KR100254287B1

KR100254287B1 - 경금속용 필터

Info

Publication number: KR100254287B1
Application number: KR1019940704395A
Authority: KR
Inventors: 데이비드존스; 마틴.진스위프트; 라인할트슈퇴첼
Original assignee: 알렉산더 피 반 위크; 호세코인터내쇼날리미팃드
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 2000-05-01
Also published as: BR9306497A; ATE135251T1; DE69301825D1; DE69301825T2; EP0649334B1; KR950701835A; JP3247952B2; JPH07507489A; WO1993025296A1; US5520823A; IN177905B; EP0649334A1; AU4270393A; CA2136335C; AU658760B2; TW314474B; ES2084500T3; ZA933680B; DK0649334T3; CA2136335A1

Abstract

용융된 경금속을 여과하기 위한 필터는 그라파이트, 윌라스토나이트, 실리카 및 보로실리게이트 글래스를 포함한는 조성물로부터 성형된 망상의 포말체를 포함하며 그리고 보로실리케이트 글래스의 대체로 무정형의 마트릭스내에 분사된 그라파이트 및 월라스토나이트를 포함하는 결정상으로 되어 있다.

이 필터들은 큰 덩어리의 필터재료로부터 정확하게 쉽게 기계 가공되어질 수 있으며 이들은 저장시에 대기로 부터 수분을 흡수하지 않는다. 필터를 제조하기 위하여 사용된 보로실리케이트 글래스는 독일표준 DIN 51730에서의 시험에 따라서 측정된 바와같이 바람직하게는 600℃ 의 범위에 있는, 더 바람직하게는 650℃ 내지 900℃의 범위에 있는 연화온도(T₁)를 가지며 700℃ 내지 1100℃ 의 범위에 있는 용융온도(T₂)를 갖는다.

Description

경금속용 필터

본 발명은 알루미늄, 마그네슘, 이들 두 금속의 합금들 그리고 이들 두 금속이 지배적인 합금과 기타 다른 금속의 합금들로 생각되어질 수 있는 경금속들을 여과하기 위한 필터에 관한 것이다. 특히 본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 중력 다이캐스팅용 다이(dies)에 사용하기에 적합한 비교적 작은 싸이즈의 필터에 관한 것이다.

용융된 경금속을 여과하기 위해서 개방-셀 세라막 포말제를 사용하는 것이 널리 공지되어 있다. 이러한 세라믹 포말제 필터는 통상적으로 폴리우레탄 포말제인 유기포말제를 그 필터와 결합제(binder)를 형성하게 되는 재료를 포함하는 일종의 수용액 슬러리에 함침하고, 여분의 슬러리를 제거하며, 수분을 제거하기 위하여 건조하며 그리고 유기포말제를 소각하기 위하여 건조하고 함침된 포말제를 가열하여 세라막 포말제를 형성하므로서 일반적으로 만들어진다.

상기의 제조방법을 사용함으로써 필요한 형상과 개별적인 싸이즈의 필터들이 제조되거나 혹은 그 대신으로 큰 덩어리의 세라믹 포말제가 만들어지며 절단되거나 또는 가공되어서 개별적인 필터들을 성형한다. 양 제조 방법들은 다음의 단점들을 갖는다.

어떤 주어진 공칭 싸이즈의 필터들이 유사한 싸이즈의 유기포말제에서 필터들로 직접 제조될 때에 이들의 칫수 변동은 사용중에 특히 다이의 요홈에 필터가 삽입되어지는 알루미늄 및 알루미늄 합금의 중력 다이캐스팅 중에 문제들이 발생하게 된다. 너무 큰 싸이즈의 필터들은 이들이 상기 요홈안에 삽입될 수 없기 때문에 사용될 수 없으므로, 상기 요홈의 싸이즈에 대하여 필터가 약간 작도록 신중하게 만드는 것에 의하여 칫수 변동을 보상하는 것이 일반적인 관례이다. 결과적으로 작은 갭들(gaps)이 필터의 가장자리와 요홈의 벽사이에 남게되며 금속이 갭들을 침투하고 필터를 우회할 수 있기 때문에 여과효율이 감소된다. 필터가 느슨하다면 다이가 닫혔을때 필터의 파쇄가 일어날 수 있으며 그리고 이것은 세라믹재료의 입자들을 필터를 통과하여 다이의 주조공극내로 유도하므로서 주물중에 개재물이 발생하게 된다.

개별적인 필터들이 절단 또는 기계가공에 의하여 큰 덩어리의 세라믹 포말제로부터 만들어질 때, 필터를 만드는 재료들의 성질로 인하여 제조비용이 높게 되고 생산속도가 저하된다. 재료들은 취성을 가지므로 포말제가 절단되거나 또는 가공될 때 포말제가 파손되는 경향이 있다.

미국특허 제3524548호에는 내화물 재료의 입자들과 미국 특허 제2997402호에서 기재된 타입의 유리질의 결합제를 포함하는 용융 알루미늄에 적합한 단단하고 다공성인 필터매체가 설명되어 있다. 유리질 결합제는 주로 붕소산화물, 칼슘산화물 그리고 알루미늄산화물로 구성되며 10wt% 이하의 실리카를 포함한다.

영국 특허 제 1428437호에는 용융된 알루미나, 소결된 알루미나, 실리콘 카아바이드 및/또는 실리콘 나이트라이드의 혼합체 입자들을 포함하는 혼합물, 가연성재료, 케이킹재료, 수분 그리고 10 내지 50중량%의 실리카, 5 내지 20 중량%의 보릭옥사이드, 유리질이 아닌 물질인 적어도 70 중량%의 무기 결합재료를 성형, 건조 및 1000℃ 이하의 온도에서 소성(燒成)하므로서 만들어진 용융알루미늄용 필터매체가 설명되어 있다. 상기 무기결합제는 천연의 또는 합성의 적어도 70 중량%의 비유리질물질과 도자기용 유약과 같은 30 중량%의 유리질 물질을 혼합하고 분쇄하므로서 제조된다.

유럽특허 제0507463A호에는 필터재료의 큰 덩어리로부터 소정의 크기로 가공되고 절단되어 질 수 있으며 그라파이트, 윌라스토나이트, 실리카, 알카리포스페이트 글래스 및 모노알루미늄 오소포스페이트를 포함하는 성분을 가지는 망상의 포말제 필터가 설명되어 있다.

알칼리 포스페이트 글래스 및 모노알루미늄 오소포스페이트의 대신에 보로실리케이트 글래스가 사용될 경우 유럽특허 제 0507463A호에서 기재된 필터들이 개선될 수 있음이 발견되었다.

그라파이트, 윌라스토나이트, 실리카 및 유리를 포함하는 조성물로 형성된 망상의 포말제를 가지는 용융 경금속을 여과하기 위해 제공된 필터에 있어서, 본 발명에 따른 필터는 보로실리케이트 글래스의 대체로 무정형의 매트릭스에 분산된 울라스토나이트와 그라파이트를 포함하는 결정상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 필터는 폴리우레탄과 같이 큰 덩어리의 망상 유기발포체를 그라파이트, 윌라스토나이트, 실리카, 보로실리케이트 글래스, 제조하는 동안에 작용하는 하나 이상의 결합제들, 그리고 선택적으로 다른 성분들을 포함하는 수용액 슬러리를 가지고 함침시키며(예를들면 함침된 유기 포말제를 압착하는 것과 같이), 과잉의 슬러리를 제거하며, 건조하고 그리고 함침된 유기포말제를 소성하며 그 다음에 나타나는 무기포말제의 덩어리를 필요한 형상과 크기의 작은 덩어리로 절단하고 가공하므로서 만들어 질 수 있다. 함침된 유기포말제가 가열될 때 최대의 가열온도는 통상적으로 800℃ 정도이다.

본 발명의 필터를 제조하기 위하여 수용된 수용액 슬러리는 통상적으로 5-25 중량% 의 그라파이트, 1-10 중량%의 울라스토나이트, 5-20%의 실리카 및 35-50 중량%의 보로실리케이트 글래스를 포함한다.

윌라스토나이트는 분말이거나 (예를 들면 150 미크론 길이의) 작은 섬유 형태로 될 수 있다.

이 필터를 제조하기 위하여 사용된 실리카는 그을린 실리카(fumed silica), 콜로이드상의 실리카, 또는 실리콘 금속의 생산에서 제품에 의한 것과 같이 제조된 미세한 실리카와 같이 대단히 미세한 입자크기의 실리카 이어야 한다.

이 필터들을 제조하기 위하여 사용된 보로실리케이트는 바람직하게는 독일표준 DIN 51730 시험에 따라서 측정된 것으로 600℃ 범위의 더 바람직하게는 650℃ 내지 900℃ 연화온도와 700℃ 내지 1100℃ 범위의 용융온도(T₂)를 갖는다. 적당한 보로실리케이트 글래스는 ES61530, X0800215, X080216 및 X0800286으로 바이에르 아게(Bayer AG)에 의하여 판매된 이들을 포함하며 화학성분(중량%) 그리고 이것에 대한 T₁및 T₂값들이 아래에 표에 기입되어 있다.

이 표에서 ES71630 및 X0800286의 성분에 대하여 인용된 숫자들은 특정한 샘플의 화학분석에 의하여 결정된 값들이며 그리고 다른 3개의 보로실리케이트 글래스에 대한 숫자들은 공급자의 문헌에서 인용된 범위들이다.

선호되어진 보로실리케이트 글래스들은 ES71630 및 X0800286이다.

그 대신에, 원하여진다면 보로실리케이트는 소디움 실리케이트 또는 칼슘-소디움 실리케이트와 출발성분에 첨가된 보릭옥사이드로부터 필터제조의 동안에 원래의 위치에 형성되어 질 수 있다.

본 발명의 필터의 소성후에는 주로 그라파이트, 윌라스토나이트를 포함하며 그리고 보로실리케이트 글래스가 상당량의 칼슘 옥사이드 또는 마그네슘을 포함한다면, 디옵사이드(CaMg(SiO₃)₂의 식을 가지는 칼슘-마그네슘-실리케이트와, 가능하다면 보로실리케이트 글래스의 주로 무정형의 매트릭스에 분산된 크리스토바라이트를 포함하는 결정상으로 되어 있다.

그라파이트에 추가하여 본 발명의 필터를 제조하기 위하여 사용된 조성은 역시 통상적으로 약 5 중량%까지의 양으로 카본 블랙과 같은 무정형 카본을 포함할 수 있다. 카본 블랙은 슬러리의 유동성을 개량하여 슬러리를 가지고 포말제를 함침하는 동안에 망상의 유기포말의 줄요소를 만드는 효과를 갖는다. 필터의 외관을 개량하기 위하여 그리고 망상의 포말제 필터재료가 소성될 때 그라파이트가 반점들이 생긴 외관을 생성시키는 경향을 방지하기 위하여 이 조성은 역시 바람직하게는 통상적으로 5 중량% 까지의 적은 비율의 실리콘 금속을 포함한다. 실리콘이 그라파이트의 약간의 소성도중에 산화로 인하여 손실되어지는 경향을 역시 감소시킨다.

필터를 생산하기 위하여 사용된 조성은 통상적으로 약 10 중량% 까지의 양으로 일정비율의 운모를 역시 포함할 수 있으며, 이 운모는 층상의 구조 때문에 포말제가 슬러리로서 함침될 때 유기질의 망상 포말의 줄요소형성을 개량하며 그리고 역시 소성된 필터 재료의 개량된 강도를 제공한다.

포말제의 함침된 큰덩어리에서 생형강도(green strength)와 건조 및 소성의 초기단계 동안의 아교(bond)를 제조하기 사용될 수 있는 결합제는 덱스트린과 같은 카본하이드레이트 재료, 폴리 아크릴레이트, 폴리비닐메칠에텔, 아크릴 에스터와 스티롤의 코폴리머 그리고 암모늄 리그노썰포네이트와 같은 리그노썰포네이트를 포함한다. 사용된 결합제의 양은 슬러리의 중량을 기준으로하여 통상적으로 5 중량%까지 일 것이다. 모노알루미늄 오소포스페이트는 이것이 보로실리케이트와의 반응을 피하기 위하여 중화되었다면 그리고 흡습성이 되는 완성된 필터로 인한 문제들을 피하기 위하여 다만 소량을 사용된다면 결합제로서 사용되어 질 수 있다.

글리세롤과 같은 재료는 슬러리가 유기포말제에 도포되었을 때 슬러리로부터 너무 이른 건조를 방지하기 위하여 슬러리의 중량을 기준으로 하여 통상적으로 1중량% 보다 적은 양으로 슬러리에 첨가될 수 있다.

필터를 제조하기 위하여 사용된 슬러리는 역시 유기포말제의 함침도중에 슬러리의 도포성을 개량하기 위한 첨가제들을 포함할 수 있다. 그러한 첨가제들의 예들은 예를들면 유기농축제 또는 티티니아와 같은 유동제, 습윤제 그리고 소포제 등이다.

사용될 때 유동제, 습윤제 또는 소포제의 양은 슬러리의 중량을 기준으로 하여 통상적으로 0.1-0.2 중량% 정도이다.

함침된 유기포말제가 소성될 때는 특별한 주의가 취하여지지 않는 한에 있어서는 소성온도는 850℃를 초과하지 않는 것이 바람직하며, 그렇지 않으면 그라파이트 존재한다면 무정형 카본의 과잉산화가 발생할 것이다.

모서리들이 깨지기 쉬운 어떤 경향을 완화시키고 취급을 용이하도록 강도를 개량하기 위하여 본 발명의 우선적인 실시예에서는 큰 필터의 외부 표면이 그라파이트와 결합제와 그리고 선택적으로는 실리콘 메탈을 함유하는 조성물을 코팅된다. 원하여진다면 필터재료의 큰 몸체의 외부표면을 코팅하기 위하여 사용된 조성물은 상기한 큰 몸체를 제조하기 위하여 사용된 슬러리와 동일하거나 또는 더 희석한 것일 수 있다. 큰 필터들이 건조된후에 이들은 예를들면 건조된 필터 위에 조성물을 분사하는 것에 의하여 상기 조성물을 가지고 코팅되어질 수 있으며, 그 다음에 필터는 코팅을 건조하기 위하여 가열되며, 그리고 마지막으로 소성된다. 소성된 큰 필터는 그 다음에 원하여진 싸이즈의 작은 필터들을 제조하기 위하여 기계 가공된다.

원하여진다면 필터 재료의 큰 몸체들이 개별적인 필터들을 생산하기 위하여 절단되거나 기계가공될 때 생성된 먼지는 다음에 필터재료의 다른 몸체를 제조하기 위하여 또는 다른 큰 몸체들의 외부표면을 코팅하기 위하여 사용되는 슬러리에 이것을 첨가하는 것에 의하여 재활용되어질 수 있다.

본 발명의 필터들은 유럽특허 제 0507463A호에서 기재된 필터의 모든 바람직한 특징과 성질들을 가지며 그리고 이들은 역시 이들 필터들에 비하여, 추가적인 장점들을 갖는다.

유럽특허 제 0507463A호에서 기재된 필터들이 대기와 접촉하여 저장될 때 이들은 수분을 흡수하는 경향이 있다. 본 발명의 필터들은 이러한 단점들을 갖지 않는다.

본 발명의 필터는 역시 유럽특허 제 0507463A호에 기재된 필터에 비하여 주위의 그리고 상승된 온도 양자에서 더 우수한 강도를 갖는다.

다음의 예들은 이 발명을 설명하는데 사용될 것이다.

예 1

중량으로 다음 성분의 수용액 슬러리를 사용하여 망상의 포말제 필터가 제조되었다. :

그라파이트 12.40 %

미세한실리카(실리콘제조로부터의 부산물) 10.94 %

윌라스토나이트 섬유(길이 150마이크론) 7.29 %

윌라스토나이트 분말 3.36 %

보로실리케이트 글래스(ES71630) 32.82 %

무정형카본 1.82 %

티타니아 0.73 %

마이카 3.36 %

실리콘 3.35 %

분산제 0.44 %

농축제 0.15 %

글리세롤 0.44 %

중화된 모노알루미늄 오소포스페이트 0.88%

(60% W/W 용액)

폴리비닐메칠에텔(50% W/W 용액) 0.88 %

수분 10.84 %

485㎜ × 640㎜ × 22㎜로 측정되며 ㎝당 구멍들을 가지는 망상의 폴리우레탄 포말제의 덩어리들의 슬러리를 가지고 함침되었으며, 그리고 여분의 슬러리는 이 포말제를 압착하는 것에 의하여 제거되었다.

함침부에 이 덩어리들은 동일한 슬러리의 희석된 것을 가지고 스핀휠 분사(spinwheel spraying)에 의하여 코팅되었으며 함침된 그리고 코팅된 포말제는 80℃에서 1시간동안 그리고 120℃에서 30분동안 건조되었다.

코팅과정은 처음의 코팅작업에서 하측부였던 것을 코팅하기 위하여 전도된 덩어리들을 가지고 반복되었다. 120℃에서 10분간 건조후에 이 덩어리들은 800℃에서 10분간 소성되었으며 그리고 마지막으로 50㎜ x 50㎜ x 22㎜의 공칭 싸이즈의 개별적인 필터들을 제조하기 위하여 절단되었다.

그 다음에 용융알루미늄을 여과하는 것에 대한 개별적인 필터들의 적합성은 필터들이 계량되고 캐나다 특허출원 제 2007450호에서 기재되고 보여진 종류의 시험장치를 사용해서 측정된 후에 충격시험에 의하여 평가되었다. 이 필터들은 하나의 프레임에 삽입되어 졌으며 그리고 대략 800℃의 온도에 있는 용융 알루미늄의 약 25㎏이 350㎝높이의 하부파이프를 통하여 래들로부터 필터들위로 낙하하도록 하였다. 필터들은 이들이 용융 알루미늄 흐름의 작용하에 붕괴하지 안했기 때문에 이 시험에 합격되었다.

얻어진 결과는 아래 표로 만들어진다 :

필터번호 중량(g) 칫 수(㎜) 주입시간 합격/실패

1 19.6 50.3 ×49.4 × 21.8 22.7 합격

2 18.2 49.8 ×49.8 × 21.8 17.6 합격

3 13.4 49.5 ×49.5 × 21.6 18.9 합격

4 18.3 50.4 ×49.4 × 21.8 20.1 합격

5 13.4 49.3 ×49.6 × 21.9 16.0 합격

6 18.0 49.3 ×49.6 × 22.0 19.4 합격

예 2

망상의 포말제 필터들이 다음의 중량에 의한 성분의 수용액 슬러리를 사용하여 제조되었다.

그라파이트 18.18 %

미세한실리카 9.73 %

(실리콘제조로 부터의 부산물

윌라스토나이트 섬유 12.45 %

보로실리케이트 글래스(ES71630) 29.36 %

무정형카본 1.64 %

실리콘 1.64 %

암모니움리그노썰포네이트(50% W/W 용액) 0.95 %

농축제 (RHODOPOL) 0.14 %

레오로지제 (NORDFLOC AP 30 E 1% W/W 용액) 9.45 %

아크릴에스터/스티롤 코폴리머(ACRONAL 290 D) 2.82 %

중화된 모노알루미늄 오소포스페이트 (60% W/W 용액) 0.73%

수분 12.91 %

공칭싸이즈 50㎜ × 50㎜ × 22㎜의 개별적인 필터들은 충돌시험에서 용융알루미늄의 온도가 대략 850℃였다는 것을 제외하고는 예 1에 기재된 과정을 사용하여 제조되고 그리고 시험되었다.

얻어질 결과들은 다음에 표로 만들어졌다 :

필터번호 중량(g) 칫 수(㎜) 주입시간 합격(P)/실패(F)

7 19.3 49.6 ×49.7 × 20.4 21.8 P

8 19.7 49.6 ×48.8 × 20.6 21.6 P

9 19.0 49.7 ×49.2 × 20.4 20.0 P

X-레이형광 및 X-레이 회절에 의한 필터들의 화학분석은 필터들이 보로실리케이트 글래스 매트릭스내에 분산된 주로 그라파이트, 휠라스토나이트 및 디옵사이드로 구성되어 있음을 보였다.

예 3

망상의 포말제 필터들이 다음의 중량에 의한 다음의 성분의 수용액슬러리를 사용하여 제조되었다 :

그라파이트 17.63 %

미세한실리카 9.43 %

(실리콘제조로부터의 부산물

윌라스토나이트 섬유 12.07 %

병 유리 26.67 %

브론산 1.45 %

무정형탄소 1.59 %

실리콘 1.59 %

암모니움리그노썰포네이트(50% W/W 용액) 0.92 %

농축제 (RHODOPOL) 0.14 %

유동제 (NORDFLOCNF 10E) 0.05 %

아크릴에스터/스티롤 코폴리머(ACRONAL 290 D) 2.73 %

텍스트린 1.75 %

수분 23.98 %

병 유리는 70.31 중량 %의 실리카, 11.84 중량 %의 소디움옥사이드, 11.73 중량 % 의 칼슘 옥사이드, 3.45 중량 %의 알루미늄, 그리고 1.52 중량%의 마그네슘 옥사이드를 포함했다.

공칭싸이즈 50㎜ × 50㎜ × 22㎜의 개별적인 필터들은 충돌시험에서 용융알루미늄의 온도가 850℃였다는 것을 제외하고는 예 1에서 기재된 과정을 사용하여 제조되고 시험되었다.

필터번호 중량(g) 칫 수(㎜) 주입시간 합격(P)/실패(F)

10 15.2 50.2 ×50.2 × 21.9 13.2 P

11 15.5 50.1 ×50.5 × 21.9 14.2 P

12 16.3 50.4 ×50.2 × 22.0 11.8 P

13 15.6 50.5 ×50.3 × 22.4 12.8 P

X-레이 형광 및 X-레이 회절에 의한 필터들의 화학분석은 필터들이 보로실리케이트 글래스 매트릭스내에 분산된 주로 그라파이트, 윌라스토나이트 및 크리스토 바라이트로 구성되어 있음을 보였다.

상기의 성분에서 사용된 비율로된 병유리와 보론산으로부터 만들어진 보로실리케이트 글래스는 독일표준 DIN 51730에서의 시험에 따라서 측정된 바와같이 790℃의연화온도(T₁)와 1050℃의 용융온도를 가졌다.

Claims

그라파이트, 윌라스토나이트, 실리카 및 글래스를 포함하는 성분으로 부터 형성된 망상의 포말제를 포함하는 용융경금속의 여과를 위한 필터에 있어서, 보로실리케이트 글래스의 대체로 무정형의 매트릭스내에 분산된 그라파이트 및 월라스토나이트를 포함하는 결정상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 필터.
제1항에 있어서, 필터를 제조하기 위하여 사용된 보로실리케이트 글래스는 독일표준 DIN 51730 에서의 시험에 따라서 측정된 바로서 600℃ 내지 900℃ 의 범위에 있는 연화온도(T₁)와 700℃ 내지 1100℃ 범위에 있는 용융온도(T₂)를 가지는 것을 특징으로 하는 필터.
제2항에 있어서, 보로실리케이트 글래스는 650℃ 내지 900℃의 범위에 있는 연화온도(T₁)를 가지는 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 보로실리케이트 글래스는 소디움 실리케이트 또는 칼슘-소디움 실리케이트및 보론옥사이드로부터 필터의 제조의 동안에 원래의 위치에서 형성되어지는 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 결정상은 디옵사이트 및/또는 크리스토바라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 필터가 형성된 조성물은 무정형 카본을 함유하는 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 필터가 형성된 조성물은 실리콘을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 필터가 형성된 조성물은 마이카를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 5-25 중량 %의 그라파이트, 1-10 중량 %의 윌라스토나이트, 5-20 중량%의 실리카 그리고 35-50 %의 보로실리케이트 글래스를 포함하는 수용액 슬러리로 부터 형성되어지는 것을 특징으로 하는 필터.