#4カツプ
により測定したとき34秒の粘度であるように調製
した。ワツクスのシート、ほぼ厚さ1/8インチ
(0.318cm)×幅2.5インチ(6.35cm)×長さ5.5イン
チ(13.97cm)、をこのスラリー中に浸漬し、そし
てこのスラリー中に使用したのと同じ組成の−50
+100メツシユのジルコニアを、湿つている間、
直ちに塗布した。数個の試験片を浸漬した後、こ
のスラリーをジルコニアゾルで希釈して15秒の粘
度にし、そして最初の浸漬物を一夜乾燥した後、
追加の浸漬を適用した。第2の被膜がまだぬれて
いる間、それをこのスラリー中の材料と同じ組成
の−12+35メツシユの比較的荒いジルコニア粒体
で塗布した。これを追加の被膜について反復し、
そして最後の密封被膜を適用し、全部で6塗布
(stucco)層と7スラリー層を形成した。最後の
浸漬により、1日2回の浸漬を適用した。次い
で、浸漬した試験片を2日間乾燥し、ワツクスを
溶融した。試験片を次に幅1インチ(2.54cm)に
切り、乾燥し、次いで未焼成の強度について試験
した。6個の試験片を試験し、500psiの平均の破
壊係数値を得た。追加の試験片を、2000〓(1093
℃)から始まる種々の温度に2時間焼成し、室温
にもどし、試験した。2000〓(1093℃)に焼成
後、MORは220psiであつた。2200〓(1204℃)
に焼成し、室温に冷却した後、MORは300psiで
あつた。2500〓(1371℃)に焼成後、MORは
1200psiに増加した。これにより示されるように、
本発明を利用してシエルモールド組成物について
実質的な強度が得られた。
The present invention serves as a bonding medium for special refractory materials.
Relatively stable acidic aqueous colloidal zirconiazo
related to using the file.
Well-known methods i.e. binders and gels
The solidifying agent is mixed with the refractory material and the mixture is chemically solidified.
or gel to form a bond and then the object
The firing method is the traditional method for manufacturing ceramic objects.
It has been used. Typically, many objects
is sodium silicate, potassium silicate, colloid
De-shaped silica and hydrolyzed ethyl silicate
It has been manufactured as a binding material. However, the most
To obtain objects with greater fire resistance, more
A binder that leaves a refractory oxide of . parable
For example, alumina and zirconia are high temperature materials for refractory materials.
generate a combination of
U.S. Patent No. 4,025,350 discloses a water-soluble zirconium salt
Liquid gelation inducer and gelation retardant and fireproofing
Can be used with powder to form refractory articles.
and This composition reduces cost increases
and requires additional gelling agent to suppress the problem.
Essential. In addition, by-products of gelation of zirconium salts
Items will need to be removed during firing. Ma
Additionally, the cost of zirconium salt vs. oxide is added.
Ru.
U.S. Patent No. 4,201,594 discloses that the refractory material is made of zirconium.
bind with salt, and mix gelling agent and gel retarder.
It states that it is to be entered. For the same reason, these
compositions are less desirable.
U.S. Pat. No. 2,984,576 discloses that the percent solids in the dispersed phase
Zirconia or Huff whose rate is at least 30%
An unfired mixture of refractory materials bonded with near sol
It is listed. This patent describes the invention's stable acidic
Special refractory materials effective for use with zirconia sol
Not listed, only binders for various refractory materials
It is listed.
U.S. Patent No. 3,758,316 discloses refractory powder and binder precursor
describes a method of producing a refractory material from a substance, and
The binder precursor includes colloidal zirconia.
However, it also requires the addition of a gelling agent.
The basic principle of the present invention is that fireproofing material and fine particle
Stable acidic zirco with size and acidic PH
By creating a refractory mixture consisting of nearsol and
Ru. The refractory material should be placed in the active part and, if necessary, in proportion.
It consists of relatively inert parts.
Highly refractory material against zirconia sol
It would be relatively inert. However, a certain number
The refractory material is completely inert to zirconia sol.
Rather than sex, it actually reacts with this sol to create a sol.
Gel. very rapid or slow gel
is the specific type of active refractory material, its particle size min.
fabric, and its distribution in the refractory mixture.
Can be built. Activity to cause gelation with zirconia sol
Some examples of refractory materials include alkali metals and
Aluminates, silicates, and silicates of alkali earth metals
Konate, stannate, titanate, zirconia
silicates and oxides of um. specific example
are: calcined magnesium oxide,
Electrically fused magnesium oxide, calci oxide
aluminum, electrically fused calcium oxide, aluminum
monocalcium aluminate, calcium aluminate cement
crystals, molten kinazo, high alkali glass, aluminum
Magnesium luminate, magnesium aluminum silicate
magnesium, magnesium zirconate, silicic acid
Magnesium, magnesium zirconium silicate
Magnesium ferrite, Magnesium titanate
Magnesium stannate, Calcium zirconate
silium, calcium silicate, calcium silicate
ruconium, calcium titanate, calci stannate
barium zirconium, barium silicate
Luminium, barium aluminate, barium silicate
muzirconium, barium stannate, barium titanate
barium silicate, stolone zirconate
thium, strontium stannate, stron silicate
Thirium zirconium, strontium silicate,
Strontium aluminum ate, strontium titanate
Rontium, electrically fused calcium oxide ammonium
crystallized zirconia, electrically fused magnesia oxide
Um-stabilized zirconia, iron chromite, zeolet
Zeolex 23, Wolastonite, Bent
night, strontium aluminate, fuerste
light, calcium aluminum silicate, firefly
stone, fluorbarite, zirconia
Lithium aluminate, lithium aluminate, lithium silicate
lithium, lithium aluminum silicate, titanate
Lithium, lithium zirconium silicate, and
Other refractory materials that are reactive with zirconia sol. go
Some relatively non-reactive refractory materials are:
Yes: monoclinic zirconia, hafnia, alumina,
Bauxite, mullite, sillimanite, zirco
ceria, thoria, silicon nitride, silica, and
oxides of alkali metals and alkaline earth metals
or contain impurities that can react with zirconium sol.
Other substances that are not present in large quantities during production.
This system was developed using aluminosilicate, low alkali gas, etc.
lath, alumina, zirconia, silica, and seeds
Species of organic fibers, such as cotton, rayon, nylon
binding material for various fibers made from other synthetic fibers
It can also be used as
Examples used in this specification
The aqueous zirconia sol has a pH range of approximately 0.3 to 6.0.
It is acidic. The particle size of zirconia particles is generally small.
The diameter is approximately 25 millimeters or less. Sol is nitrate
Stabilized by acids such as hydrochloric acid, acetic acid, etc.
The gelling effect of the sol's "active" refractory material is due to the acid and
Due to the reaction with “active” refractory materials to form “salts”
It is believed that this reaction increases the PH and this
This reduces sol stability. Also, the formed salt
catalyzes the gelation of the sol. This gelation reaction is
Combining firewood to form a strong object.
Several factors were combined with zirconia sol
Controls the properties of the refractory material body. of such factors
Examples include the type of acid in the sol, sol particle size and material.
age, percentage of zirconia in the sol, percentage of zirconia in the mixture
Percentage and type of “active” refractory material and its particle size
fabric, temperature, and mixing conditions.
Listing of potential “active” refractories is often
Alkali metals or alkaline earths in the construction of refractory materials
oxides of similar metals, or “active” refractories
shows that it reacts with acid. Role of reacting with sol
The presence of such an “active” refractory material
oxidation, or some types of fireproofing materials.
It will serve as a sintering aid for the system.
cormorant. Relative scratch hardness of bonded refractory material after firing
is a measure of the sintering effect of the “active” refractory material.
to play the role of
One procedure utilizing the present invention is to
mixed with at least one “active” refractory material.
Manufacture cast fireproof shapes.
It is to create. The remainder of the refractory material is relatively inert.
Refractory materials can be included. odor in some cases
Depending on the nature of the active refractory, the total refractory
can be of active type. in other cases
The “active” refractory is the total refractory in the mixture.
It can be a very small portion of. activated refractory material
The particle size distribution and chemical properties of “active” refractory materials
These are the two main factors that determine the amount of ingredients.
Various refractory molded articles are cast according to the present invention and produced.
commercial products, e.g. metal melting crucibles, boat tanks
pouring pot, pouring pot, pouring tip, tube, rod,
Slabs, bricks, sheaths, furnace accessories, furnace car tops, flat
Furnace door exterior, furnace parts, injection nozzles, furnace liners, etc.
can be manufactured. gold using such a mixture
It is also possible to cast tooth molds and jewelry molds for metal casting.
Wear. In particular, some of these mixtures
Superalloys, stainless steel, niobium, tantalum, and titanium
Suitable for tan and molybdenum casting molds. high temperature
Inert refractory materials, or low activity “active” refractories.
Fire materials, such as zirconia, hafnia, aluminum
By selecting Na, Ittoria, and Lantana.
has an extremely high PCE value and the above-mentioned reaction.
Templates with low activity towards some of the active metals
can be made.
Press and pull the refractory building as needed.
To make it by subsequent solidification or gelation,
``Solid'' or ``gel'' at a time determined by
It is possible to create a press mixture that oxidizes.
Cast onto a belt or mold, then gel or
is a thin film made from a mixture that can be solidified.
can be made into thick films. mold
or by dipping or spraying the coating onto the object.
can be applied and then allowed to gel.
The mixture according to the invention can be shaped by injection molding.
Can be formed into pieces. Current ceramic injection molding technology
The technique is usually to make the refractory material body easier to form.
requires various temporary bonding materials. for example
Expensive waxes, resins, plastics, etc.
Ru. These organic materials burn to release hot binders.
shrinkage occurs while organic material is lost.
Koru. The present invention provides a “live” bond within the refractory body.
Provide a fired bond. Using this technology, various
complex structures such as spindles, nozzles, etc.
Ceramic core for metal casting, Ceramic ctor
Bottle blades, shell mold parts for metal casting, and
and to form various other objects as necessary.
Can be used for
The main application of the invention is to
Making a cast refractory object that hardens or gels
It is. The proportion of “active” refractory material required in the mass
It can be adjusted according to the solidification time. This percentage is
Varies with certain “active” refractories. Next
Then, add an appropriate amount of zirconia to the resulting refractory mixture.
Mix with sol to achieve high pour consistency
-, consistency), injected or cast into a mold,
It can be solidified. Particle size distribution of refractory mixtures
desired result, strength, sedimentation and gelation within the mold
Can be changed according to time. Usually to the type
Appropriate time to mix refractory material thoroughly before pouring
It is advantageous to allow some time to pass. This is the size of the mold
Depends on the size and the equipment handling the mixture.
When using manual mixing in small volumes, the mixing is usually
Performed within a very short period of time, e.g. within 1-2 minutes
You can then adjust the mixture to make it very
Able to gel or solidify rapidly. comparison
Relatively fast time of 5 to 30 minutes for the production of objects.
Gel time is preferred. remove foam from mixture
and incorporating suitable wetting agents and antifoaming agents.
It is possible to create a mass that is relatively free of bubbles and voids.
would be desirable. Wet the mass completely and pour
It takes time to degas before shaping. Ideal
gelation should occur as soon as possible after injection.
It is possible.
To illustrate the invention, the data in Table 1
refractory materials, for example, mixed with plate alumina,
Can produce a specific solidification or gelation time
can. Indicates the percentage of active refractory material. fireproof material,
20% ZrO2Zirco containing and having a pH of 0.6
Mix with Niazol. The alumina part is 50%
Small plate alumina of 325 mesh or less and 50%
Composed of small plate-shaped alumina of 60 mesh or less
(obtained from Alcoa). activated refractory
The percentage of refractory materials used in the final mixture
Calculate based on measurements.
All the samples shown in Table 1 have excellent green strength.
and separately 1200〓(648.9℃) and 1800〓
(982.2℃), 2000〓(1093℃) and 2500〓
(1371°C) provides excellent firing
It had strength.
A series of experiments similar to those in Table 1 were performed according to Table 2.
The plate-shaped alumina refractory material base material was
% of 325 meshes or less and 75% of 60 meshes
It was made up of small things smaller than a tsushiyu.
This table describes various mixtures with activated refractory materials.
The gelation time is shown below. These are shown in Table 1.
mixed with the same zirconia sol used in
Ta. After gelation, these samples showed excellent
It has green strength, and after firing under the same temperature conditions,
It had excellent firing strength. in all cases
The strength at 2500〓 (1371℃) is 2500
〓(1371℃) than those fired at a lower temperature
It was big.
Some unique properties of the composition are listed in Table 1.
Approved for things. Series of specimens, approximately thick
1 inch (2.54cm) wide, 1 inch (2.54cm) wide and
The length is 2.375 inches (6.033 cm) in Table 1.
prepared in the mold using the same composition as the one prepared.
Ta. Let them solidify after gelling for 30 minutes, then mold them.
I took it out. After removing from the mold, empty the specimen.
Air dry overnight, then oven at 120°C for 4 hours.
Dry to remove all water from the build, then
It was placed in a desiccator for cooling. Next to that
It was taken out and measured immediately. All specimens are
Due to the dimensions of the mold, it may have shrunk by approximately 0.5 to 1%.
Admitted. After the specimens are dry, heat them to 1200
〓Heat to (648.9℃) and maintain at that temperature for 2 hours
Then, it was allowed to cool to room temperature and measured again. After measurement,
Reheat the test piece to 1800㎓ (982.2℃) and
The samples were held for 2 hours at a time, cooled, and then remeasured.
This same heating is done separately to 2000〓(1093℃) and
2500〓 (1371℃) and then measure the specimen
did. For many specimens, very small
significant and measurable permanent dilatation has occurred;
was recognized. As the data in Table 2 shows, permanent
The specific expansion was obtained for a certain number of cast specimens.
It was. Negative values indicate contraction. The rest of the numbers are permanent
shows the expansion of
As observed from this table, some substantial
Swelling occurs for some types of samples. These swellings
tension is not necessarily related to the proportion of active refractory material.
is clearly due to the presence of activated refractory material. Each group
The compounds likely work and are obtained in different ways.
Producing different reaction products governs the amount of expansion.
Ru. This shows that the system bonded with this zirconia sol is
Minimize shrinkage while firing the refractory body using
Ru. Typically, during firing of refractory materials to high temperatures there is considerable
When sintering occurs, considerable shrinkage occurs along with sintering.
Koru. Some compositions in the table below are 2500〓
Even when calcined at (1371℃), the yield is relatively low.
It is recognized that it shows shrinkage. Table 3 shows 25% of 325
Particles smaller than 60 mesh and 75% of particles smaller than 60 mesh
The plate-like alumina containing the
"Conducted on test specimens used with refractory materials"
A similar series of measurements is also shown.
The following examples demonstrate how acid-stabilized zirconia sol and
Examples of other refractory materials used in
"Refractory" indicates the use of fireproof materials.
Example
Composition:
Electrically fused calcium oxide stabilized dill oxide
Conium-325 mesh 3g
Melted magnesium oxide - 325 mesh 1g
Plate-shaped alumina 60 mesh or less 150g
Plate alumina-28+48 mesh 120g
This refractory composition contains 20% ZrO2acid containing
Mixed with 35ml of stabilized zirconia sol. Next
Then I poured it into a rubber mold. The gelation time is
It was determined to be approximately 5 minutes. After 30 minutes, mold the sample.
and then cut with a diamond saw.
and cut into specimens for measuring the modulus of rupture. child
The green strength of the mixture was approximately 57 psi.
Fire the sample to 2500㎓ (1371℃) and hold for 2 hours.
cooled to room temperature, and the modulus of rupture was determined to be 575psi.
determined. Similarly, bake at 2700〓 (1482℃) for 2 hours.
and then cooled to give a rupture coefficient of 910 psi.
It was. Bake at 2900㎓ (1593℃) for 2 hours and cool.
A rupture coefficient of 1888 psi was obtained.
Example
Composition:
Plate alumina 325 mesh 240g
2g electrically fused magnesium oxide
Add this to 45 ml of the same volume as in the example.
Mixed with zirconia sol. About this mixture
The gelation time was 4.5 minutes. life destroyer
I didn't measure the number, but it was 2000〓 (1093℃) at 2 o'clock.
The inter-fired and cooled specimens had a rupture modulus of 234 psi.
Indicated. Bake at 2500ん (1371℃) for 2 hours and cool.
The rupture coefficient was then 1164 psi. 2700〓
(1482℃) for 2 hours and cooled to 2995psi.
The rupture coefficient was obtained. 2 o'clock at 2900〓 (1593℃)
Interfired specimens showed a rupture modulus of 5674psi
Ta.
Example
Composition:
EF zirconium oxide, calcium stabilized
-325 mesh 170g
-50+100 mesh -325 mesh 160g
-12+35 mesh -325 mesh 80g
This fireproof composition was used in the examples.
Mixed with 30ml of zirconia sol. Gel time
It was hot in 8 minutes. Bake the specimen at a specific temperature for 2 hours
After cooling and testing, the rupture coefficient is as follows:
be:
modulus of rupture, psi
Unfired 278
2000〓(1093℃) 479
2500〓(1371℃) 1888
2700〓(1482℃) 2019
2900〓(1593℃) 2623
Examples, and test specimens from
Before firing and after each firing, when measured, the next permanent
The percentage of expansion (+) or contraction (-) is shown:
Example
Firing temperature, 〓(℃)
2000 (1093) +0.08 −0.09 −0.11
2500 (1371) +0.29 −0.46 −0.51
2700 (1482) +0.40 −1.60 −0.50
The occurrence of some permanent swelling may occur with some compositions.
Eliminate or minimize settling and drying shrinkage
This promotes dimensional accuracy in printed objects.
could be increased.
The following is a typical scenario in which the present invention can be used.
Here is an example of the Ermold system:
Composition:
Electrically fused calcium oxide stabilized dill oxide
Conium 2000g
20% ZrO2500g of zirconia sol containing
Concentrated hydrochloric acid 17ml
Wetting agent - Sterox NJ 15 drops
This slurry was prepared using Zahn #4 cup.
Prepared to have a viscosity of 34 seconds when measured by
did. Sheet of wax, approximately 1/8 inch thick
(0.318cm) x 2.5" wide (6.35cm) x 5.5" long
(13.97 cm), is immersed in this slurry and then
−50 of the same composition used in the lever slurry.
While the +100 mesh zirconia is wet,
Applied immediately. After immersing several specimens,
The slurry was diluted with zirconia sol and the viscosity was increased for 15 seconds.
degree, and after drying the first soak overnight,
Additional soaking was applied. The second coating is still wet.
While making it the same composition as the material in this slurry
-12+35 mesh relatively coarse zirconia grains
It was coated with. Repeat this for additional coatings,
Then apply the final sealing coat, totaling 6 coats.
(stucco) layer and seven slurry layers were formed. Last
By dipping, twice daily dipping was applied. Next
The soaked test piece was dried for 2 days and waxed.
Melted. The specimen is then 1 inch (2.54 cm) wide.
Cut, dry and then tested for green strength
did. Six specimens were tested with an average failure of 500 psi.
Fracture coefficient values were obtained. Add additional specimens to 2000〓(1093
Bake for 2 hours at various temperatures starting from
I put it back together and tested it. Fired at 2000〓(1093℃)
After that, the MOR was 220psi. 2200〓(1204℃)
After firing to and cooling to room temperature, the MOR is 300psi
It was hot. After firing at 2500〓(1371℃), MOR is
Increased to 1200psi. As shown by this,
Regarding the shell mold composition using the present invention
Substantial strength was obtained.
【表】
ウム
[Table] Umu
【表】【table】
【表】【table】
Claims (1)
ゾルをゲル化せしめるために有効な量の活性耐火
材を含有することを特徴とする耐火混合物。 2 酸安定化された水性ジルコニアゾルと、アル
カリ金属およびアルカリ土類金属のアルミン酸
塩、ケイ酸塩、ジルコニウム酸塩、スズ酸塩、チ
タン酸塩、ジルコニウムのケイ酸塩および酸化物
から成る群より選ばれた活性耐火材とを含有する
特許請求の範囲第1項記載の耐火混合物。 3 不活性の耐火材をさらに含有する特許請求の
範囲第1項又は第2項に記載の耐火混合物。Claims: 1. A refractory mixture comprising an acid-stabilized aqueous zirconia sol and an effective amount of an active refractory material to gel the sol. 2 Acid-stabilized aqueous zirconia sols and the group consisting of alkali metal and alkaline earth metal aluminates, silicates, zirconates, stannates, titanates, silicates and oxides of zirconium. A refractory mixture according to claim 1, comprising an active refractory material selected from the following. 3. The refractory mixture according to claim 1 or 2, further comprising an inert refractory material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57085044A JPS58204865A (en) | 1982-05-21 | 1982-05-21 | Refractories |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63241171A Division JPH01301557A (en) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | Refractory shaped article |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58204865A JPS58204865A (en) | 1983-11-29 |
JPH0131469B2 true JPH0131469B2 (en) | 1989-06-26 |
Family
ID=13847674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57085044A Granted JPS58204865A (en) | 1982-05-21 | 1982-05-21 | Refractories |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58204865A (en) |
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JPS50130809A (en) * | 1974-03-28 | 1975-10-16 | ||
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JPS5638544A (en) * | 1979-09-04 | 1981-04-13 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Apparatus for recovering heat possessed by exhaust gas of marine engine |
-
1982
- 1982-05-21 JP JP57085044A patent/JPS58204865A/en active Granted
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58204865A (en) | 1983-11-29 |
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