JPH0577622B2 - - Google Patents

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JPH0577622B2
JPH0577622B2 JP63241171A JP24117188A JPH0577622B2 JP H0577622 B2 JPH0577622 B2 JP H0577622B2 JP 63241171 A JP63241171 A JP 63241171A JP 24117188 A JP24117188 A JP 24117188A JP H0577622 B2 JPH0577622 B2 JP H0577622B2
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JP
Japan
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mixture
silicate
refractory
magnesium
calcium
Prior art date
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Application number
JP63241171A
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Japanese (ja)
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JPH01301557A (en
Inventor
Chesutaa Fuiigin Roi
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REMETSUTO CORP
Original Assignee
REMETSUTO CORP
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Publication date
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Publication of JPH01301557A publication Critical patent/JPH01301557A/en
Publication of JPH0577622B2 publication Critical patent/JPH0577622B2/ja
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、安定な酸性水性コロイド状ジルコニ
アゾルを含有する耐火造形物に関する。 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。 米国特許第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。 米国特許第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。 米国特許第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
を記載していないので、種々の耐火材の結合剤の
みを記載している。 米国特許第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
て前記結合材前駆動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
種々の有機繊維、たとえば、絹、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”耐火材によるゾル化作用は、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
によりゾル安定化を低下する。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ゾルの百分率、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、ポート、
タンデイツシユ、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
して金属鋳造物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、セリア、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PEC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、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
調整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 30g 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、
それら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、そしてダイヤモントのこぎりによ
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。同様な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
ゲル化時間はほぼ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:
The present invention relates to a refractory shaped article containing a stable acidic aqueous colloidal zirconia sol. A well-known method, namely mixing a binder and a gelling agent with a refractory material, chemically solidifying or gelling the mixture to form a bond, and then firing the object, is used to manufacture ceramic objects. It has been traditionally used in Typically, many structures have been fabricated using sodium silicate, potassium silicate, colloidal silica, and hydrolyzed ethyl silicate as binders. However, to obtain objects with maximum fire resistance, binders that leave more refractory oxides are preferred. For example, alumina and zirconia create a high temperature bond for refractory materials. US Pat. No. 4,025,350 shows the use of an aqueous solution of a zirconium salt together with a gel inducing and retarding agent and a refractory powder to form a refractory article. This composition requires additional gelling agents to limit cost increases and limit problems. Also, by-products of zirconium salt gelation may need to be eliminated during firing.
Also, the cost of zirconium salt versus oxide is added. US Pat. No. 4,201,594 describes bonding refractories with zirconium salts and incorporating gelling agents and gel retarders. For the same reason, these compositions are less desirable. US Pat. No. 2,984,576 describes green mixtures of refractories bound with zirconia or hafnia sols in which the percentage of solids in the dispersed phase is at least 30%. This patent does not describe any particular refractory materials useful for use with the stable acidic zirconia sols of the present invention, only binders for various refractory materials. U.S. Pat. No. 3,758,316 describes a method for making refractories from a refractory powder and a binder precursor, and the binder pre-drive material includes colloidal zirconia, but also requires the addition of a gelling agent. . The basic principle of the invention is to create a refractory mixture consisting of a refractory material and a stable acidic zirconia sol with fine particle size and acidic PH. The refractory material is comprised of an active portion and, optionally, a relatively inert portion. Highly refractory materials will be relatively inert to zirconia sol. However, a number of refractory materials are not completely inert to the zirconia sol and actually react with it, causing it to gel. Very fast or slow gels can be produced depending on the specific type of active refractory material, its particle size distribution, and its distribution in the refractory mixture. Some examples of active refractories that gel with zirconia sols are alkali metal and alkaline earth metal aluminates, silicates, zirconates, stannates, titanates, silicates of zirconium. and oxides. Specific examples are: calcined magnesium oxide,
Electrolytically fused magnesium oxide, calcium oxide, electrically fused calcium oxide, monocalcium aluminate, calcium aluminate cement, fused akinite, high alkali glass, magnesium aluminate, magnesium aluminum silicate, magnesium zirconate , magnesium silicate, magnesium zirconium silicate, magnesium ferrite, magnesium titanate, magnesium stannate, calcium zirconate, calcium silicate, calcium zirconium silicate, calcium titanate, calcium stannate, barium zirconium, barium aluminum silicate, Barium aluminate, barium zirconium silicate, barium stannate, barium titanate, barium silicate, strontium zirconate, strontium stannate, strontium zirconium silicate, strontium silicate, strontium aluminum silicate, strontium titanate, electrically Fused calcium oxide stabilized zirconia, electrofused magnesium oxide stabilized zirconia, iron chromite, Zeolex 23, wollastonite, bentonite, strontium aluminate, phorsterite, calcium aluminum silicate, fluorspar, fluorite Fluorbarite, lithium zirconate, lithium aluminate, lithium silicate, lithium aluminum silicate, lithium titanate, lithium zirconium silicate, and other refractory materials that are reactive with zirconia sols. Some relatively non-reactive refractory materials are: monoclinic zirconia, hafnia, alumina,
Bauxite, mullite, sillimanite, zircon, ceria, thoria, silicon nitride, silica and other substances that do not contain large amounts of impurities in their structure that can react with oxides of alkali metals and alkaline earth metals or with zirconium sols. This system can also be used as a binder for various fibers made from aluminosilicate, low alkali glass, alumina, zirconia, silica, and various organic fibers, such as silk, rayon, nylon, and other synthetic fibers. . The aqueous zirconia sols used in the examples described herein are acidic, with a pH ranging from about 0.3 to 6.0. The particle size of zirconia particles is generally small, on the order of 25 millimicrons or less. The sol is stabilized with acids such as nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, etc.
The sol-forming effect of the “active” refractory material on the sol is believed to be due to the reaction between the acid and the “active” refractory material to form a “salt”, and this reaction increases the pH, thereby stabilizing the sol. decrease. The salt formed also catalyzes the gelation of the sol. This gelling reaction binds the refractory material into a strong object. Several factors govern the properties of the zirconia sol bonded refractory body. Examples of such factors are the type of acid in the sol, the particle size and age of the sol, the percentage of zirconia sol in the sol, the percentage and type of "active" refractory in the mixture, its particle size distribution, temperature, and This is a mixed condition. Listing potential "active" refractories often indicates oxides of alkali metals or alkaline earth metals in the structure of the refractory, or indicates that "active" refractories react with acids. It plays the role of reacting with sol. The presence of such "active" refractories will not only cause gelation, but will also serve as a sintering aid for certain refractory systems.
The relative scratch hardness of the bonded refractory material after firing is
It serves as a measure of the sintering effect of the "active" refractory material. One procedure utilizing the present invention is to produce cast refractory shapes by mixing a zirconia sol with at least one "active" refractory material. The remainder of the refractory material can include a relatively inert refractory material. In some cases, depending on the nature of the active refractory material, the total refractory material can be of the active type. In other cases, the "active" refractory material can be a very small portion of the total refractory material in the mixture. The particle size distribution and chemistry of the active refractory material are two of the primary factors that determine the amount of "active" refractory component. Various refractory shapes can be cast according to the present invention to produce practical products such as metal melting crucibles, ports,
tundish, injection ladle, injection tip, tube,
We can manufacture rods, slabs, bricks, sheaths, furnace accessories, furnace car tops, open hearth door exteriors, furnace parts, injection nozzles, furnace liners, etc. Such mixtures can also be used to cast metal casting tooth and jewelry molds. In particular, some of these mixtures are particularly suitable for casting molds of superalloys, stainless steel, niobium, tantalum, titanium and molybdenum. By choosing refractories that are inert at high temperatures or "active" refractories with low activity, such as zirconia, hafnia, ceria, alumina, ittria, lantana, they have very high PEC values and are free from the aforementioned reactive metals. Templates can be made that have low activity against some of the following. If desired, a pressing mixture can be prepared that "sets" or "gels" at a predetermined time in order to produce a refractory shaped article by pressing and subsequent solidification or gelation. Thin or thick films can be made from mixtures that can be cast onto a belt or mold and then gelled or solidified. The coating can be applied by dipping or spraying onto the mold or shape and then allowed to gel. The mixture according to the invention can be formed into profiled bricks by injection molding. Current ceramic injection molding techniques typically require various temporary bonding materials for the refractory body to facilitate molding. Examples include expensive waxes, resins, and plastics. These organic materials burn away leaving behind a hot binder and shrinkage occurs while the organic material is lost. The present invention provides a "green" bond and a fired bond in the refractory body. This technology is used to form various complex objects such as spindles, nozzles, ceramic cores for metal casting, ceramic turbine blades, shell mold parts for metal casting, and various other objects as required. Can be used for The primary application of this invention is to make cast refractory objects that solidify or gel in a controlled amount of time. The proportion of "active" refractory material can be adjusted according to the setting time required for the mass. This percentage is
Varies with certain “active” refractories. The resulting refractory mixture is then mixed with an appropriate amount of zirconia sol to a high pouring consistency and poured or cast into a mold;
It can be solidified. The particle size distribution of the refractory mixture can be varied according to the desired result, strength, settling in the mold and gelling time. It is usually advantageous to allow a suitable amount of time to thoroughly mix the refractory material before pouring it into the mold. This depends on the size of the mold and the equipment handling the mixture.
When using small volume manual mixing, mixing can usually be carried out within a very short time, for example within 1-2 minutes, and the mixture can then be prepared to gel or solidify very quickly. A relatively fast gelling time of 5 to 30 minutes is preferred for relatively fast shaped article production. It may be desirable to remove foam from the mixture and incorporate suitable wetting agents and defoamers to create a relatively foam and void free mass. It takes time to completely wet the mass and degas it before casting. Ideally, gelation should occur as soon as possible after injection. To illustrate the present invention, the data in Table 1 shows that when mixed with an inert refractory material, e.g., platy alumina,
Indicates the percentage of active refractory material that can produce a specific setting or gelling time. fireproof material,
Mix with zirconia sol containing 20% Zro 2 and having a PH of 0.6. The alumina part is 50%
Small plate alumina of 325 mesh or less and 50%
(obtained from Alcoa). The percentage of active refractory is calculated based on the total amount of refractory used in the final mixture. All the samples shown in Table 1 have excellent green strength, and separately
(982.2℃), 2000〓(1093℃) and 2500〓
When fired at (1371°C), it had extremely excellent firing strength. A series of experiments similar to those in Table 1 were carried out according to Table 2, where the plate-like alumina refractory substrate was 25%
It consisted of small items of 325 meshes or less, and 75% of small items of 60 meshes or less. This table shows gel times for various mixtures with activated refractory materials. These were mixed with the same zirconia sol used in Table 1.
After gelling, these samples had excellent green strength, and after firing to the same temperature conditions, they had excellent fired strength. In all cases, the strength at 2500〓 (1371℃) is 2500〓
(1371℃) than those fired at a lower temperature. Several unique properties were observed for the compositions listed in Table 1. A series of specimens, approximately 1 inch (2.54 cm) thick, 1 inch (2.54 cm) wide and 2.375 inches (6.033 cm) long, were prepared in a mold using the same composition as prepared in Table 1. did. They were gelled and solidified for 30 minutes and then removed from the mold. After removal from the mold, the specimens were air dried in air overnight, then oven dried at 120° C. for 4 hours to remove all water from the shapes, and then placed in a desiccator for cooling. It was then removed and measured immediately. All test pieces were found to have shrunk by approximately 0.5 to 1% from the mold dimensions. After the specimens are dry, heat them to 1200
(648.9°C), maintained at that temperature for 2 hours, then allowed to cool to room temperature and remeasured. After measurement,
The specimens were reheated to 1800°C (982.2°C), held at that temperature for 2 hours, cooled, and then remeasured.
This same heating is done separately to 2000〓(1093℃) and
2500㎓ (1371°C), and then the specimens were measured. It was observed that many of the specimens experienced very small to significant measurable permanent expansion after cooling. As the data in Table 2 shows, permanent expansion was obtained for a certain number of cast specimens. Negative values indicate contraction. The remainder of the numbers indicate permanent expansion. As observed from this table, some substantial expansion occurs for certain samples. These expansions are not necessarily related to the proportion of active refractory material, but are clearly due to the presence of active refractory material. Each composition likely acts in a different manner and produces different reaction products that govern the amount of swelling obtained. This minimizes shrinkage during firing of the refractory body using this zirconia sol bonded system. Typically, when significant sintering occurs during firing of the refractory material to high temperatures, significant shrinkage occurs with sintering. Some compositions in the table below are 2500〓
It is observed that even when fired at (1371°C) it exhibits relatively low shrinkage. Table 3 shows 25% of 325
Test specimens were tested using plate alumina containing sub-mesh particles and 75% sub-60 mesh particles, along with a corresponding "active" refractory material. A similar series of measurements is shown. The following examples are examples of other refractories used with acid stabilized zirconia sols and demonstrate the use of "active" refractories. EXAMPLE Composition: Electro-fused calcium oxide stabilized zirconium oxide -325 mesh 30g Fused magnesium oxide -325 mesh
1 g Plate alumina 60 meshes or less 150 g Plate alumina −28+48 mesh 120 g This refractory composition was mixed with 35 ml of acid stabilized zirconia sol containing 20% Zro 2 . Then,
They were poured into rubber molds. Gel time was determined to be approximately 5 minutes. After 30 minutes, the samples were removed from the mold and cut with a diamond saw into specimens for determination of the modulus of rupture. The green strength of this mixture was approximately 57 psi.
The sample was fired to 2500°C (1371°C), held for 2 hours, cooled to room temperature, and the modulus of rupture was determined to be 575psi. A similar firing to 2700°C (1482°C) for 2 hours followed by cooling resulted in a rupture modulus of 910psi. After firing for 2 hours at 2900° C. (1593° C.) and cooling, a rupture modulus of 1888 psi was obtained. EXAMPLE Composition: 240 g of platelet alumina-325 mesh 2 g of electrically fused magnesium oxide This was mixed with 45 ml of the same zirconia sol as in the example. Gel time for this mixture was approximately 4.5 minutes. Although raw modulus of rupture was not measured, specimens fired to 2000°C (1093°C) for 2 hours and cooled exhibited a modulus of rupture of 234 psi. After firing for 2 hours at 2500°C (1371°C) and cooling, the modulus of rupture was 1164 psi. 2700〓
(1482℃) for 2 hours and cooled to 2995psi.
The rupture coefficient was obtained. Specimens fired at 2900° C. (1593° C.) for 2 hours exhibited a modulus of rupture of 5674 psi. Examples Composition: EF zirconium oxide, calcium stabilized, −325 mesh 170 g −50+100 mesh −325 mesh 160 g −12+35 mesh −325 mesh 80 g This refractory composition was mixed with 30 ml of the zirconia sol used in the example. did. The gelation time was 8 minutes. After the specimen is fired to a certain temperature for 2 hours and tested after cooling, the modulus of rupture is as follows: Modulus of rupture, psi Unfired 278 2000〓 (1093℃) 479 2500〓 (1371℃) 1888 2700〓 (1482℃) 2019 2900〓(1593℃) 2623 Examples, and the test pieces from
Measurements before firing and after each firing gave the following percentages of permanent expansion (+) or contraction (-):

【表】 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
エルモールト系の例である: 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−SteroxN J 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の粒体
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。最終の
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。
TABLE The occurrence of some permanent expansion may help eliminate or minimize settling and drying shrinkage for certain compositions, thereby increasing dimensional accuracy in the build. The following is an example of a typical Schiermolt system with which the present invention can be used: Composition: 2000g electrically fused calcium oxide stabilized zirconium oxide Zirconia sol containing 20% Zro 2
500g concentrated hydrochloric acid 17ml wetting agent - 15 drops of SteroxN J This slurry was prepared to have a viscosity of 34 seconds as measured by a Zahn #4 cup. A sheet of wax, approximately 1/8 inch (0.318 cm) thick x 2.5 inches (6.35 cm) wide x 5.5 inches (13.97 cm) long, was immersed in this slurry and used in this slurry. −50 of the same composition
While the +100 mesh zirconia is wet,
Applied immediately. After dipping several specimens, this slurry was diluted with zirconia sol to a viscosity of 15 seconds, and after the first dip was dried overnight,
Additional soaking was applied. While the second coating was still wet, it was applied with a -12+35 mesh of relatively coarse zirconia granules of the same composition as the material in the slurry. Repeat this for additional coatings,
A final sealing coat was then applied, forming a total of 6 stucco layers and 7 slurry layers. Two daily dips were applied with the final dip. The soaked test piece was then dried for two days to melt the wax. The specimens were then cut to 1 inch (2.54 cm) widths, dried, and then tested for green strength. Six specimens were tested and an average modulus of rupture value of 500 psi was obtained. Add additional specimens to 2000〓(1093
The samples were baked for 2 hours at various temperatures starting at 30°F (°C), returned to room temperature, and tested. After firing to 2000°C (1093°C), the MOR was 220psi. 2200〓(1204℃)
After calcination and cooling to room temperature, the MOR was 300 psi. After firing at 2500〓(1371℃), MOR is
Increased to 1200psi. As shown by this,
Substantial strength has been obtained for shell mold compositions utilizing the present invention.

【表】 ム
[Table] Mu

【表】 メツシユ
[Table] Metsuyu

【表】【table】

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 酸安定化された水性コロイド状ジルコニアゾ
ルを耐火材と混合し、その際、該耐火材は該ゾル
をゲル化しうる活性耐火材から成り且つ該ゾルを
ゲル化させるに十分な量で存在し、ゲル化前に混
合物を造形物に成形しそしてゾルをゲル化させる
ことを特徴とする未焼成耐火造形物の製造方法。 2 酸安定化されたジルコニアゾルと活性耐火材
を混合する際、不活性耐火材も存在させてそれも
一緒に混合する特許請求の範囲第1項に記載の方
法。 3 活性耐火材が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る特許
請求の範囲第1項記載の方法。 4 混合物が注入しうる稠度を有し、そして造形
物が混合物を型に注入し、混合物を硬化させ、そ
して硬化した造形物を型から取り出すことによつ
て、形成される特許請求の範囲第1項記載の方
法。 5 混合物を射出成形に適した稠度にし、次いで
混合物を射出成形装置に加え、これによつて混合
物を閉じた型に注入し、混合物をゲル化させ、そ
して造形物を型から取り出す特許請求の範囲第1
項記載の方法。 6 混合物を金型に入れ、混合物を最終造形物に
成形し、混合物をゲル化させ、そしてゲル化した
耐火造形物を金型から取り出す特許請求の範囲第
1項記載の方法。 7 耐火造形物が耐火物コアである特許請求の範
囲第1項に記載の方法。 8 耐火造形物が耐火物型である特許請求の範囲
第1項に記載の方法。 9 活性耐火材が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、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
ウムジルコニウムから成る群から選ばれる、特許
請求の範囲第1項記載の方法。
[Scope of Claims] 1. An acid-stabilized aqueous colloidal zirconia sol is mixed with a refractory material, where the refractory material consists of an active refractory material capable of gelling the sol, and wherein the refractory material comprises an active refractory material capable of gelling the sol. A method for producing a green refractory shaped article, which is present in a sufficient amount and is characterized in that, before gelling, the mixture is formed into a shaped article and the sol is gelled. 2. The method according to claim 1, wherein when mixing the acid-stabilized zirconia sol and the active refractory material, an inert refractory material is also present and mixed together. 3. Claims in which the active refractory material is selected from the group consisting of alkali metal and alkaline earth metal aluminates, silicates, zirconates, stannates, titanates, silicates and oxides of zirconium. The method described in Scope 1. 4. The mixture has a pourable consistency, and the object is formed by pouring the mixture into a mold, curing the mixture, and removing the cured object from the mold. The method described in section. 5. Claims for bringing the mixture to a consistency suitable for injection molding, then adding the mixture to an injection molding device, thereby injecting the mixture into a closed mold, gelling the mixture, and removing the shaped article from the mold. 1st
The method described in section. 6. The method according to claim 1, wherein the mixture is placed in a mold, the mixture is formed into a final shaped article, the mixture is gelled, and the gelled refractory shaped article is removed from the mold. 7. The method according to claim 1, wherein the refractory shaped article is a refractory core. 8. The method according to claim 1, wherein the refractory shaped article is of a refractory type. 9 The active refractory material is calcined magnesium oxide, electrically fused magnesium oxide, calcium oxide,
electrically fused calcium oxide, monocalcium aluminate, calcium aluminate cement,
Fused akinite, high alkali glass, magnesium aluminate, magnesium aluminum silicate, magnesium zirconate, magnesium silicate, magnesium zirconium silicate, magnesium ferrite, magnesium titanate, magnesium stannate, calcium zirconate,
Calcium silicate, calcium zirconium silicate, calcium titanate, calcium stannate, barium zirconium, barium aluminum silicate, barium aluminate, barium zirconium silicate, barium stannate, barium titanate, barium silicate, strontium zirconate,
Strontium stannate, strontium zirconium silicate, strontium silicate, strontium aluminum silicate, strontium titanate, electrically fused calcium oxide stabilized zirconia, electrically fused magnesium oxide stabilized zirconia, iron chromite, wollastonite , bentonite, strontium aluminate,
selected from the group consisting of forsterite, calcium aluminum silicate, fluorspar, fluorbarite, lithium zirconate, lithium aluminate, lithium silicate, lithium aluminum silicate, lithium titanate, lithium zirconium silicate, A method according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS50130809A (en) * 1974-03-28 1975-10-16

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