KR100439200B1 - 정밀주조용 수용성 세라믹 중자 조성물 및 이를 이용한 세라믹 중자의 제조방법 - Google Patents

정밀주조용 수용성 세라믹 중자 조성물 및 이를 이용한 세라믹 중자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정밀주조용 수용성 세라믹 중자 조성물 및 이를 이용한 세라믹 중자의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 제3인산칼륨 수용액과 용융 실리카를 혼합하여 이루어진 수용성 세라믹 중자 조성물을 금형에서 사출성형 후 안정화, 건조 및 소결 과정을 거쳐 세라믹 중자를 제조하고, 상기 제조된 수용성 세라믹 중자는 치수 안정성 및 수중 붕괴성이 우수하여 산 또는 염기에 강하게 반응하는 금속의 정밀주조에 유용하게 사용된다.

Description

정밀주조용 수용성 세라믹 중자 조성물 및 이를 이용한 세라믹 중자의 제조방법{A composition of water-soluble ceramic core for investment casting and process of ceramic core by its composition}
본 발명은 정밀주조용 수용성 세라믹 중자 조성물 및 이를 이용한 세라믹 중자의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 제3인산칼륨 수용액과 용융 실리카와 혼합하여 이루어진 수용성 세라믹 중자 조성물을 금형에서 사출성형 후 안정화, 건조 및 소결 과정을 거쳐 세라믹 중자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 방법에서 얻어진 세라믹 중자는 치수 안정성 및 수중 붕괴성이 우수하여 산 또는 염기에 강하게 반응하는 금속의 정밀주조에 유용하게 사용된다.
정밀주조법(Investment casting process)은 다른 주조법과는 달리 제거가 용이한 물질로 중자를 제조한 다음, 표면에 내화물질로 코팅후 용융된 내화성 주형재를 부착하고, 중자를 제거하여 중공형태의 주형을 제조하게 되며 또한, 상기 주형을 이용하여 원하는 형상의 구조물을 기계적인 가공없이 제조하는 방법이다. 상기 정밀주조법은 형상이 복잡하거나 재질이 단단하여 가공이 어려운 부품을 높은 치수 정밀도로 제작이 가능하며, 형상 또는 재질에 제한을 받지 않고 다른 공법과 비교하여 기계적 성질이 동등 이상으로 우수한 제품을 제작할 수 있다. 그 결과 소량의 복잡한 형상을 가진 부품 제작에 유용하게 이용될 수 있으며, 이러한 특징으로 인하여 항공기 기체, 엔진 부품, 내연기관 부품, 전자장비 부품, 각종 화기 부품 및 의과학 부품 등의 여러 분야에 적용되고 있다. 상기 정밀 주조법은 중자의 재질, 제품의 크기 및 생산조건 등에 따라 여러 가지 응용이 가능하며 주로 로스트 왁스법(lost wax process), 세라믹 주형법(ceramic mold process) 및 석고주형법(plaster mold process)등의 방법이 사용되고 있다.
그 중 가장 널리 사용되고 있는 로스트 왁스법(lost wax process)은 중자를 왁스(wax) 물질로 제작하고 표면에 내화물질 코팅 후 용융된 내화성 주형재를 부착시키고 가열하게 되면 왁스가 녹아 유출되고, 상기에 중공이 형성된 주형을 제조하게 된다. 상기 중공이 형성된 주형에 쇳물을 주입시켜 여러 가지 형태의 주물을 제조하게 된다.
이러한 부품들의 형상적인 특징은 외부에서 보이지 않는 내부의 유로 형상을 가진 것이 많으므로, 내부 형상의 주형제작에 있어서는 고도의 기술력이 요구된다. 또한, 금속중자는 비소모성으로 매우 단순한 형상의 공간을 형성할 때는 유효하나 복잡한 형상의 성형이 곤란한 단점을 가지고 있다.
이 문제를 해결하기 위해서, 새로운 재질로 제조된 정밀주조법을 연구한 결과 새로운 재질로 세라믹 중자를 적용하는 기술을 사용할 수 있다. 세라믹 중자는 중공부의 형상 등에 제약이 없을 뿐만 아니라 충분한 내구성을 지니고 있어 치수정밀성이 우수한 것으로 알려져 있으며, 지르콘(zircon), 용융 실리카(fused silica), 알루미나(alumina) 및 물라이트(mulite) 등 비교적 팽창이 작은 내화성 분말로 성형하여 고온에서 소성한 것을 많이 사용함에 따라 내화도가 매우 우수하다.
세라믹 중자가 정밀주조법에 응용되기 위해서는 몇가지 요구되는 조건이 제시되었다. 첫 번째로 왁스(wax) 모형을 사출 성형시 견딜수 있는 내압력(압축강도:100 ㎏f/㎠이상)을 가져야 하고, 두 번째로 중자를 제거하기 위해서 20 %이상의 기공도를 가진 다공망(porous network)을 형성해야 하며, 세 번째로소결이나 주조시, 높은 온도에서 충분한 강도를 가져야 한다. 네 번째로 정밀주조 주물(Investment casting mold)과 비슷한 열팽창율을 가져야 하고, 다섯 번째로 주물로부터 쉽게 제거 되어야 하며, 마지막으로 주조시 용탕과의 반응성이 없어야 한다. 그러나, 주조 후 주물품에서 세라믹 중자가 손쉽게 제거되지 않으며, 특히 알루미늄 합금 등 저융점 합금에서는 제거하는 방법이 제한되어 있다.
현재 주철 및 주강품의 경우는 정밀주조 후 세라믹 중자를 제거하기 위하여 고온(500 ℃정도)의 산 또는 염기에 침지하거나 산 또는 염기성 분위기의 오토크레이브(autoclave)내에서 제거하는 방식이 적용되고 있으며, 또한 수용성 세라믹 중자를 사용하여 제거하는 방식이 적용된다. 그러나 알루미늄 합금의 경우, 산 및 염기에 대한 부식저항성이 약하고, 화학적으로 용융하여 세라믹 중자를 제거할 경우, 처리온도가 고온(500∼600 ℃)이기 때문에 주철 및 주강용 세라믹 중자의 사용은 불가능하다. 또한 이미 개발되어 있는 Na2O ·Al2O3및 Na2O ·SiO2형과 같은 수용성 중자의 경우, 나트륨기에 의한 알루미늄 합금의 부식이 현저하게 나타나므로 이의 적용은 매우 어렵다.
그 중 물에 의하여 세라믹 중자를 제거하는 방법으로 염 계열의 세라믹 중자 또는 수용성 점결제를 사용한 수용성 세라믹 중자를 사용한다. 염 계열의 수용성 세라믹 중자는 염 자체를 성형 및 소결하거나, 염에 일정량의 내화물을 첨가하여 성형 및 소결하여 사용한다. 그러나, 염 자체의 융점이 낮기(<800 ℃) 때문에 사용온도가 한정되어 있고, 소결시에 변형이 많이 일어나기 때문에 정밀한 제품에는 적용될 수 없다.
또한, 수용성 점결제를 사용한 수용성 세라믹 중자는 알루미나(alumina), 용융 실리카(fused silica) 및 물라이트(mulite) 등과 같은 기본 내화물에 수용성 점결제인 알카리금속(K, Na)과 희토류금속(Ca, Mg 등)의 인산염, 황산염, 탄산염 등을 혼합하여 성형 및 소결 한다. 하지만 이 방법에 대해서는 국내 연구개발이 미미한 상태이다.
이에, 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 수용성 점결제로 제3인산칼륨을 수용액 상태로 용융실리카와 혼합하여 사출, 안정화, 건조 및 소결 단계를 거쳐 수용성 세라믹 중자를 제조하였으며, 상기 수용성 세라믹 중자가 치수안정성을 유지하면서 물에 의하여 쉽게 제거됨을 알아내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 제3인산칼륨, 물 및 용융 실리카를 포함하는 수용성 세라믹 중자 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 제3인산칼륨 수용액을 용융 실리카와 혼합, 사출, 안정화, 건조 및 소결하는 단계로 이루어진 수용성 세라믹 중자의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 세라믹 중자의 제조공정 흐름도를 나타낸 것이고,
도 2는 세라믹 중자내에서 제3인산칼륨의 분포 모델(1)을 나타낸 것이고,
도 3은 세라믹 중자내에서 제3인산칼륨의 분포 모델(2)를 나타낸 것이다.
*도면의 주요부호에 대한 설명*
1: 용융 실리카 2: 제3인산칼륨
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제3인산칼륨, 물 및 용융 실리카를 포함한 수용성 세라믹 중자 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 세라믹 중자의 제조 방법에 있어서,
제3인산칼륨 수용액을 용융실리카와 혼합하는 단계(단계 1);
얻어진 혼합물을 금형에 사출하는 단계(단계 2);
안정화하는 단계(단계 3);
안정화된 세라믹 중자를 건조하는 단계(단계 4); 및,
건조된 세라믹 중자를 소결하는 단계(단계 5)로 구성되는 수용성 세라믹 중자의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 수용성 세라믹 중자 조성물은 제3인산칼륨 20∼30 중량%, 용융실리카 60∼75 중량% 및 물 5∼10 중량% 를 포함한다.
먼저, 제3인산칼륨은 수용성 세라믹 중자의 점결제로 사용되며, 물에 대한 용해도가 103 g/100 g H2O로 비교적 높고, 녹는점이 1340 ℃로 열에 대한 안정한 특징을 가지고 있어 정밀주조 공정에서 도입되는 다수의 열노출 공정에도 매우 안정하다. 본 발명에서는 함량을 20∼30 중량%로 하였으며, 이때 제3인산칼륨의 함량이상기 범위내에서 증가할수록 붕괴성이 우수해진다. 제3인산칼륨의 가압력이 높아 기공도가 충분히 확보되지 못한 상태일 때는 상대적으로 제3인산칼륨의 양이 증가되어야 한다. 이는 물이 쉽게 세라믹 중자 내부로 침투해 들어갈 공간이 부족하기 때문에 붕괴속도가 느려지게 되기 때문이며, 용융 실리카의 입도가 미세할 경우 및 제3인산칼륨의 양이 충분하지 않을 경우, 용융 실리카들 사이에 상호작용으로 용융 실리카 사이에 경로(channel)를 형성하게 되므로 붕괴는 일어나지 않을 것이다. 따라서 용융 실리카의 입도가 미세해지면 그 만큼의 제3인산칼륨의 양이 많아져야 한다.
용융실리카는 수용성 세라믹 중자의 기본 내화물로 사용되었으며, 100∼200 ㎛ 및 45 ㎛이하의 입도 분포를 갖는 물질을 60∼75 중량%의 함량으로 사용하였다. 상기 용융 실리카의 양은 제3인산칼륨의 양에 따라 변화한다.
물은 용매로 사용하였으며, 5∼10 중량% 사용하였다. 상기 물의 양이 5 중량% 이하일 경우는 용매가 불충분하여 제3인산칼륨이 용융실리카를 도포하기 어렵고 이에 따라 붕괴성이 떨어지며, 또한 10 중량%이상일 경우는 건조시간이 길어질 뿐만 아니라 건조 중 표면의 부풀어오름 등의 결함이 발생하기 쉽다.
같은 양의 점결제를 사용하면서도 우수한 붕괴성을 나타내기 위해서는 점결제와 기본 내화물과의 상호 존재 양태가 매우 중요하다. 소결 전 단계까지 어느 정도의 강도를 가지게 하기 위하여 액체를 사용할 경우 최종적으로 강도를 가지는 것은 결정질의 점결제이다. 따라서 그 존재 형태가 기본 내화물 사이에 상호작용을 방해하면서 점결제만이 강도에 작용한다면 붕괴성은 향상될 것이다. 이에, 본 발명에서 수용성의 점결제에 기본 내화물을 혼합하여 수용성 세라믹 중자를 제조하여 우수한 수중 붕괴성을 나타낸다.
본 발명은 세라믹 중자의 제조 방법에 있어서,
제3인산칼륨 수용액을 용융실리카와 혼합하는 단계(단계 1);
얻어진 혼합물을 금형에 사출하는 단계(단계 2);
안정화하는 단계(단계 3);
안정화된 세라믹 중자를 건조하는 단계(단계 4); 및,
건조된 세라믹 중자를 소결하는 단계(단계 5)로 구성되는 수용성 세라믹 중자의 제조방법을 포함한다.
제3인산칼륨 수용액을 용융실리카와 혼합하는 단계 1은 제3인산칼륨을 물에 완전히 녹여 수용액을 만든 후, 용융실리카를 혼합한다.
단계 2는 얻어진 혼합물을 금형에 사출한다.
상기 혼합물을 세라믹 중자 제작용 금형에 주입한 후 유압프레스를 이용하여 20 또는 200 kgf/㎠의 일축압력으로 사출하여 그린(green) 상태의 세라믹 중자로 성형한다.
단계 3은 상기 그린 상태의 세라믹 중자를 안정화한다.
상기 그린(green) 상태의 세라믹 중자를 세라믹 판 위에 놓고 35 ℃ 건조로에서 10시간 동안 안정화 한다. 안정화 단계에서는 상온에서 수분을 자연증발시키는 단계로서, 제3인산칼륨은 상온에서 7수화물(K3PO4·7H2O) →45℃이상에서 3수화물 (K3PO4·3H2O) →120∼180℃에서 1.5수화물 (K3PO4·1.5H2O) 및 무수화물 (K3PO4·H2O)로 변태하며 수분을 배출한다. 만일 안정화과정을 거치지 않으면, 수분의 급격한 증발로 인해 표면결함이 발생하는 문제가 발생하게 된다.
단계 4는 상기 안정화된 중자를 건조한다.
코아박스에 세라믹 중자를 넣고 지르코니아 분말로 충진한 후 건조로에 넣고 0.5∼1.5 ℃/min의 속도로 200∼300 ℃까지 승온을 실시하여 1∼3 시간 동안 유지하고 건조한 후 노냉을 실시한다.
단계 5는 상기 건조된 중자를 소결한다.
코아박스에서 세라믹 중자를 탈기한 세라믹 중자 표면에 남아 있는 지르코니아 분말을 완전히 제거하여 세라믹 판 위에 올려놓고 소결로에서 5∼10 ℃/min의 속도로 800∼950 ℃까지 승온한 후, 0.5∼1.5 시간 동안 소결 및 노냉을 실시하여 세라믹 중자를 제작하는 단계이다.
상기 수용성 세라믹 중자의 제조공정을도 1을 통하여 나타내었다.
본 발명의 수용성 세라믹 중자의 가장 중요한 특징인 수중 붕괴성은 사출시 가압력이 낮고, 용융 실리카의 입도가 클수록 우수한 것으로 나타났으며, 이는도 2와 같이 붕괴성이 높은 세라믹 중자의 기공도가 높아 물이 침투할 수 있는 공간이 많고 용융 실리카 분말이 서로 결합하기가 어려워지므로 수중에서 보다 쉽게 붕괴되는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 혼합조건을 제3인산칼륨 수용액을 만든 후, 용융 실리카와 혼합한 경우가 용융실리카와 제3인산칼륨을 혼합한 후에 다시 물을 첨가해서 혼합하여 제조한 경우보다 낮은 비율의 제3인산칼륨에서도 붕괴성이 나타났으며, 붕괴 시간도 단축되었다. 비교예 5∼8에서 붕괴가 발생하지 않는 45㎛이하의 용융 실리카 분말을 사용한 시료에서도 수중붕괴가 발생하였다.
이하 본 발명을 다음의 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 수용성 세라믹 중자의 제조
표 1에 제시한 조성에 따라, 8 중량%의 물에 20(a), 25(b) 및 30 중량%(c)의 제3인산칼륨을 용해한 수용액을 만든 후, 45 ㎛이하의 입도를 갖는 용융실리카를 첨가하여 혼합한 혼합물을 제조하였다. 이 혼합물을 20 kgf/㎠의 가압력으로 가압하여 성형체를 만든 후, 250 ℃에서 2시간 동안 건조하고 900 ℃에서 1시간 동안 소결하여 세라믹 중자를 제조하였다.
<실시예 2> 수용성 세라믹 중자의 제조
100∼200 ㎛ 범위의 입도를 갖는 용융실리카를 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수용성 세라믹 중자를 제조하였다.
<실시예 3> 수용성 세라믹 중자의 제조
100 kgf/㎠의 가압력으로 가압하여 성형체를 만든 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수용성 세라믹 중자를 제조하였다.
<실시예 4> 수용성 세라믹 중자의 제조
100∼200 ㎛범위의 입도를 갖는 용융실리카 및 100 kgf/㎠의 가압력으로 가압한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수용성 세라믹 중자를 제조하였다.
<비교예 1> 수용성 세라믹 중자의 제조
표 1에 제시한 조성에 따라, 45 ㎛이하의 입도를 갖는 용융실리카 및 20(a), 25(b) 및 30 중량%(c)의 제3인산칼륨을 혼합한 분말을 V-mixer를 이용하여 10시간 동안 혼합한 후 물을 첨가하여 혼합물을 제조하였다. 이 혼합물을 20 kgf/㎠의 가압력으로 가압하여 성형체를 만든 후 250 ℃에서 2시간 동안 건조하고 900 ℃에서 1시간 동안 소결하여 세라믹 중자를 제조하였다.
<비교예 2> 수용성 세라믹 중자의 제조
100∼200 ㎛ 범위의 입도를 갖는 용융실리카를 사용한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 수용성 세라믹 중자를 제조하였다.
<비교예 3> 수용성 세라믹 중자의 제조
100 kgf/㎠의 가압력으로 가압한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 수용성 세라믹 중자를 제조하였다..
<비교예 4> 수용성 세라믹 중자의 제조
100∼200 ㎛ 범위의 입도를 갖는 용융실리카 및 100 kgf/㎠의 가압력으로 가압한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 수용성 세라믹 중자를 제조하였다.
세라믹 중자용 혼합물 조성
조성 용융실리카(%) 제3인산칼륨(%) 물(%)
a 72 20 8
b 67 25 8
c 62 30 8
<실험예> 세라믹 중자의 물리적 특성
제조한 수용성 세라믹 중자의 소결 전후 수축팽창량, 겉보기 밀도, 기공도및 수중 붕괴속도를 측정하였다.
(1) 기공도 측정
기공도는 하기 식을 이용하여 계산하였다.
(2)열충격 특성 평가
세라믹 중자를 주형의 소성온도인 900 ℃로 유지된 로에 넣고 10분간 유지시킨 후 10시간 공냉하는 작업을 5회 반복하여 열충격 특성을 평가하였다.
(3) 압축강도 측정
수용성 세라믹 중자를 10 ×10 ×8 ㎜의 크기로 가공한 후 압축강도 시험기를 이용하여 5 ㎜/min의 속도로 압축강도를 측정하였다.
(4) 수중 붕괴성
수용성 세라믹 중자를 40 ×20 ×8 ㎜의 크기로 가공하여 50 ℃의 물 1000 cc에 탐침한 후 시험편이 완전히 붕괴되어 분말이 되는 시간을 붕괴시간으로 하였으며, 하기 식을 이용하여 붕괴속도를 계산하였다.
붕괴속도 =
ΔW 는 붕괴된 세라믹 중자의 중량(g)이고,
A는 초기 표면적(㎠)이며,
t는 붕괴에 소요된 시간(hr)이고,
d는 시험편의 밀도(㎏/㎤)이다.
세라믹 중자의 물성평가 결과
실시예 수축율(%) 기공도(%) 압축강도(kgf/㎠) 수중붕괴성(cm/h2/1)
1-a 1.1 34 170 85.4
1-b 1.48 33.1 205 132.5
1-c 1.8 29.9 243 164.3
2-a 1.13 34.6 146 180.2
2-b 1.5 33.2 196 234.3
2-c 1.79 31.5 244 254.3
3-a 0.7 17.8 209 67.3
3-b 1.1 17 253 99.3
3-c 1.24 16.4 299 138.2
4-a 0.7 17.8 193 156.2
4-b 1.1 17.1 240 210.3
4-c 1.25 16.4 266 230.4
비교예1-a 0.98 34.7 152 미붕괴
비교예1-b 1.35 34 198 미붕괴
비교예1-c 1.68 32.8 230 67
비교예2-a 0.98 35 136 83
비교예2-b 1.34 34 181 129.3
비교예2-c 1.66 32 210 192.6
비교예3-a 0.57 17.9 203 미붕괴
비교예3-b 0.9 17.2 244 미붕괴
비교예3-c 1.05 16.6 270 미붕괴
비교예4-a 0.58 18 181 57.8
비교예4-b 0.88 17.2 225 84.6
비교예4-c 1.02 18.4 250 129.3
상기표 2에 따르면, 본 발명에서 제조된 세라믹 중자는 소결 후의 변형 및 열간 균열은 발생하지 않았으며, 수축 팽창량은 제품의 설계 시에 고려되는 것으로 그 양이 작을수록 원하는 형상을 쉽게 설계할 수 있다. 성형시 가압력이 낮은 경우가 높은 경우보다 수축량이 많았으며, 제3인산칼륨이 양이 증가할수록 수축량도 증가하였다. 혼합방법을 달리한 실시예 1∼4 및 비교예 1∼4의 경우, 그 변화량은 극히 미세한 것으로 나타났고, 전체적으로 수축량은 1.5 % 이내로 나타났다.
기공도를 측정한 결과, 혼합방식과 거의 무관하였으며, 성형압력에 영향을 받았다. 성형압력이 200 ㎏f/㎠인 경우, 제3인산칼륨의 양 및 입도에 따라 기공도는 16∼18 %로 나타났으며, 성형압력이 20 ㎏f/㎠인 경우, 30∼34 %인 것으로 나타났다.
세라믹 중자는 정밀 주조시에 내부주형으로 사용되므로, 세라믹 중자를 사출용 금형 안에 먼저 위치시키고 사출을 하기 때문에 사출시 견딜 수 있는 충분한 강도를 가져야 한다. 일반적으로 사출에 필요한 최소한의 세라믹 중자의 강도는 압축강도로 100 ㎏f/㎠이다. 본 발명에서 제조한 세라믹 중자 시험편의 경우, 사용분말의 입도, 성형압력 및 사용분말의 조성에 따라 130 ㎏f/㎠의 압축강도를 보였고, 열충격 시험결과, 열충격에 의한 크랙도 발견되지 않았다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 제3인산칼륨 수용액 제조 후, 용융 실리카를 첨가 및 혼합하여 제조한 수용성 세라믹 중자를 제조한 결과, 세라믹 중자의 용융 실리카 표면에 제3인산칼륨을 고루 도포시키는 효과를 주어 세라믹 중자의 수중 붕괴성을 향상시키고, 분말 혼합 과정을 배제함으로 작업공정을 단순화하고 물로 쉽게 제거 될 수 있으므로 금속 주조물에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 20∼30 중량% 제3인산칼륨과 5∼10 중량% 물로 이루어진 제3인산칼륨 수용액에 60∼75 중량% 용융 실리카를 첨가 및 혼합하여 얻어진 로스트 왁스법을 위한 정밀 주조용 수용성 세라믹 중자 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 용융 실리카는 입자 크기가 45 ㎛이하 또는 100~200 ㎛인 것을 특징으로 하는 로스트 왁스법을 위한 정밀 주조용 수용성 세라믹 중자 조성물.
  4. 로스트 왁스법을 위한 정밀 주조용 수용성 세라믹 중자의 제조방법에 있어서,
    20∼30 중량% 제3인산칼륨 및 5∼10 중량% 물로 이루어진 제3인산칼륨 수용액에 60∼75 중량% 용융실리카를 혼합하는 단계(단계 1);
    얻어진 혼합물을 금형에서 사출하는 단계(단계 2);
    상기 사출된 성형품을 안정화하는 단계(단계 3);
    상기 안정화된 성형품을 건조하는 단계(단계 4); 및
    건조된 성형품을 소결하는 단계(단계 5) 로 구성된 것을 특징으로 하는 로스트 왁스법을 위한 정밀 주조용 수용성 세라믹 중자의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서, 단계 2의 사출 압력이 20∼200 ㎏f/㎠인 것을 특징으로 하는 로스트 왁스법을 위한 정밀 주조용 수용성 세라믹 중자의 제조방법.
  6. 제 3항에 있어서, 단계 5의 성형 온도가 800∼950 ℃인 것을 특징으로 하는 로스트 왁스법을 위한 정밀 주조용 수용성 세라믹 중자의 제조방법.
  7. 제 3항에 의해 제조된 로스트 왁스법을 위한 정밀 주조용 수용성 세라믹 중자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP6125500B2 (ja) * 2012-06-18 2017-05-10 吉野石膏株式会社 鋳造用埋没材組成物およびこれを用いた鋳物の鋳造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4659526A (en) * 1984-04-02 1987-04-21 Hitachi, Ltd. Slip casting forming method and mold
US5014763A (en) * 1988-11-30 1991-05-14 Howmet Corporation Method of making ceramic cores
JPH05200480A (ja) * 1992-01-24 1993-08-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd セラミック中子の製造方法
JPH0663684A (ja) * 1992-08-18 1994-03-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 鋳造用セラミック中子の製造方法
US6024787A (en) * 1998-06-05 2000-02-15 Industrial Technology Research Institute Water soluble ceramic core for use in die casting, gravity and investment casting of aluminum alloys

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4659526A (en) * 1984-04-02 1987-04-21 Hitachi, Ltd. Slip casting forming method and mold
US5014763A (en) * 1988-11-30 1991-05-14 Howmet Corporation Method of making ceramic cores
JPH05200480A (ja) * 1992-01-24 1993-08-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd セラミック中子の製造方法
JPH0663684A (ja) * 1992-08-18 1994-03-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 鋳造用セラミック中子の製造方法
US6024787A (en) * 1998-06-05 2000-02-15 Industrial Technology Research Institute Water soluble ceramic core for use in die casting, gravity and investment casting of aluminum alloys

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