KR100542904B1 - 고강도 세라믹 쉘 몰드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도 세라믹 쉘 몰드의 제조방법에 관한 것으로서,

세라믹 쉘 몰드의 제조방법에 있어서, 다수의 분말 세라믹을 계량하여 배합하는 단계(S10)와; 알코올계 및 수지계 액상물질을 배합하여 점결제를 만들어 배합된 점결제를 숙성하는 단계(S11, S12)와; 배합된 분말 세라믹과 점결제를 배합하여 세라믹 슬러리를 만드는 단계(S13)와; 슬러리 배합시 혼입된 기포를 탈포하는 단계(S14)와; 슬러리를 진공을 이용하여 주형틀에 주입하는 단계(S15)와; 슬러리를 응고시켜서 주형틀에서 해체하여 발형하는 단계(S16)와; 생형 상태의 세라믹 쉘 몰드를 착화하는 단계(S17)와; 착화후 세라믹 쉘 몰드에 강도를 부여하기 위해 소결하는 단계(S18)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하며,

생형 상태의 세라믹 쉘 몰드의 강도를 높게 할 수 있으므로 생형을 다루는 공정에서 파손의 위험을 줄일 수 있어 공정시간을 단축할 뿐만 아니라 불량률을 줄일 수 있고, 소결공정을 통하여 강화된 세라믹 쉘 몰드는 백업몰드 없이도 금속의 주조에 사용될 수 있으므로 세라믹의 사용량을 절감할 수 있으며, 쇼(Shaw) 프로세스에 비해 백업몰드를 제작하는 공정 및 자재비를 획기적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.

세라믹 쉘몰드, 고강도, 백업몰드, 바인더

Description

고강도 세라믹 쉘 몰드의 제조방법{PRODUCTION METHOD FOR HIGH STRENGTH CERAMIC SHELL MOLD}

도 1a 내지 도 1f는 종래의 기술에 의한 세라믹 쉘 몰드의 각 제조공정을 나타내는 공정도.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 세라믹 쉘 몰드를 주조하기 위한 주형틀 및 그 장치를 나타내는 개략도.

도 2b는 본 발명의 일실시예에 의한 발형 및 소결단계를 완료한 고강도 세라믹 쉘 몰드를 나타내는 개략도.

도 2c는 본 발명의 일실시예에 의한 세라믹 쉘 몰드에 용탕을 주입하기 위한 준비상태를 나타내는 개략도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 세라믹 슬러리 내의 기포제거 단계를 나타내는 개략도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 세라믹 쉘 몰드의 각 제조공정을 나타내는 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

6 : 용탕 주입구 9 : 기포

10 : 진공용기 11 : 진공

12 : 슬러리 주입구 13 : 슬러리가 담겨져 있는 용기

14 : 밸브 15 : 주형틀

16 : 세라믹 쉘 몰드 17 : 실린더

20 : 세라믹 슬러리

본 발명은 고강도 세라믹 쉘 몰드의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특수하게 조제된 점결제(Binder)를 사용함으로써 세라믹 쉘 몰드가 생형 상태에서도 충분한 강도를 유지할 수 있도록 하며, 소결 후에도 백업몰드(Back-Up mold) 없이 얇은 세라믹 쉘 몰드만으로 금속을 주조할 때 충분한 강도를 유지할 수 있도록 하는 고강도 세라믹 쉘 몰드의 제조방법에 관한 것이다.

쉘 몰드 주조법은 특수주조법의 일종으로서 금속모형을 가열하고, 그 위에 박리제인 규소수지를 바른 후 SiO₂와 열경화성 합성수지(thermosetting resin binder)를 배합한 주형재에 모형을 매몰하여 주형제작을 하는 방법이다.

최근에는 기존의 세라믹 몰드보다 고온특성이 더욱 우수하고 주조시 용융금속과 반응성이 보다 적은 주형재의 개발이 요구되고 있다. 세라믹 쉘 몰드는 고온에서 장시간 용융물을 담고 있어야 하므로 기존의 세라믹 몰드보다 고온 특성이 우 수하고 반응성이 보다 적어 많이 사용되고 있다.

이하 첨부도면을 참조하여 종래의 세라믹 쉘 몰드의 제조공정에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 1a 내지 도 1f는 종래의 기술에 의한 세라믹 쉘 몰드의 각 제조공정을 나타내는 공정도이다. 즉, 도 1a는 백업몰드 제작을 위한 주형틀을 제작하는 공정이고, 도 1b는 샤모트(Chamotte) 샌드를 이용한 백업몰드를 성형하는 공정이고, 도 1c는 백업몰드를 나타내고, 도 1d는 백업몰드와 모형 사이에 세라믹 슬러리를 주입한 상태를 나타내고, 도 1e는 백업몰드를 이용한 세라믹 쉘 몰드를 나타내고, 도 1f는 용탕을 주입하기 위한 준비 상태를 나타낸다.

우선 도 1a에 표시된 바와 같이 백업몰드를 제작하기 위한 주형틀을 제작하는 공정에서는 모형(7)을 주형틀(8)의 바닥면에 놓고 그 위에 슬러리를 주입하기 위한 통로형상의 수지(1)를 덮어 밀착시킨다. 다음에는 도 1b에 표시된 바와 같이 주형틀에 샤모트샌드(2)를 투입하여 백업몰드를 형성한다. 다음에는 주형틀에서 완성된 백업몰드(3)와 통로형상의 수지(1)를 들어서 꺼낸다. 그 다음에는 도 1d에 표시된 바와 같이 주형틀에 다시 백업몰드(3)를 투입하고 백업몰드와 모형 사이에 미리 혼합해 둔 세라믹 슬러리(4)를 주입한다. 그 다음에는 도 1e에 표시된 바와 같이 세라믹 슬러리를 고착한 후에 주형틀에서 모형(7), 백업몰드(3) 및 쉘 몰드(5)를 들어내어 모형(7)을 분리한다. 다음에 도 1f에 표시된 바와 같이 백업몰드(3)를 뒤집어서 용탕주입구(6)를 설치하여 주조작업을 준비한다.

종래에 세라믹으로 만든 주형을 이용한 주물제작 공정에 관한 기술은 여러 가지가 알려져 있다. 특히 대한민국 공개특허 제1993-0002018호에서는 세라믹 쉘 몰드를 제작할 때, 얇은 세라믹 몰드만으로는 쉘 몰드의 강도가 약하여 이를 보강하기 위해서 도 1에 표시한 바와 같이 샤모트(Chamotte) 샌드(2)를 이용하여 백업몰드(3)를 제작하여 주조하는 방법을 제공하고 있다.

종래의 제조방법은 전체를 세라믹으로 사용하기 때문에 세라믹의 사용량이 증가하고 세라믹 쉘 몰드의 강도가 저하하여 취급 시에 용이하게 파손되는 문제점이 있었다.

또한, 도 1b에 나타낸 바와 같이 백업용 몰드를 성형하는 공정을 부가적으로 거쳐야 하므로 제작 공정이 늘어나고 제조단가가 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 세라믹 쉘 몰드가 생형 상태에서도 충분한 강도를 유지할 수 있도록 하며, 소결 후에도 백업몰드 없이 얇은 세라믹 쉘 몰드만으로 금속을 주조할 때 충분한 강도를 유지할 수 있도록 하는 고강도 세라믹 쉘 몰드의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 세라믹 쉘 몰드의 제조방법에 있어서, 다수의 분말 세라믹을 계량하여 배합하는 단계(S10)와; 알코올계 및 수지계 액상물질을 배합하여 점결제를 만들어 배합된 점결제를 숙성하는 단계(S11, S12)와; 배합된 분말 세라믹과 점결제를 배합하여 세라믹 슬러리를 만드는 단계(S13)와; 슬러리 배합시 혼입된 기포를 탈포하는 단계(S14)와; 슬러리를 진공을 이용하여 주형틀에 주입하는 단계(S15)와; 슬러리를 응고시켜서 주형틀에서 해체하여 발형하는 단계(S16)와; 생형 상태의 세라믹 쉘 몰드를 착화하는 단계(S17)와; 착화후 세라믹 쉘 몰드에 강도를 부여하기 위해 소결하는 단계(S18)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게, 상기 주형틀에 주입하는 단계(S15)에서는 주형틀을 진공분위기 속에 넣고 슬러리가 담겨져 있는 용기의 하부 밸브를 열어 순간적으로 세라믹 슬러리가 주형틀 속으로 주입되도록 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 세라믹 쉘 몰드를 주조하기 위한 주형틀 및 그 장치를 나타내는 개략도이고, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 의한 발형 및 소결단계를 완료한 고강도 세라믹 쉘 몰드를 나타내는 개략도이고, 도 2c는 본 발명의 일실시예에 의한 세라믹 쉘 몰드에 용탕을 주입하기 위한 준비상태를 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 세라믹 슬러리 내의 기포제거 단계를 나타내는 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 세라믹 쉘 몰드의 각 제조공정을 나타내는 흐름도 이다.

도 4를 참조하여 본 실시예에 의한 세라믹 쉘 몰드의 각 제조공정을 구체적으로 설명한다.

세라믹 배합 단계(S10) :

먼저, 혼합 세라믹을 제조하는 과정으로, 몇 가지 종류의 분말 세라믹을 적당한 비율로 계량하여 믹서로 고르게 혼합한다.

점결제 배합 단계(S11) :

배합된 세라믹 분말 소재를 슬러리로 만들기 위해서는 액상 점결제 물질과 배합해야 한다. 본 실시예에서는 생형 상태에서의 세라믹 셀 몰드의 강도를 높이기 위하여 에틸 실리케이트 등 각종 액상물질로 형성된 점결제를 사용한다. 점결제는 알코올계와 수지계 등의 액상물질들을 적당한 비율로 혼합하여 제작된다.

또한, 배합된 점결제는 점결제 내의 성분들이 충분히 화학 반응이 일어나도록 숙성시킨다(S12). 이렇게 함으로써, 점결제 내의 SiO₂의 함량을 높여 소결후 세라믹 쉘 몰드의 강도를 높일 수 있다.

세라믹 쉘 몰드에 사용되는 점결제는 무기질 실리카 바인더의 개발 이후 공정의 큰 변화 없이 몇 가지 산화물 내화재료를 사용하여 왔다. 세라믹 쉘 몰드 제작시 사용되는 무기질 바인더로는 콜로이달 실리카와 에틸 실리케이트가 있다. 이중에 콜로이달 실리카는 에틸 실리케이트보다 건조시간이 길고 건조강도는 낮으나 안정성이 좋고 소성강도가 크다.

슬러리를 배합하는 단계(S13) :

배합된 세라믹 분말 소재와 액상의 점결제를 적당한 비율로 혼합하여 세라믹 슬러리를 제작한다. 이때 분말과 액상물질의 혼합이므로 수작업으로 혼합하기가 용이하지 않으므로 교반기 등 기계장치를 사용하여 혼합하는 것이 바람직하다.

슬러리내 기포를 탈포하는 단계(S14) :

배합 세라믹 분말과 점결제를 혼합하는 과정에서 기포가 슬러리(20) 내에 포함된다. 슬러리(20) 내에 기포(9)가 존재하면, 세라믹 쉘 몰드 제작시 표면에 기포로 인한 홈이 발생하여 미려한 표면의 주형을 제작하는데 방해가 된다. 따라서, 세라믹 쉘 몰드를 제작하기 전에 슬러리(20)내의 기포(9)를 제거해야 한다.

본 실시예에서는 기포를 제거하기 위하여 도 3에 표시된 바와 같이 슬러리를 혼합한 직후에 이를 담은 용기를 진공 용기(10)에 넣고 뚜껑을 닫아 완전히 밀폐한다. 그리고, 진공용기 전체를 진공상태(11)로 유지하게 되면 슬러리 속에 포함되어 있던 기포(9)가 빠져 나오게 된다. 이렇게 하여, 기포가 적게 포함된 세라믹 슬러리(20)를 준비하는 단계를 완료한다.

슬러리를 주형틀에 주입하는 단계(S15) :

준비된 슬러리를 주형틀(15)에 주입한다. 본 실시예에서는 세라믹 슬러리를 주형틀(15)에 효과적으로 주입하기 위하여, 주형틀(15)을 도 2a에 나타낸 바와 같이 진공용기(10) 속에 넣고 실린더(17)를 이용하여 슬러리 투입구(12)와 밀착한 후, 슬러리가 담겨져 있는 용기(13)의 하부 밸브(14)를 열어 연결한 후 순간적으로 세라믹 슬러리가 주형틀 속으로 주입되도록 한다. 또한, 이렇게 하면 미세한 형상의 구석에도 치밀하게 세라믹으로 채워질 수 있게 할 수 있다.

발형(S16) 및 착화 단계(S17) :

시간이 어느 정도 흘러 주입된 세라믹 슬러리가 경화되면, 주형틀을 해체하 여 발형을 하고, 세라믹 쉘 몰드(16)에 착화한다. 아직 알코올과 수지 성분이 남아 있으므로 쉽게 착화되며, 착화된 후에는 취급이 가능할 정도로 강도가 향상된다.

소결 단계(S18) :

착화가 끝난 세라믹 주형은 소결 단계를 거쳐 세라믹 주형에 더 높은 강도를 부여한다. 소결은 1000℃의 가열로에서 가열하여 세라믹 주형을 구워내는 과정이다. 이때 세라믹 이외의 성분은 완전히 발화하여 없어지고, 점결제 내의 SiO₂가 녹아 세라믹 입자를 융착함으로써 소결후 세라믹 쉘 몰드의 강도를 한층 강화시켜 준다.

이상과 같이 본 실시예의 제조방법에서와 같이 얇은 세라믹 쉘 몰드 만으로도 충분한 강도를 낼 수 있으므로 세라믹의 사용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 공정의 단순화에 따라 몰드의 제조 원가를 절감할 수 있다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 생형 상태의 세라믹 쉘 몰드의 강도를 높게 할 수 있으므로 생형을 다루는 공정에서 파손의 위험을 줄일 수 있어 공정 시간을 단축할 뿐만 아니라 불량률을 줄일 수 있다.

또한, 소결공정을 통하여 강화된 세라믹 쉘 몰드는 백업몰드 없이도 금속의 주조에 사용될 수 있으므로 세라믹의 사용량을 절감할 수 있으며, 쇼(Shaw) 프로세스에 비해 백업몰드를 제작하는 공정 및 자재비를 획기적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 세라믹 쉘 몰드의 제조방법에 있어서,

   다수의 분말 세라믹을 계량하여 배합하는 단계(S10)와;

   알코올계 및 수지계 액상물질을 배합하여 점결제를 만들어 배합된 점결제를 숙성하는 단계(S11, S12)와;

   배합된 분말 세라믹과 점결제를 배합하여 세라믹 슬러리를 만드는 단계(S13)와;

   슬러리 배합시 혼입된 기포를 탈포하는 단계(S14)와;

   슬러리를 진공을 이용하여 주형틀에 주입하는 단계(S15)와;

   슬러리를 응고시켜서 주형틀에서 해체하여 발형하는 단계(S16)와;

   생형 상태의 세라믹 쉘 몰드를 착화하는 단계(S17)와;

   착화후 세라믹 쉘 몰드에 강도를 부여하기 위해 소결하는 단계(S18)를 포함하여 구성되며,

   상기 주형틀에 주입하는 단계(S15)에서는 주형틀을 진공분위기 속에 넣고 슬러리가 담겨져 있는 용기의 하부 밸브를 열어 순간적으로 세라믹 슬러리가 주형틀 속으로 주입되도록 하는 것을 특징으로 하는 고강도 세라믹 셀 몰드의 제조방법.
2. 삭제

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