KR20070116944A - 정밀 주조 몰드 및 그 제조방법 - Google Patents

정밀 주조 몰드 및 그 제조방법 Download PDF

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존 반더미러
컬밋 에이. 분트록
토마스 엠. 브란스콤브
알렌 지. 데이비스
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분트록 인더스트리즈 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 정밀 주조 쉘 몰드(investment casting shell molds) 및 그 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법은 건조 블렌드(dry blend)를 형성하기 위해 섬유와 내열성 필러를 혼합하는 단계, 내열성 슬러리를 형성하기 위해 상기 건조 블렌드와 바인더 졸을 혼합하는 단계 및 정밀 주조 쉘 몰드를 제조하기 위해 상기 내열성 슬러리를 채택하는 단계를 필요로 한다.

Description

정밀 주조 몰드 및 그 제조방법{INVESTMENT CASTING MOLD AND METHOD OF MANUFACTURE }
본 발명은 정밀 주조 기술을 위한 방법 및 조성물을 개선시키는 것에 관한 것이다.
로스트 왁스법(lost wax process)에 의한 정밀 주조(investment casting)는 고대 이집트 및 고대 중국까지 기원을 추적할 수 있다. 그러나 실용화된 오늘날의 공정은 1930년대보다 상대적으로 새로운 기술이고 급속한 성장 비즈니스 및 과학을 대표한다. 정밀 주조 기술은 용융 금속을 원하는 금속 형상을 복제하는 일회용 왁스 예비성형물(preform) 주위에 형성된 소모성 세라믹 쉘 몰드들로 주조함으로써 복잡한 금속 형상들의 제조를 단순화한다. “정확성 정밀 주조(Precision Investment Casting)”, 즉 PIC는 당업계에서 이 기술을 언급하는 용어이다.
전형적인 PIC 공정은 6개의 주요 단계들을 채택한다:
1. 예비성형물 준비:
원하는 금속 주조용 일회용 파지티브 예비성형물(a disposable positive preform)이 왁스에서 분리된 세라믹 쉘 몰드내에 오염 잔여물이 남아있지 않도록 용융되어 완전히 기화되거나 타는 왁스 같은 열가소성 물질로부터 만들어진다. 상 기 파지티브 예비성형물은 열가소성 물질을, 금속주조를 위해 요구되는 형상, 치수(dimension) 및 표면 마무리를 가진 예비성형물을 제조하기 위해 디자인된 네거티브 구획된 금속 다이 또는 “툴(tool)”에 주입함으로써 준비된다. 단일 또는 복수의 예비성형물은 상기 셀 몰드에 채우기 위해 용융된 금속을 공급하는 일회용 왁스 “탕구 시스템(sprue system)"에 그들을 융합시킴으로써 조립될 수 있다.;
2. 셀 몰드 건설(construction)은 다음에 의해 이루어진다:
(a) 상기 예비성형물에 내열성 물질을 코팅하기 위해 콜로이드상태의 실리카 바인더로 안정화된 염기성 수용액에서 고운 미립자 내열성 그레인을 가진 내열성 슬러리에 상기 예비성형물 조립체를 담지하고;
(b) 스투코 코팅(stucco coating)을 하기 위해 거친 건조 미립자 내열성 그레인 또는 “스투코”와 상기 내열성 코팅을 접촉하며; 그리고
(c) 불용성 결합된 코팅이 공기 건조된 그린(a green)을 제조하기 위해 공기건조 한다. 이들 공정 단계는 원하는 두께로 공기 건조된 쉘 몰드를 건조할 때까지 “그린"에 지속적인 코팅을 함으로써 반복될 수 있다.
3. 탈왁스(dewaxing)-상기 그린 쉘 몰드가 1000℉ 내지 1900℉로 가열된 플래시 탈왁스 용광로(a flash dewaxing furnace)에 던져지거나 상기 왁스를 급속히 가열하고 액화시켜서 과도한 압력 형성이 상기 쉘 몰드를 손상시키지 않도록 하는 어떤 다른 방법과 스팀 오토클레이빙(steam autoclaving)에 의해서 상기 일회용 왁스 예비성형물이 상기 “그린” 공기 건조된 쉘 몰드로부터 분리된다.
4. 노에서의 가열(furnacing)-상기 탈왁스된 쉘 몰드는 휘발성 잔여물을 제 거하고 상기 쉘 몰드내에서 안정한 세라믹 결합을 형성하도록 약 1600℉ 내지 2000℉에서 가열된다.
5. 용융된 쇳물 붓기(pouring)-상기 가열된 쉘 몰드가 상기 용광로로부터 회수되고 용융된 금속을 수용하기 위해 위치된다. 상기 금속은 가스, 간접 아크 또는 유도 가열에 의해 용융될 것이다. 상기 용융된 금속은 공기중에서 또는 진공 챔버내에서 주조될 것이다. 상기 용융된 금속은 쇠물바가지(ladle) 또는 직접적인 용융 도가니로부터 정지 또는 원심적으로(statically or centrifugally)부어질 것이다. 상기 용융된 금속은 몰드내에서 고형화 된 금속 캐스팅을 제조하기 위해 냉각된다.
6. 캐스팅 회수(casting recovery) - 그 안에 고형화된 금속 캐스팅을 가진 쉘 몰드는 깨뜨려지고 상기 금속 캐스팅이 상기 세라믹 쉘 물질로부터 분리된다. 상기 캐스팅은 연마용 디스크로 톱질 또는 절단함으로써 상기 탕구시스템으로부터 분리될 수 있다. 상기 캐스팅은 텀블링(tumbling), 샷(shot) 또는 그릿 블래스팅(grit blasting)에 의해 청소될 수 있다.
정밀 주조 쉘 몰드는 연약해지는 경향이 있고 파손되기 쉽다. 정밀 주조 쉘 몰드의 내구성을 개선하기 위한 노력으로, 저며진 내열성 섬유 및/또는 저며진 유기 섬유와 결합된 섬유 소량이 액상 내열성 슬러리에 첨가되어 왔다. 이들 소량의 저며진 내열성 섬유가 포함된 내열성 슬러리는 예비성형물에 더 두꺼운 코팅이 도포되는 것을 가능하게 한다. 하지만 이들 슬러리는 만족스러운 표면강도(satisfactory green strength)를 얻고 상기 슬러리의 특성을 충만하게 하기 위 해 상당한 양의 폴리머의 첨가를 요구한다.
그러므로 개선된 내구성을 갖고 종래기술의 문제점을 피할 수 있는 정밀 주조 쉘 몰드를 제공하는 물질 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 소모성 예비성형물(expendable preform)상에 세라믹 쉘 몰드를 급속히 형성하는 것에 관한 것이고, 그렇게 얻어진 상기 세라믹 쉘 몰드에 관한 것이다. 일반적으로 본 발명은 섬유 및 내열성 필러를 포함하는 내열성 건조 블렌드(refractory dry blend)와 내열성 코팅 슬러리를 형성하기 위해 건조 블렌드와 혼합되는 적절한 바인더 졸을 포함하는 정밀 주조 쉘 몰드를 형성하기 위해 사용되는 조성물에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 건조 블렌드를 형성하기 위해 섬유와 내열성 필러를 혼합한 후 정밀 주조 슬러리(investment casting slurry)를 형성하기 위해 콜로이드 상태의 실리카 또는 다른 적절한 졸과 상기 건조 블렌드를 혼합하는 기술을 교시한다. 그 다음 상기 슬러리는 쉘 몰드를 제조하는 정밀 주조 공정에 채택된다; 상기 쉘 몰드는 종래기술에서 알려진 대로 탈왁스되고 소성 및 주조된다. 섬유는 무기 또는 유기, 저며진 것 또는 제분된 것일 수 있다. 융합된 실리카, 지르콘, 알루미나, 알루미나 실리카 또는 그 밖의 것과 같은 내열성 필러가 사용될 수 있다. 상기 내열성 필러는 수 미크론 또는 -120 내지 -325 메시 미만의 미세한 것들부터 10 내지 40메시의 거친 혼합재까지 다양한 입자 크기를 함유할 수 있다. 상기 섬유 및 내열성 필러를 함유하는 건조 블렌드는 사용이 용이하고 편리하며 슬러리의 균일성을 담보하는데 도움을 준다. 여기서 기술하는 방법에 의해 제조된 쉘은 상술된 건조 블렌드가 없는 슬러리로 제조된 것들에 비해 상당한 이점이 있는 것으로 보여진다.
여기서 기술되는 다양한 방법에 관하여 살펴보면, 가장 일반적으로 상기 제조방법은 제1 및 제2 내열성 코팅 슬러리를 제공하는 단계, 여기서 상기 슬러리 중 적어도 하나는 섬유 및 내열성 필러를 포함하는 건조 블렌드로부터 형성되고, 상기 건조 블렌드는 상기 슬러리를 형성하기 위해 액상 콜로이드상태의 졸과 혼합되며; 상기 제1 및 제2 내열성 코팅 슬러리를 코팅된 예비성형물(a coated preform)을 제조하기 위한 소모성 패턴에 적용하는 단계; 선택적으로 상기 코팅된 예비성형물에 내열성 물질의 스투코를 도포하는 단계; 상기 예비성형물에 상기 제1 또는 제2 내열성 코팅 슬러리 중 하나를 도포하기 위해 상기 선택적으로 스투코가 도포되고 코팅된 예비성형물을 건조하는 단계; 상기 예비성형물이 상기 건조 블렌드로부터 형성된 내열성 코팅슬러리의 층을 적어도 한 층 포함하는 것을 조건으로, 내열성 슬러리 및 선택적인 스투코의 도포를 원하는 두께의 예비성형물을 제조하기 위해 필요한 횟수만큼 반복하는 단계; 그린 정밀 주조 쉘 몰드(a green investment casting shell mold)를 제조하기 위해 상기 다층 예비성형물을 건조하는 단계; 및 소성된 정밀 주조 쉘 몰드를 제조하기에 충분한 온도로 상기 그린 쉘 몰드를 가열하는 단계를 포함한다.
상기 필러는 약 20메시 내지 약 600메시 사이의 입자 크기를 가지며, 바람직하게는 약 -120메시 내지 -325메시이다. 상기 필러는 하소된 코크(calcined coke)와 혼합되어 채택될 것이다.
상기 제1 건조 블렌드는 제1슬러리를 형성하기 위해 제1 콜로이드상태의 졸과 혼합된다. 상기 제2 건조 블렌드는 상기 제1슬러리와 동일하거나 다를 수 있는 제2슬러리를 형성하기 위해 상기 제1 콜로이드상태의 졸과 동일하거나 다를 수 있는 제2콜로이드상태의 졸과 혼합된다. 유용한 콜로이드상태의 졸은 콜로이드상태의 실리카졸, 라텍스에 의해 변형된 콜로이드상태의 실리카 졸, 에틸 실리케이트, 이온성 실리케이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는데 이들에 제한되지는 않으며, 바람직하게는 콜로이드상태의 실리카이다.
상기 제1슬러리의 코팅이 예비성형물을 제조하기 위해 플라스틱 또는 왁스와 같은 소모성 예비성형물상에 도포된다. 그 다음 상기 예비성형물이 내열성 물질로 스투코되고 건조된다. 그 후 제2슬러리의 코팅이 상기 스투코 된 예비성형물 상에 도포된다. 내열성 물질의 스투코가 그 후 건조된 상기 예비성형물을 제조하기 위해 상기 제2슬러리층에 도포된다. 상기 소모성 예비성형물이 세라믹 쉘 몰드를 제조하기 위해 소성되는 그린 쉘 몰드를 제조하기 위해 제거된다.
또한, 본 발명은 다른 측면에서는 제1슬러리가 스투코되고 건조된 소모성 예비성형물에 도포된다. 그 다음 상기 제1슬러리로부터 형성되는 다수의 층들을 갖는 예비성형물을 제조하기 위해 상기 제1슬러리의 적어도 하나의 부가적인 층이 도포되고, 스투코되고 건조된다. 그 후 제2슬러리가 도포되고, 스투코되고 건조된다. 상기 제2슬러리의 다수개의 층이 또한 도포된다. 세라믹 쉘 몰드를 제조하기 위해 상기 소모성 예비성형물이 제거되고 최종 그린 쉘 몰드가 소성된다. 상기 제1 프라임 코팅 슬러리는 하나 이상의 세라믹 필러와 콜로이드상태의 졸을 혼합함으로써 형성된다. 또한 세라믹 섬유 또는 나일론 및 폴리프로필렌과 같은 유기섬유와 같은 섬유를 가진 하나 이상의 세라믹 필러의 건조 블렌드가 상기 제1슬러리를 형성하기 위해 콜로이드상태의 졸과 혼합된다. 상기 제2슬러리는 세라믹 섬유 또는 나일론 및 폴리프로필렌과 같은 유기섬유와 같은 섬유를 가진 하나 이상의 세라믹 필러의 건조 블렌드가 혼합되어 형성된다. 상기 슬러리들에 채택되는 콜로이드상태의 졸은 동일하거나 다를 수 있다. 유용한 콜로이드상태의 졸은 콜로이드상태의 실리카 졸, 라텍스로 변형된 콜로이드상태의 실리카졸, 에틸 실리케이트, 이온성 실리케이트 및 이들의 혼합물을 포함하는데 이에 제한되지는 않고 바람직하게는 콜로이드상태의 실리카 졸 및 라텍스로 변형된 콜로이드상태의 실리카졸이다.
본 발명의 또 다른 측면에서는, 실질적으로 섬유가 없는 제1슬러리를 제조하기 위해 하나 이상의 세라믹 필러가 콜로이드상태의 졸과 혼합된다. 제2슬러리는 섬유 및 콜로이드상태의 졸과 혼합된 세라믹 필러의 블렌드를 혼합함으로써 형성된다. 상기 제2슬러리에 사용되는 섬유는 세라믹 섬유, 유리섬유 및 유기섬유를 포함하는데 이에 제한되지는 않는다. 유용한 유기섬유는 나일론 및 폴리프로필렌을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 상기 제2슬러리에 사용되는 세라믹 필러는 상기 제1슬러리에 사용되는 임의의 세라믹 필러와 동일하거나 다를 수 있다. 상기 제1 및 제2슬러리들에 사용되는 콜로이드상태의 졸은 동일하거나 다를 수 있다. 유용한 콜로이드상태의 졸은 콜로이드상태의 실리카 졸, 라텍스와 같은 폴리머에 의해 변형된 콜로이드상태의 실리카졸, 에틸 실리케이트, 이온성 실리케이트 및 이들의 혼합물을 포함하는데 이에 제한되지는 않고 바람직하게는 콜로이드상태의 실리카 졸 및 라텍스로 변형된 콜로이드상태의 실리카졸이다.
본 발명의 상기와 같은 측면에서는 스투코 된 예비성형물을 제조하기 위해 상기 제1슬러리가 스투코 되고 건조된 소모성 예비성형물에 도포된다. 그 후 제2슬러리가 상기 예비성형물을 구성하기 위해 도포되고 스투코되며 건조된다. 상기 제2슬러리로부터 형성된 다수의 층들이 도포된다. 그 다음 세라믹 쉘 몰드를 제조하기 위해 상기 소모성 예비성형물이 제거되고 상기 최종 그린 쉘 몰드가 소성된다.
본 발명은 종래기술에 비해 세라믹 쉘 몰드의 제조를 위한 다수의 이점을 제공한다. 예를 들어 섬유 및 세라믹 필러의 건조 블렌드 형성은 사용 전에 콜로이드상태의 졸과 섬유의 예비 블렌드(pre-blend)를 지속적으로 혼합 또는 재혼합할 필요성 없이 콜로이드상태의 졸 바인더와 세라믹 필러 및 섬유의 용이한 첨가를 가능하게 한다. 다른 이점은 세라믹 필러를 첨가하기 전에 섬유가 액체 바인더 내에서 미리 분산될 필요가 없거나 중합성 첨가제와 결합될 필요가 없다는 것이다. 또 다른 이점은 개선된 표면강도(green strength)를 얻기 위해 중합성 바인더 첨가제의 사용이 요구되지 않는 것이다. 또 다른 이점은 본 발명이 고 전단 믹싱(high shear mixing)하에서 섬유 응집이라는 종래기술의 문제점을 피할 수 있다는 것이다. 또 다른 이점은 섬유를 포함하는 건조 블렌드를 사용하는 슬러리들이 더 두꺼운 코팅을 구성한다는 것이다. 섬유를 포함하는 건조 블렌드를 채택하는 슬러리들의 사용은 또한 섬유를 포함하지 않는 블렌드를 채택하는 슬러리들에 비해 더 큰 두께의 보다 균일한 쉘을 구성한다.
도 1은 원하는 금속 캐스팅의 파지티브 일회용 예비성형물1(a positive disposable preform 1)을 도시한 것이고,
도2는 예비성형물1의 제거 전, 그린 쉘(a green shell: 10)의 등척성 도면(an isometric view)이며,
도3은 탈왁스되고 건조된 그린 세라믹 쉘(a green ceramic shell: 20)의 등척성 도면이다.
건조 블렌드( dry blends )
본 발명의 다양한 측면에서 사용되는 건조블렌드는 하나 이상의 세라믹 필러와 일예를 제한하지 않는 것으로 세라믹 섬유와 유기섬유와 같은 섬유를 가진 하나 이상의 세라믹 필러를 포함한다. 채택되는 세라믹 필러는 융합된 실리카, 알루미나, 및 물라이트(mulite), 남정석(kyanite) 및 몰로카이트(molochite), 지르콘, 크로마이트(chromite), 왕겨 재(rice hull ash), 하소된 코크(calcined coke) 및 이들의 혼합물과 같은 알루미노실리케이트를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 상기 세라믹 필러는 전형적으로 약 20메시 내지 약 600메시이고 바람직하게는 -120메시 내지 약 -325메시이다.
전형적으로 채택되는 세라믹 섬유는 길이 대 넓이의 비가 약 20:1을 가진 것들인데 이에 제한되지는 않는다. 유용한 세라믹 섬유의 일예들은 캐나다 퀘벡에 위치한 오를레앙 리소스 그룹(Orleans Resource Group)의 규회석(wollastonite) 오를 레앙 원 섬유(Orleans One fiber), NY, 윌스보로(Willsboro) 소재 NYCO 미네랄회사(NYCO Minerals Co.)의 규회석 NIAD G 섬유, 금속섬유, 아라미드섬유, 탄소섬유 뿐만 아니라, 물라이트와 같은 알루미노실리케이트, 알루미나 및 지르코니아 같은 산화물, 실리콘 나이트라이드와 같은 질화물(nitrides), 탄소 및 실리콘 카바이드와 같은 탄화물 및 이들의 혼합물과 같은 저며지거나 제분된 세라믹 섬유를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 저며지고 제분된 세라믹 섬유는 써멀 세라믹스 코퍼레이션(Thermal Ceramics Corp.)과 같은 다수의 소스로부터 상용으로 이용가능하다.
상기 건조 블렌드에 채택되는 유리섬유는 저며지고 제분된 유리섬유를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 채택되는 저며진 유리 섬유(chopped glass fibers)는 E-유리 섬유 및 S-유리섬유 및 이들의 혼합물을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 채택되는 E-유리 섬유의 일예들은 상품명이 Chop Vantage 8610인 NC Shelbydml PPG 인더스트리의 것들과 같은 약 3mm 내지 약 6mm의 길이로 측정되고 약 10미크론의 직경을 갖는 것들을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 채택되는 저며진 S-유리 섬유는 SC Aiken 소재 AGY Inc.로부터 이용 가능한 것들과 같은 약 3mm 내지 약 6mm의 길이로 측정되고 약 10미크론의 직경을 갖는 것들을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 유용한 제분된 E-유리 섬유(useful milled E-glass fibers)의 일예들은 Owens Corning Co.의 약 0.125인치의 길이, 15.8 미크론의 평균 직경 및 0.17gm/㎤의 벌크 밀도를 가진 731ED 3mm 플로큘라 섬유(floccular fibers)를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
상기 건조 블렌드에 채택되는 유기 섬유는 올레핀, 아마이드, 아라미드, 폴 리에스테르 및 셀룰로오스 섬유를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 사용되는 올레핀의 일예들은 Minifibers, Inc의 것들과 같은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 아마이드 섬유의 일예들은 Wex Chemical Co.의 것들과 같은 나일론 섬유를 포함한다. 사용되는 아라미드 섬유의 일예들은 DuPont의 Kevlar와 Akzo Nobel의 Twaron을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 사용되는 폴리에스테르 섬유의 일예들은 Wex Chemical Co.의 것들을 포함한다. 셀룰로오스 섬유의 일예들은 Interfibe Corp.의 것들을 포함한다.
상기 건조 블렌드에서, 섬유의 양은 넓은 범위에 걸쳐 변화된다. 건조 블렌드가 세라믹 섬유, 유리섬유 및 세라믹 필러의 혼합물을 포함하는 경우, 세라믹 섬유는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 1 내지 10중량%이고, 유리 섬유는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 0.5중량% 내지 10중량%이고, 세라믹 필러는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 80중량% 내지 98.5중량%이다.
건조 블렌드가 세라믹 섬유, 유리섬유, 세라믹 필러 및 유기섬유의 혼합물을 포함하는 경우, 세라믹 섬유는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 1 내지 10중량%이고, 유리 섬유는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 0.5중량% 내지 10중량%이고, 세라믹 필러는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 76중량% 내지 98중량%이고, 유기 섬유는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 0.3중량% 내지 약 4 중량%이다.
건조 블렌드가 세라믹 섬유, 세라믹 필러 및 유기섬유의 혼합물을 포함하는 경우, 세라믹 섬유는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 0.5 내지 10중량%이고, 세라믹 필러는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 86중량% 내지 98.2중량%이고, 유기 섬유는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 0.3중량% 내지 4.0중량%이다.
건조 블렌드가 세라믹 섬유 및 세라믹 필러의 혼합물을 포함하는 경우, 세라믹 섬유는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 1 내지 10중량%이고, 세라믹 필러는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 90중량% 내지 99중량%이다.
건조 블렌드가 유기 섬유 및 세라믹 필러의 혼합물을 포함하는 경우, 유기 섬유는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 0.3 내지 5중량%이고, 세라믹 필러는 상기 건조 블렌드 중량을 기준으로 약 99.7중량% 내지 95중량%이다.
내열성 슬러리의 준비( preparation of refractory slurries )
프라임 코팅 슬러리(a prime coat slurry) 또는 백업 코팅 슬러리(a backup coat slurry)로서 사용되는 내열성 슬러리는 건조 블렌드와 콜로이드상태의 졸을 혼합함으로써 준비된다. 바람직하게는 상기 졸이 DE Wilmington 소재 Wesbond Inc.의 상품명이 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00001
이용되는 액상의 콜로이드상태의 실리카 졸이다. Megasol
Figure 112007077771965-PCT00002
액상의 실리카 졸은 용적(solids contents)뿐만 아니라 적정 가능한(titratable) Na2O 함량(contents), 및 pH값의 범위내에서 이용된다. Megasol
Figure 112007077771965-PCT00003
액상의 실리카 졸은 약 40나노미터의 평균 입자 크기, 약 6나노미터 내지 약 190나노미터의 입자크기범위, 및 약 20나노미터의 입자 크기 표준편차를 가진다. Megasol
Figure 112007077771965-PCT00004
액상의 실리카 졸의 pH는 약 8.0 내지 약 10.0까지 변화하고 바람직하게는 약 9.0 내지 약 9.5로서; 상기 적정가능한 Na2O 함량은 약 0.02% 내지 약 0.5%까지 변화할 수 있는데 바람직하게는 약 0.1% 내지 약 0.25%이고, 가장 바람직하게는 약 0.20% 내지 약 0.22%이며, 용적은 약 30% 내지 약 50%인데 바람직하게는 약 40% 내지 약 47%이고, 보다 바람직하게는 약 45%이다. W.R. Grace&Co.의 Ludox SM-30 및 Ludox HS-30뿐만 아니라, VA Williamsburg 소재 Buntrock Industries, Inc의 메가프라임(MegaPrime); EKA Chemical Co.의 Nyacol, Nalco Chemical Co.의 Nalcoag 1130 및 Nalcoag 1030과 같은 다른 액상의 콜로이드상태의 실리카 졸이 사용된다.
상기 슬러리들은 일반적으로 콜로이드상태의 졸, 바람직하게는 콜로이드상태의 실리카 졸, 보다 바람직하게는 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00005
을 깨끗하고 물세척된 혼합탱크에 위치시키고 혼합하는 동안 상기 건조 블렌드 물질을 첨가함으로써 준비된다. 당 업계에서 공지된 다양한 혼합장치가 상기 혼합탱크에서 채택될 수 있다. 이들 장치는 예를 들어 프로펠러 타입 믹서, 자 분쇄기(jar mill), 고속도 분산 믹서 및 턴테이블 고정 날 믹서(turntable fixed blade mixers)를 포함한다. 상기 건조 블렌드는 적절한 점도에 이를 때까지 혼합하는 동안 첨가된다.
자주 프라임 코팅으로서 사용되는 제1슬러리를 위해, 적절한 점도는 전형적으로 #5 Zahn cup에서 약 18-30 초인데, 바람직하게는 20-30초이고 가장 바람직하게는 24-30초이다. 자주 백업 코팅으로서 사용되는 제2슬러리를 위해, 적절한 점도는 전형적으로 점도 #5 Zahn cup에서 약 10-18초인데, 바람직하게는 10-16초이고, 가장 바람직하게는 약 12-15초이다. 임의의 슬러리의 부가적인 믹싱이 포획된 공기 를 제거하고 평형에 이르게 하기 위해 수행될 수 있다. 최종점도 조절은 비이온성 계면활성제 및 음이온성 계면활성제뿐만 아니라 부가적인 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00006
콜로이드상태의 실리카 졸 바인더 또는 내열성 물질을 첨가함으로써 이루어질 수 있다.
다양한 내열성 슬러리 조성물이 제1 및 제2 슬러리에 이용될 수 있다. 상기 특정의 슬러리 조성물은 원하는 치수 및 표면 마무리를 가진 금속 캐스팅을 제조하기 위한 세라믹 쉘 몰드에 요구되는 특성에 의해 결정된다. 예를 들어 유용한 제1슬러리는 특히 프라임 코팅으로서 사용될 때 전형적으로 약 -200메시 내지 약 -325메시인 미세한 크기의 내열성 그레인을 채택한다. 유용한 프라임 코팅 슬러리의 일예들은 -200메시의 융합된 실리카와 -325메시의 지르콘 내열성 그레인의 블렌드와 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00007
을 함께 포함한다. 상기 지르콘 내열성 그레인은 용융된 금속에 대해 높은 저항성을 제공한다. 상기 지르콘의 미세한 입자 크기는 또한 매끄럽고, 정밀한 표면 마무리를 가진 캐스팅의 제조를 가능하게 한다. 융합된 실리카 및 지르콘 양자의 세라믹 필러를 채택하는 프라임 코팅 슬러리의 이러한 유형에서, 상기 융합된 실리카는 적절하게 약 -100메시, 약 -120메시, 약 -140메시, 약 -170메시, 약 -270메시 및 약 -325메시, 가장 바람직하게는 약 -120 내지 -200메시와 같은 크기를 가질 수 있다. 상기 지르콘은 적절하게 약 -200메시, 약 -325메시 및 약 -400메시, 바람직하게는 약 -200메시, 가장 바람직하게는 약 -325메시와 같은 입자 크기를 가질 수 있다.
그러한 제1 슬러리는 또한 하나 이상의 비이온성 계면활성제를 포함할 수 있다. 특히 유용한 비이온성 계면활성제는 VA Williamsburg 소재의 Buntrock Industries로부터 이용할 수 있는 PS9400이다. 이 계면활성제는 왁스 예비성형물을 젖게 하고 배수(drainage)를 돕기 위한 슬러리의 능력을 향상시킨다. 계면활성제는 상기 조성물 의존적으로 다양한 양으로 상기 슬러리에 첨가될 수 있다. 예를 들어 상기 슬러리가 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00008
과 융합된 실리카 및 지르콘의 건조 블렌드를 포함하는 경우, 계면활성제는 상기 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00009
중량을 기준으로 약 0.2% 이상의 양으로 이용될 수 있다.
상기 제2 슬러리는 특히 백업 슬러리로서 사용될 때 일반적으로 상기 제1 슬러리에 사용되는 것들보다 거친 내열성 그레인 크기를 채택한다. 예를 들어 백업 슬러리에서 융합된 실리카가 세라믹 필러로서 채택되는 경우, 상기 융합된 실리카는 전형적으로 약 -80 메시 내지 약 -270메시의 입자크기를 갖는데 바람직하게는 약 -100 내지 약 -200메시이고, 가장 바람직하게는 약 -100메시 내지 약 -120메시이다. 백업 슬러리를 형성하기 위해 사용되는 건조 블렌드 및 액상 콜로이드상태 실리카 졸의 양은 넓은 범위에 걸쳐 변화할 수 있다. 전형적으로 상기 건조블렌드는 상기 슬러리 총 중량을 기준으로 약 54중량% 내지 약 70중량%일 수 있고, 잔여물은 액상 실리카 졸이다.
이하에서는 본 발명을 예시하는 내열성 슬러리의 제조가 후술하는 제한되지 않는 실시예들을 참조하여 설명된다.
실시예1 : 이 실시예는 세라믹 필러, 내열성 섬유 및 유리섬유를 포함하는 건조 블렌드를 혼합하고, 그 건조 블렌드와 액상 콜로이드상태 실리카 졸을 혼합함 으로써 내열성 슬러리를 형성하는 것을 예시한다.
규회석 Orleans One 내열성 섬유 100g, 731 ED 1/8" 제분된 E-유리 섬유 20g, 및 융합된 실리카 120(TN Greeneville 소재 C-E Minerals Co.의 120메시 크기의 융합된 실리카) 715g과 융합된 실리카 200(TN Greeneville 소재 C-E Minerals Co.의 200메시 크기의 융합된 실리카) 715g을 포함하는 세라믹 필러가 건조 블렌드를 형성하기 위해 건조 혼합된다. 상기 건조 블렌드는 용적 45%, pH 9.5 및 적정가능한 Na2O 함량 0.2%를 가진 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00010
1000g과 내열성 슬러리를 형성하기 위해 혼합된다.
실시예2 : 이 실시예는 세라믹 필러, 내열성 섬유, 유리 섬유 및 유기 중합성 섬유를 포함하는 건조 블렌드를 혼합하고, 그 건조 블렌드와 액상 콜로이드상태 실리카 졸을 혼합함으로써 내열성 슬러리를 형성하는 것을 예시한다.
규회석 Orleans One 내열성 섬유 100g, 731 ED 1/8" 제분된 E-유리 섬유 20g, 및 융합된 실리카 120 715g과 융합된 실리카 200 715g을 포함하는 세라믹 필러가 길이 1mm, 직경 25미크론을 가진 폴리에틸렌 섬유 20g과 건조 블렌드를 형성하기 위해 건조 혼합된다.
상기 건조 블렌드는 실시예1의 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00011
1000g과 내열성 슬러리를 형성하기 위해 혼합된다.
실시예3 : 이 실시예는 세라믹 필러, 내열성 섬유 및 유기 중합성 섬유를 포 함하는 건조 블렌드를 혼합하고, 그 건조 블렌드와 액상 콜로이드상태 실리카 졸을 혼합함으로써 내열성 슬러리를 형성하는 것을 예시한다.
건조 블렌드를 형성하기 위해 길이 1mm 및 직경 20미크론을 가진 폴리에틸렌 섬유가 사용된다.
상기 건조블렌드는 실시예1의 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00012
1000g과 내열성 슬러리를 형성하기 위해 혼합된다.
실시예4 : 이 실시예는 세라믹 필러, 유리 섬유 및 유기 중합성 섬유를 포함하는 건조 블렌드를 혼합하고, 그 건조 블렌드와 액상 콜로이드상태 실리카 졸을 혼합함으로써 내열성 슬러리를 형성하는 것을 예시한다.
731 ED 1/8" 제분된 E-유리 섬유 100g, 길이 1mm 및 직경 25미크론을 갖는 폴리에틸렌 섬유 20g 및 융합된 실리카 120 715g과 융합된 실리카 200 715g을 포함하는 세라믹 필러가 건조 블렌드를 형성하기 위해 건조 혼합된다.
상기 건조 블렌드는 실시예1의 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00013
1000g과 내열성 슬러리를 형성하기 위해 혼합된다.
실시예5 : 이 실시예는 내열성 섬유 및 유리섬유를 포함하는 건조 블렌드를 혼합하고, 그 건조 블렌드와 액상 콜로이드상태 실리카 졸 및 세라믹 필러의 블렌드를 혼합함으로써 내열성 슬러리를 형성하는 것을 예시한다.
규회석 Orleans One 내열성 섬유 100g, 731 ED 1/8" 제분된 E-유리 섬유 20g 이 건조 블렌드를 형성하기 위해 건조 혼합된다.
상기 건조 블렌드는 실시예1의 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00014
1000g과 융합된 실리카 120 715g과 융합된 실리카 200 715g을 포함하는 세라믹 필러를 포함하는 혼합물과 내열성 슬러리를 형성하기 위해 혼합된다.
실시예6 : 이 실시예는 내열성 섬유, 유리섬유 및 유기 중합성 섬유를 포함하는 건조 블렌드를 혼합하고, 그 건조 블렌드와 액상 콜로이드상태 실리카 졸과 세라믹 필러의 블렌드를 혼합함으로써 내열성 슬러리를 형성하는 것을 예시한다.
규회석 Orleans One 내열성 섬유 100g, 길이 1mm 및 직경 25미크론을 가진 폴리에틸렌 섬유 20g 및 731 ED 1/8" 제분된 E-유리 섬유 100g이 건조 블렌드를 형성하기 위해 건조 혼합된다.
상기 건조 블렌드는 실시예1의 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00015
1000g과 융합된 실리카 120 715g과 융합된 실리카 200 715g을 포함하는 세라믹 필러를 포함하는 혼합물과 내열성 슬러리를 형성하기 위해 혼합된다.
실시예7 : 이 실시예는 세라믹 필러 및 유리 섬유를 포함하는 건조 블렌드를 혼합하고, 그 건조 블렌드와 액상 콜로이드상태 실리카 졸을 혼합함으로써 내열성 슬러리를 형성하는 것을 예시한다.
731 ED 1/8" 제분된 E-유리 섬유 100g, 및 융합된 실리카 120 715g과 융합된 실리카 200 715g을 포함하는 세라믹 필러가 건조 블렌드를 형성하기 위해 건조 혼합된다.
상기 건조 블렌드는 실시예1의 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00016
1000g과 내열성 슬러리를 형성하기 위해 혼합된다.
실시예8 : 이 실시예는 세라믹 필러 및 내열성 섬유를 포함하는 건조 블렌드와 액상 콜로이드상태 실리카 졸을 혼합함으로써 내열성 슬러리를 형성하는 것을 예시한다.
규회석 Orleans One 내열성 섬유 100g, 및 융합된 실리카 120 715g과 융합된 실리카 200 715g을 포함하는 세라믹 필러가 건조 블렌드를 형성하기 위해 건조 혼합된다.
상기 건조 블렌드는 실시예1의 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00017
1000g과 내열성 슬러리를 형성하기 위해 혼합된다.
실시예8A : 이 실시예는 세라믹 필러 및 유리 섬유를 포함하는 건조 블렌드와 액상 콜로이드상태 실리카 졸을 혼합함으로써 내열성 슬러리를 형성하는 것을 예시한다.
731 ED 1/8" 제분된 E-유리 섬유 20g, 및 융합된 실리카 120 715g과 융합된 실리카 200 715g을 포함하는 세라믹 필러가 건조 블렌드를 형성하기 위해 건조 혼합된다.
상기 건조 블렌드는 실시예1의 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00018
1000g과 내열성 슬러리를 형성하기 위해 혼합된다.
세라믹 쉘 몰드( Ceramic Shell Mold )
세라믹 쉘 몰드를 형성함에 있어, 일회용 예비성형물(disposable preform), 바람직하게는 정밀 주조 그레이드 왁스(investment casting grade wax) 또는 마이크로크리스탈라인 왁스에 의거하여 파라핀이 채워지거나 채워지지 않는 것과 같은 왁스 예비성형물(a wax preform)이 지속적인 층으로 상기 예비성형물의 표면을 코팅하기 위해 제1 슬러리에 담지 된다. 전형적으로 하나 내지 3개의 코팅이 도포된다. 상기 도포된 코팅은 약 0.02" 내지 0.2"의 두께를 가질 수 있는데, 바람직하게는 0.04" 내지 0.2"이고, 가장 바람직하게는 0.04" 내지 0.1"이다. 상기 코팅된 예비성형물은 잉여 슬러리를 제거하기 위해 완전히 배수되고 그 다음 스투코된 예비성형물을 제조하기 위해 곱게 그레인된 내열성 스투코로 스투코된다. 그 후 상기 예비성형물은 상기 제1 슬러리 또는 제2슬러리 중 어느 하나에 의한 임의의 부가적인 코팅의 도포 전에 건조된다. 바람직하게는 상기 예비성형물이 다수의 층들을 포함할 것이고, 그 결과 상기 예비성형물은 제1 및 제2 슬러리 양자에 적어도 하나의 코팅을 포함한다. 설명된 바와 같이, 건조의 일정 정도에 후속하는 스투코화(stuccoing)는 제1 또는 제2 슬러리 각각의 연속적인 도포 때마다 일어날 것이다.
연속적인 슬러리 코팅들 사이의 건조시간은 상기 일회용 예비성형물 형상의 복잡성에 좌우된다. 기류(airflow)가 최소화된 깊은 구멍들(cavities)을 갖는 일회용 예비성형물은 코팅 사이의 건조시간이 더 길게 걸린다. 건조는 약 60℉ 내지 약 90℉에서 수행될 수 있는데, 바람직하게는 약 70℉ 내지 75℉이다. 건조는 급속한 공기의 이동이 있는 낮은 습도 및 고온의 가속조건하에서 수행될 수도 있다. 약 0.20인치 내지 약 0.5인치의 세라믹 쉘 몰드의 두께는 대부분의 캐스팅을 위해 충분하다. 따라서 일반적인 스투코화와 함께 상기 제1슬러리의 2회 코팅의 도포에서 상기 제2슬러리의 5회 코팅의 도포는 탈왁스 및 노에서의 가열(furnacing)을 충분히 견딜 수 있는 내구력을 갖는 0.25인치 두께 세라믹 쉘 몰드를 산출한다.
내열성 그레인의 넓은 다양성에 의해 상기 슬러리 코팅에 도포를 위한 스투코로서 사용될 수도 있다. 유용한 내열성 그레인의 일례들은 물라이트(mullite), 하소된 중국 진흙(calcined china clay) 및 다른 알루미노실리케이트, 유리 및 크리스탈 실리카, 알루미나, 지르콘 및 크로마이트를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 상기 내열성 그레인은 상기 내열성 그레인의 불안정성에 기여할 수 있고 금속 캐스팅 동안 열적으로 상변화를 유도할 수 있는 양의 이온성 오염이 없는 것이 바람직하다. 공지된 바와 같이 상기 내열성 그레인의 불안정성에 기열할 수 있는 양의 오염이 없는 내열성 그레인은 하소(calcining)에 의하거나 의하지 않은 정제에 의해 생산될 수 있다.
프라임 코팅으로서 사용될 때 상기 제1 슬러리에 스투코로서 도포되는 내열성 그레인은 약 -70메시 내지 약 200메시, 바람직하게는 약 -70 내지 약 140메시의 지르콘 샌드를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 백업 코팅으로서 사용될 때 상기 제2 슬러리의 코팅에 스투코로서 사용되는 상기 내열성 그레인은 약 -10메시 내지 약 200메시 사이, 바람직하게는 약 -20메시 내지 약 50메시 사이의 것일 수 있다. 가장 바람직하게는 상기 내열성 그레인이 약 -30 메시 내지 약 50메시의 크기를 가진다.
대안적인 실시예에서, 약 -50메시 내지 약 +100메시의 그레인 크기와 같이 미세하게 그레인된 스투코와 거칠게 그레인된 스투코 사이의 중간적인 그레인 크기를 가진 과도적인 스투코 내열성 물질, 바람직하게는 지르콘 또는 알루미노 실리케이트가 제1슬러리 코팅에 대해 제2 슬러리 코팅이 도포된 후에 도포될 것이다. 상기 과도적인 스투코는 내구성을 더하기 위해 사용될 수 있고 다채로운 조성물(varied composition)의 슬러리 코팅 층들의 사이에서 갈라짐(delamination) 가능성을 최소화하기 위해 사용될 수 있다.
탈왁스( Dewaxing )
상기 세라믹 쉘 몰드는 종래기술에서 공지된 끓는 물에 담그기(immersion), 스팀 오토클레이빙(steam autoclaving), 및 플래시 탈왁스(flash dewaxing)와 같은 방법에 의해 탈왁스된다. 스팀 오토클레이빙은 다음과 같이 수행된다:
1. 가능한 높은 스팀 압력을 이용하는데, 바람직하게는 약 60 PSI 또는 그보다 높고, 보다 바람직하게는 약 80-90 PSI이며,
2. 가능한 급속하게 바람직하게는 약 15 내지 20초보다 작게 상기 오토클레이브를 폐쇄하여 가압하고,
3. 약 10 내지 15분 동안 상기 스팀에 상기 공기 건조된 그린 쉘을 노출시키며,
4. 서서히 상기 오토클레이브를 약 30 내지 60초 동안 감압한다.
플래시 탈왁스는 상기 공기 건조된 그린 쉘 몰드를 약 1000℉ 내지 약 1900℉까지 가열된 용광로에 던짐으로써 수행된다. 이러한 온도에서 상기 세라믹 쉘의 벽에 인접한 왁스는 급속히 용융되고 그 결과 상기 왁스의 팽창으로 인한 압력이 상기 세라믹 쉘을 손상시키지 않는다. 상기 세라믹 쉘은 그 후 약 200℉ 내지 600℉의 더 냉각된 온도 존에서 상기 왁스의 제거를 완전히 하기 위해 제거된다. 상기 용융된 왁스는 상기 용융 챔버의 저면 개구(a bottom opening)를 통해 회수를 위한 워터 배스(a water bath) 또는 저장소(reservoir)로 배출될 수 있다.
노에서의 가열( furnacing )
노에서의 가열은 휘발성 잔여물을 제거하고 고강도로 소성된 세라믹 쉘 몰드를 제조하기 위해 상기 탈왁스된 세라믹 쉘 몰드의 가열이 약 1600℉ 내지 약 2000℉일 것을 필요로 한다. 상기 탈왁스된 세라믹 쉘 몰드는 열적 평형에 이르기 위해 상기 용광로에 보관되고, 그 후 그것이 상기 용광로로부터 회수되어 상기 원하는 용융된 금속으로 주조된다.
세라믹 쉘 몰드의 제조가 후술하는 제한되지 않는 실시예들을 참조하여 예시된다:
실시예9:
도1에 도시된 바와 같은 8인치×7/8인치×3/8인치 왁스 바 예비성형물1이 실시예1의 내열성 슬러리에 담지된다. 편의를 위해 이 실시예에서는 동일한 내열성 슬러리가 제1 및 제2 코팅 양자에 사용된다.
왁스 예비성형물1이 제1 코팅을 형성하기 위해 8초 동안 상기 내열성 슬러리에 담지된 후 제거되고, 10초 동안 배출이 허락된다. DuPont Corp.로부터 이용가능한 입자 크기 범위가 -70 내지 140메시인 지르콘 샌드가 상기 제1코팅에 스투코로서 도포된다. 상기 최종 스투코되고 코팅된 왁스 예비성형물이 75℉에서 30분동안 건조되고, 그 후 제2코팅을 형성하기 위해 다시 8초 동안 내열성 슬러리에 담지되고, 다시 -70 내지 140메시의 지르콘 샌드로 스투코된다.
그 다음 두 개의 코팅을 가진 왁스 예비성형물1이 8초 동안 상기 내열성 슬러리에 담지되고 10초 동안 배수된다. 상기 코팅된 제품은 중간의 스투코된 예비성형물(an intermediate stuccoed preform)을 형성하기 위해 C-E Minerals로부터 이용 가능한 -50 +100 메시의 융합된 실리카 Tecosil로 스투코 된다. 상기 중간의 스투코된 예비성형물은 그 후 75℉에서 30분동안 건조된다. 상기 중간의 스투코된 예비성형물이 상기 내열성 슬러리에 담지되고 -50 +100 메시의 융합된 실리카 Tecosil로 스투코된다. 상기 스투코되고 백업 코팅된 예비성형물은 그 후 75℉에서 건조된다. 이러한 담지(dipping), 배수(draining), 스투코화(stuccoing) 및 건조(drying)의 싸이클이 모두 5개의 부가적인 코팅이 제공될 때까지 반복된다.
각각의 코팅 또는 층의 형성 후에, 예비성형물1의 수직면들(5)과 측면들(1B)의 부분은 도2에 도시된 세라믹 쉘 몰드(10)를 제조하기 위해 상기 코팅과 스투코 가 제거되도록 벗겨진다. 상기 세라믹 쉘 몰드(10)가 다시 상기 예비성형물에 밀봉 코팅(a seal coating)을 제공하기 위해 상기 내열성 슬러리에 담지된다. 상기 밀봉 코팅된 세라믹 쉘 몰드(10)가 75℉에서 하룻밤 동안 건조된다. 상기 제조된 최종 건조된 세라믹 쉘은 예비성형물1을 제거하기 위해 끓는 물에 담근다. 도3에 도시된 상기 최종 탈왁스되고 건조된 그린 쉘(20)은 길이방향으로 반씩 절단되고 4시간 동안 75℉에서 건조된다.
1인치의 넓이, 6인치의 길이, 0.3인치의 두께로 측정된 세라믹 쉘(20) 섹션은 파열계수(modulus of rupture)를 결정하기 위해 굴곡되지 않게(failure in flexure) 상기 섹션의 2인치 범위(span)에 하중을 가함으로써 내구력이 평가된다. 상기 세라믹 쉘의 파열계수(MOR)는 하기의 공식(formula)을 이용하여 계산된다:
R=(3WI)/(2bd2)
여기서, R= Ibs/in2 단위의 파열계수
W=시편(specimen)에 작용하지 않은 파운드단위의 하중(load in pounds at which the specimen failed)
I=상기 더 낮은 베어링 모서리들의 중심 라인들 사이의 인치단위의 거리
b=시편의 인치단위의 넓이
d=시편의 인치단위의 깊이
상기 그린 쉘을 위한 파열계수는 1,018PSI이다. 상기 그린 쉘이 한 시간 동안 1850℉에서 소성된다. 상기 최종 소성된 쉘 몰드의 파열계수는 1044PSI이다.
실시예10:
실시예8의 슬러리가 채택된 것을 제외하면 실시예9의 공정이 반복된다. 상기 그린 쉘을 위한 파열계수는 688PSI이다. 상기 그린 쉘이 한 시간 동안 1850℉에서 소성된다. 상기 최종 소성된 쉘 몰드의 파열계수는 941PSI이다.
실시예11:
실시예8A의 슬러리가 채택된 것을 제외하면 실시예9의 공정이 반복된다. 상기 그린 쉘을 위한 파열계수는 645PSI이다. 상기 그린 쉘이 한 시간 동안 1850℉에서 소성된다. 상기 최종 소성된 쉘 몰드의 파열계수는 694PSI이다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 왕겨 재를 포함하는 내열성 슬러리가 채택된다. 상기 왕겨 재는 약 95+% 비결정형 실리카(amorphous silica)와 탄소잔여물인 것이 바람직하다. 이 타입의 왕겨 재는 TX, Houston 소재 Agrilectric Power로부터 이용 가능할 수 있다. Buntrock Industies, Inc.로부터 이용 가능한 메가프라임 실리카 졸 바인더가 채택된다. 내열성 물질의 건조 블렌드와 함께 왕겨 재를 사용하는 것은 다음의 제한되지 않은 실시예들에서 예시된다:
실시예12:
사용되는 상기 내열성 슬러리가 pH 10.5, 용적 40%, 적정가능한 Na2O 함량 0.33%, 평균 입자 크기 약 40nm, 입자크기 분포 약 6nm 내지 약 190nm 및 입자크기의 표준편차 약 20nm인 메가프라임 실리카 졸 바인더 1000g을 포함하고, 상기 건조 블렌드가 융합된 실리카 200 세라믹 필러 1430g인 것을 제외하면 실시예9의 공정이 반복된다. 상기 그린 쉘의 MOR은 621 PSI이다.
실시예13:
사용되는 상기 내열성 슬러리가 실시예12의 메가프라임 실리카 졸 바인더 1000g을 포함하고, 상기 건조 블렌드가 융합된 실리카 200 세라믹 필러 1430g과 왕겨 재 200g인 것을 제외하면 실시예9의 공정이 반복된다. 상기 그린 쉘의 MOR은 804 PSI이다.
실시예14:
사용되는 상기 내열성 슬러리가 실시예12의 메가프라임 실리카 졸 바인더 1000g을 포함하고, 상기 건조 블렌드가 융합된 실리카 200 1430g과 왕겨 재 200g과 731 ED 1/8" 제분된 E-유리 섬유 16g인 것을 제외하면 실시예9의 공정이 반복된다. 상기 그린 쉘의 MOR은 833 PSI이다.
실시예15:
사용되는 상기 내열성 슬러리가 실시예12의 메가프라임 실리카 졸 바인더 1000g을 포함하고, 상기 건조 블렌드가 융합된 실리카 200 1430g과 왕겨 재 100g과 731 ED 1/8" 제분된 E-유리 섬유 16g과 Chop Vantage 8610 저며진 1/8" E-유리 섬 유 4g인 것을 제외하면 실시예9의 공정이 반복된다. 상기 그린 쉘의 MOR은 1161 PSI이다.
실시예16:
사용되는 상기 내열성 슬러리가 pH 9.5, 용적 45%, 적정가능한 Na2O 함량 0.2% 인 Megasol 실리카 졸 바인더 1000g을 포함하고, 상기 건조 블렌드가 융합된 실리카 200 1300g과 왕겨 재 100g인 것을 제외하면 실시예9의 공정이 반복된다. 상기 그린 쉘의 MOR은 831 PSI이다.
실시예17:
사용되는 상기 내열성 슬러리가 실시예12의 메가프라임 실리카 졸 바인더 875g을 포함하고, 상기 건조 블렌드가 융합된 실리카 120 1485g과 왕겨 재 100g과 1mm 길이와 1.8 데니어(denier)를 갖는 폴리에틸렌 섬유 100g인 것을 제외하면 실시예9의 공정이 반복된다.
실시예18:
사용되는 상기 내열성 슬러리가 pH 10.5, 용적 40%, 적정가능한 Na2O 함량 0.33%, 평균 입자 크기 약 40nm, 입자크기 분포 약 6nm 내지 약 190nm 및 입자크기의 표준편차 약 20nm인 메가프라임 실리카 졸 바인더 1000g을 포함하고, 상기 건조 블렌드가 융합된 실리카 200 세라믹 필러 1430g과 왕겨 재 100g인 것을 제외하면 실시예9의 공정이 반복된다.
실시예19:
사용되는 상기 내열성 슬러리가 pH 10.5, 용적 40%, 적정가능한 Na2O 함량 0.33%, 평균 입자 크기 약 40nm, 입자크기 분포 약 6nm 내지 약 190nm 및 입자크기의 표준편차 약 20nm인 메가프라임 실리카 졸 바인더 1000g을 포함하고, 상기 건조 블렌드가 325메시인 융합된 실리카 50%, 120 메시인 융합된 실리카 25% 및 50메시인 융합된 실리카 25%를 포함하는 융합된 실리카 200 세라믹 필러 1430g인 것을 제외하면 실시예9의 공정이 반복된다.
실시예20:
상기 내열성 슬러리를 준비하기 위해 사용되는 상기 내열성 슬러리에 왕겨 재 100g이 또한 포함된 것을 제외하면 실시예19의 공정이 반복된다.
실시예21:
사용되는 상기 내열성 슬러리가 용적 45%, pH 9.5, 적정가능한 Na2O 함량 0.2%, 평균 입자 크기 약 40nm, 입자크기 분포 약 6nm 내지 약 190nm 및 입자크기의 표준편차 약 20nm인 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00020
실리카 졸 바인더 1000g을 포함하고, 상기 건조 블렌드가 세라믹 섬유 100g과 세라믹 필러 1500g의 혼합물인 것을 제외하면 실시예9의 공정이 반복된다. 상기 세라믹 섬유는 규회석 One 섬유이다. 상기 세라믹 필러는 융합된 실리카 120 700g, 융합된 실리카 200 700g, 100메시 물라이트 100g을 포함한다. 상기 MOR은 910PSI 이다.
실시예22:
왕겨 재 100g이 또한 상기 내열성 슬러리를 준비하기 위해 사용되는 상기 건조블렌드에 포함된 것을 제외하면 실시예21의 공정이 반복된다.
실시예23:
이 실시예는 스투코의 사용 없는 세라믹 쉘 몰드의 제조를 예시한다.
도1에 도시된 바와 같은 8인치×7/8인치×3/8인치 왁스 바 예비성형물1이 실시예1에 사용된 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00021
1000g과 세라믹 필러 2135g과 규회석 내열성 섬유 213g의 건조 블렌드를 포함하는 내열성 슬러리에 담지된다. 상기 세라믹 필러는 200메시의 융합된 실리카 1485g, 35메시의 물라이트 250g 및 48메시의 물라이트 400g을 포함한다. 이 실시예에서 상기 동일한 내열설 슬러리가 제1 및 제2 코팅으로 사용된다.
왁스 예비성형물1이 제1 코팅을 형성하기 위해 8초 동안 상기 내열성 슬러리에 담지된 후 제거되고, 10초 동안 배출이 허락된다. 상기 코팅된 왁스 예비성형물이 75℉에서 30분동안 건조되고, 그 후 제2코팅을 형성하기 위해 다시 8초 동안 내 열성 슬러리에 담지된다.
2개의 코팅을 갖는 왁스 예비성형물1이 8초 동안 상기 내열성 슬러리에 담지되고 10초 동안 배출된다. 그 후 상기 코팅된 왁스 예비성형물이 75℉에서 30분동안 건조된다. 담지, 배출 및 건조의 상기 싸이클이 모두 5개의 부가적인 코팅을 제공하기 위해 반복된다.
각각의 코팅 또는 층의 도포 후에, 예비성형물1의 수직면들(5)과 측면들(1B)의 부분은 도2에 도시된 세라믹 쉘 몰드(10)를 제조하기 위해 상기 코팅이 제거되도록 벗겨진다. 그 후 상기 세라믹 쉘 몰드(10)가 상기 예비성형물에 밀봉 코팅(a seal coating)을 제공하기 위해 상기 내열성 슬러리에 담지된다. 상기 밀봉 코팅된 세라믹 쉘 몰드(10)가 75℉에서 하룻밤 동안 건조된다. 상기 제조된 최종 건조된 세라믹 쉘은 탈왁스되고 건조된 그린 세라믹 쉘을 제조하기 위해 예비성형물1이 제거되도록 끓는 물에 담가진다. 그 다음 상기 그린 쉘 몰드가 소성된 세라믹 쉘 몰드를 제조하기 위해 1850℉에서 소성된다.
실시예 24:
실시예23의 공정이 상기 건조 블렌드가 E-유리 섬유 213g을 포함하는 것을 제외하면 반복된다.
실시예 25:
실시예23의 공정이 상기 건조 블렌드가 왕겨 재 100g을 포함하는 것을 제외 하면 반복된다.
실시예 26:
실시예24의 공정이 상기 건조 블렌드가 왕겨 재 100g을 포함하는 것을 제외하면 반복된다.
실시예27 내지 32에서 세라믹 쉘들은 소모성 왁스 예비성형물에 섬유를 가지지 않는 코팅을 형성하는 제1 슬러리를 도포함으로써 형성된다. 그 다음 차후의 코팅(subsequent coats)은, 섬유와 필러를 포함하는 건조블렌드와 콜로이드상태의 졸을 혼합함으로써 형성된 각각이, 세라믹 코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 상기 예비성형물에 도포된다.
상기 채택된 왁스 예비성형물은 각 코너에 대해 변 당 1.25인치, 길이 8인치 및 곡률반경(radius of curvature) 0.070인치로 측정되는 등변의 삼각형 바(equilateral triangular bar)의 형상이다. 상기 삼각형 왁스 예비성형물(the triangular wax preform)은 Buntrock Industries, Inc로부터 이용가능하다. 사용 전에 상기 왁스 예비성형물은 트리 클로로에탄 및 알코올(약 50:50 혼합), 프레온, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 물 베이스의 세제 용액 또는 d-리머닌(limonene)을 함유하는 물 에멀션과 같은 용매로 세정되어 처리되는 것이 전형적이다. 상기 왁스 예비성형물을 준비하는 필수적인 좋은 방법은 Buntrock Industries, Inc의 Pattern Wetting Solution에서 발견되는 바와 같이 콜로이드상태의 알루미나 현탁액으로 처 리되는 것이다.
쉘은 상기 처리된 삼각형 왁스 예비성형물을 제1슬러리에 담지한 후, 스투코화하고, 건조한 다음, 제2슬러리에 담지한 후 스투코화하고 건조함으로써 준비된다. 상기 제2슬러리의 도포, 스투코화 및 건조가 원하는 두께의 쉘이 얻어질 때까지 반복된다. 상기 왁스 예비성형물은 그 다음 그린 세라믹 쉘을 제조하기 위해 용융된다. 상기 쉘의 중심 및 코너의 두께가 측정되고 균일한지 비교된다. 측정들은 상기 쉘의 각 코너들의 두께가 증가되고, 상기 쉘의 균일성이 섬유를 포함하는 건조블렌드로부터 제조된 슬러리를 이용함으로써 상당히 개선된 것을 보여준다. 이들 슬러리의 사용은 또한 보다 우수한 물질 효용을 얻게하고 상기 쉘의 코너들과 같은 포인트에 높은 스트레스에서도 크랙이 형성되는 것을 최소화한다.
실시예27 : 이 실시예는 세라믹 필러의 블렌드가 콜로이드상태의 실리카 졸과 혼합되어 형성된 제1 코팅 슬러리와, 세라믹 필러와 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸이 혼합되어 형성된 제2슬러리의 사용을 보여준다.
제1슬러리는 두 가지 세라믹 필러의 건조블렌드 75중량부와 25% 실리카 농도를 갖도록 물로 희석한 Nyacol 830 콜로이드상태의 실리카 졸(Eka Chemical로부터 이용가능) 25중량부를 혼합함으로써 형성된다. Nyacol 830은 평균직경 10nm의 실리카 입자 30중량%을 가진다. 상기 슬러리의 pH는 10.5이고 점도는 25℃에서 8cps이다. 상기 졸의 밀도(density)는 10LBS/gal. 이고, Na2O함량은 0.55중량%이다. 상기 건조블렌드는 융합된 실리카 200f 20중량부 및 지르콘 325메시 80중량부를 포함한다. 상기 슬러리의 점도는 물의 부가에 의해 20초(#5 Zahn cup)로 조절된다.
상기 제2슬러리는 BI-2010 825중량부 및 TMM-30 550중량부을 혼합함으로써 준비된다. Buntrock Industries, Inc의 BI-2010은 융합된 실리카와 나일론 섬유를 가진 왕겨 재를 포함하는 건조블렌드이다. TMM-30은 Buntrock Industries, Inc.로부터 이용가능한 30% 콜로이드상태의 실리카 졸이다. 상기 백업 코팅 슬러리는 #5Zahn cup에서 17초인 점도가 되도록 물로 희석된다.
상술된 바와 같이 처리된 삼각형 왁스 예비성형물이 예비성형물을 형성하기 위해 제1슬러리에 담지되고, 115AFS 지르콘 샌드로 스투코화되며, 2시간 동안 상온에서 공기건조된다. 상기 예비성형물은 그 다음 제2슬러리에 담지되고 -30 +50메시 융합된 실리카(CE Minerals, Inc.로부터 이용가능)로 스투코화되고, 4시간 동안 상온에서 공기 건조된다. 이 단계는 상기 제2슬러리의 총 3개의 스투코된 코팅을 제조하기 위해 부가적으로 2회 반복된다. 상기 최종 예비성형물이 제2슬러리에 일회 담지되고, 8시간동안 상온에서 공기건조 됨으로써 밀봉 코팅된다.
상기 예비성형물은 그린 쉘을 산출하기 위해 상기 왁스 예비성형물을 제거하도록 200℉ 로 가열된다. 쉘 두께 및 균일성이 측정된다. 상기 그린 쉘의 평균 쉘 두께는 중심에 대해 0.368인치였고 코너에 대해 0.316인치여서 균일성은 85.9%였다.
실시예 27A :　이 실시예는 세라믹 필러와 콜로이드상태의 실리카 졸이 혼합 되어 형성된 제1슬러리와, 세라믹 필러와 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸이 혼합되어 형성된 제2슬러리의 사용을 보여준다.
실시예27의 방법을, 상기 제1슬러리에서 융합된 실리카 65중량부가 상기 세라믹 필러의 건조블렌드 75중량부를 대체하여, Nyacol 830 25중량부와 혼합된 것을 제외하면 따른다.
실시예28 : 이 실시예는 세라믹 필러의 블렌드가 콜로이드상태의 실리카 졸과 혼합되어 형성된 제1슬러리와, 세라믹 필러와 나일론 섬유의 블렌드와 라텍스로 변형된 콜로이드상태의 실리카 졸이 혼합되어 형성된 제2슬러리의 사용을 보여준다.
제2슬러리의 코팅이 5회 도포되는 것을 제외하면 실시예27의 공정에 따른다. 상기 제2슬러리의 사용에 의해 형성된 각 코팅은 실시예27에서 채택된 상기 BI-2010 건조 블렌드 15중량부와 TMM-30 졸 중량을 기준으로 QDA 라텍스 폴리머 6중량%의 부가에 의해 변형된 TMM-30실리카 졸 10중량부를 포함한다. QDA 라텍스 폴리머는 Buntrock Industries, Inc로부터 이용가능하다. 상기 제2슬러리는 #5 Zahn cup에서 15-16초인 점도를 가진다.
상기 최종 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다. 쉘 두께 및 균일성이 측정된다. 중심에 대해 형성된 평균 쉘은 0.404인치이고 코너에 대해서는 0.311인치여서 균일성은 77.0%이다.
실시예29 : 이 실시예는 세라믹 필러의 블렌드가 콜로이드상태의 실리카 졸과 혼합되어 형성된 제1슬러리와, 세라믹 필러와 폴리프로필렌 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸이 혼합되어 형성된 제2슬러리의 사용을 보여준다.
상기 제2슬러리가 BI-2010 건조 블렌드를 대체하여 Ondeo Nalco의 Gray Matter에 의해 형성된다. Gray Matter는 융합된 실리카, 암모니아로 훈증한 실리카(fumed silica) 및 평균 길이 3.2mm인 폴리프로필렌 섬유의 건조블렌드이다. 상기 제2슬러리의 점도는 #5 Zahn cup에서 15-16초이다. 상기 코팅된 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다. 상기 평균 쉘 두께는 중심에 대해 0.374인치이고 코너에 대해서는 0.286인치여서 균일성은 76.5%이다.
실시예30 : 이 실시예는 세라믹 필러의 블렌드가 콜로이드상태의 실리카 졸과 혼합되어 형성된 제1슬러리와, 다수의 세라믹 필러와 폴리프로필렌 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸이 혼합되어 형성된 제2슬러리의 사용을 보여준다.
상기 제1슬러리가 Eka Chemical의 Nyacol 1430 콜로이드상태의 실리카 졸 10중량부와 세라믹 필러들의 제1 건조블렌드 35중량부를 혼합함으로써 준비된다. 상기 제1 건조 블렌드는 지르콘(-325메시) 75중량부와 융합된 실리카 200f 25중량부를 포함한다. 상기 제1슬러리의 점도는 #5 Zahn cup에서 24초가 되도록 물로 조절된다.
제2슬러리가 Nyacol 830 콜로이드상태의 실리카 졸 10중량부와 제2 건조 블 렌드 24중량부를 혼합함으로써 준비된다. 상기 제2 건조 블렌드는 상기 제2건조블렌드 총 중량을 기준으로 3.3mm 길이의 폴리프로필렌 섬유 1중량%, 융합된 실리카 120f 60중량%, 융합된 실리카 200f 35중량% 및 암모니아로 훈증한 실리카 4 중량%(CE Minerals, Inc.로부터 이용가능)를 포함한다. 상기 제2슬러리는 25%의 실리카 농도 및 #5 Zahn cup에서 16초의 점도를 얻기 위해 물로 희석된다. 쉘은 실시예27에서와 같이 준비된다.
실시예31 : 이 실시예는 단일 세라믹 필러와 콜로이드상태의 실리카 졸로부터 형성된 제1슬러리와, 세라믹 필러들과 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸로부터 형성된 제2슬러리의 사용을 보여준다.
상기 제1슬러리가 -200메시 지르콘분말(Continental Minerals) 80중량% 및 Nyacol 830 20중량%를 사용하여 준비된다. 실시예 27에서와 같이 준비된 왁스 예비성형물이 상기 제1슬러리에 담지되고, 115AFS 지르콘 샌드(Continental Minerals)로 스투코화된 후 공기건조 된다. 제2슬러리가 TMM 30 10중량부와 BI 2010 건조 블렌드 15중량부로부터 준비된다. 상기 코팅된 예비성형물이 상기 예비성형물을 형성하기 위해 상기 제2슬러리에 담지되고 SS30 융합된 실리카( Buntrock Industries, Inc.로부터 이용가능함)로 스투코화된 후 공기 건조된다. 이 단계가 상기 제2슬러리의 5개 코팅을 갖는 예비성형물을 제조하기 위해 부가적으로 4회 반복된다.
상기 최종 스투코화된 예비성형물은 상기 제2슬러리에 일회 담지됨으로써 밀봉 코팅된다. 상기 스투코화된 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다. 중심에 대해 형성된 평균 쉘은 0.528인치이고 코너에 대해서는 0.482인치여서 균일성은 91.3%이다.
실시예31A: 이 실시예는 단일 세라믹 필러와 콜로이드상태의 실리카 졸로부터 형성된 제1슬러리와, 세라믹 필러들과 나일론 섬유의 블렌드와 라텍스로 변형된 콜로이드상태의 실리카 졸로부터 형성된 제2슬러리의 사용을 보여준다.
상기 TMM-30 실리카 졸 대신에 QDA 라텍스 폴리머 6중량%의 부가에 의해 변형된 TMM-30 실리카 졸이 사용된 것을 제외하면 상기 실시예 31의 공정에 따른다.
실시예32 : 이 실시예는 단일 세라믹 필러와 콜로이드상태의 실리카 졸로부터 형성된 제1슬러리와, 세라믹 필러들과 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸로부터 형성된 제2슬러리의 사용을 보여준다.
상기 제1슬러리가 #5 Zahn cup에서 22초의 점도를 얻기 위해 -325메시 지르콘분말(Continental Minerals로부터 이용가능함) 78중량부 및 TMM30 실리카 졸 20중량부를 혼합함으로써 준비된다. 상기 제2슬러리는 BI2010 150중량부 및 TMM30 100중량부로부터 제조된다. 상기 제2슬러리는 #5 Zahn cup에서 15초의 점도를 가진다.
실시예27에서와 같이 삼각형 왁스 예비성형물이 스투코된 예비성형물을 제조하기 위해 상기 제1슬러리에 담지되고, 110 내지 125 AFS 지르콘 샌드로 스투코화된 후 공기건조 된다. 상기 스투코된 예비성형물이 다시 상기 제1슬러리에 담지되 고 -50+100 융합된 실리카(CE Minerals)로 스투코화된 후 공기 건조된다. 상기 최종 스투코된 예비성형물이 상기 제2슬러리에 담지되고 SS30 융합된 실리카( Buntrock Industries, Inc.)로 스투코화된 후 공기 건조된다. 이 단계가 상기 제2슬러리의 코팅이 모두 3개를 갖는 예비성형물을 제조하기 위해 부가적으로 2회 반복된다. 상기 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다. 중심에 대해 형성된 쉘은 0.372인치이고 코너에 대해서는 0.307인치여서 균일성은 82.5%이다.
실시예33 및 34는 섬유 없이 세라믹 필러를 포함하는 제1 및 제2 슬러리의 사용을 보여주는 비교예들이다.
실시예33 : 이 실시예는 단일 세라믹 필러와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제1슬러리와, 다수의 세라믹 필러들의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제2슬러리의 사용을 보여준다.
쉘 시편들은 상기 제2슬러리가 120f 융합된 실리카 490중량부와 200f 중합된 실리카 1122중량부(CE Minerals)의 건조블렌드와 Nyacol 830 790중량부 및 물 98중량부를 혼합함으로써 형성되고, 또한 상기 제2슬러리에 도포되는 스투코가 -30 +50 융합된 실리카(CE Minerals)인 것을 제외하면 실시예31에서와 같이 준비된다. 상기 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다. 중심에 대해 형성된 평균 쉘은 0.418인치이고 코너에 대해서는 0.327인치여서 균일성은 78.2%이다.
실시예34 : 이 실시예는 단일 세라믹 필러와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제1슬러리와, 단일의 세라믹 필러와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제2슬러리의 사용을 보여준다.
쉘 시편들은 상기 제2슬러리가 융합된 실리카 200f 70중량부(CE Minerals)와 Nyacol 830 30중량부로부터 준비되고, 상기 제2슬러리의 코팅들 각각에 -30+50 융합된 실리카(CE Minerals)로 스투코화되는 것을 제외하면 실시예31에서와 같이 준비된다. 밀봉 코팅뿐만 아니라 스투코화된 상기 제2슬러리의 총 4개의 코팅이 도포된다. 상기 밀봉 코팅은 상기 제2슬러리를 채택한다. 상기 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다. 중심에 대해 형성된 쉘은 0.285인치이고 코너에 대해서는 0.229인치여서 균일성은 80.5%이다.
실시예 35-41은 쉘 건설에서 건조 섬유 블렌드로부터 형성되는 스러리들의 다양성을 보여준다. 실시예 35-37에서, 건조블렌드 1 내지 4 및 슬러리 AA 내지 DD가 채택된다. AA 내지 DD의 지칭(designation)은 콜로이드 상태의 졸과 건조 블렌드의 다른 조합들을 채용하는 다수의 슬러리들이 있을 법함을 설명하기 위해 채택된다. 또한 상기 다양한 슬러리들이 하기의 실시예들로부터 이해될 것과 같이 프라임 코팅 또는 백업 코팅 중 어느 하나에 채택될 것이다.
건조 블렌드 No.1은 상기 블렌드 총 중량을 기준으로 평균 길이 0.5mm인 Wex 나일론 섬유 0.5중량%, 융합된 실리카 200f 50중량%(CE Minerals로부터 이용가능) 및 지르콘 325메시 49.5중량%(Continental Minerals, Inc로부터 이용가능)를 혼합함으로써 준비된다. 슬러리AA는 건조블렌드 No.1 75중량부와 실리카 농도가 25%가 되도록 물로 희석된 Nyacol 830 30중량부를 혼합함으로써 형성된다. 슬러리 AA의 점도는 #5 Zahn cup에서 22초가 되도록 물로 조절된다.
건조 블렌드 No.2는 상기 블렌드 총 중량을 기준으로 융합된 실리카 200f 50중량%(CE Minerals로부터 이용가능) 및 지르콘 325메시 50중량%(Continental Minerals, Inc로부터 이용가능)를 혼합함으로써 준비된다. 슬러리BB는 건조블렌드 No.1을 건조블렌드 No.2로 대체하는 것을 제외하면 상술된 바와 동일한 방식으로 준비된다. 슬러리 BB의 점도는 #5 Zahn cup에서 22초가 되도록 물의 부가에 의해 조절된다.
건조 블렌드 No.3은 BI-2010(Buntrock Industries, Inc.로부터 이용가능함)이다. 슬러리 CC는 BI-2010 15중량부와 TMM-30콜로이드상태의 실리카 바인더를 사용하여 준비된다. 슬러리 CC의 점도는 #5 Zahn cup에서 16초가 되도록 물의 부가에 의해 조절된다.
건조 블렌드 No.4는 상기 블렌드 총 중량을 기준으로 길이 1.6mm인 Wex 나일론 섬유 1중량%와 Mulgrain M60 200ICC(CE Minerals, Inc.로부터 이용가능) 99중량%를 혼합함으로써 준비된다. 슬러리DD는 건조블렌드 No.4 60중량부와 Megasol
Figure 112007077771965-PCT00022
(Buntrock Industries로부터 이용가능) 40중량부로 만들어진다. 슬러리 DD는 #5 Zahn cup에서 14초의 점도가 되도록 물로 조절된다.
실시예35 : 이 실시예는 세라믹 필러들과 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 백업 코팅슬러리뿐만 아니라 세라믹 필러와 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 프라임 코팅슬러리의 사용을 보여준다.
실시예31에서와 같은 삼각형 왁스 예비성형물이 콜로이드상태의 알루미나 및 습윤제를 함유하는 Pattern Wetting Solution(Buntrock Industries)에 담지된다. 상기 최종 처리된 예비성형물이 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물을 형성하기 위해 일회 슬러리 AA에 담지되고 지르콘 샌드로 스투코화된 후 공기건조된다. 상기 프라임 코팅된 예비성형물이 스투코화되고 백업 코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 다시 슬러리 AA에 담지되고, SS-30 융합된 실리카로 스투코화된 후, 공기 건조된다. 이 단계가 총 4개의 스투코된 백업 코팅을 제조하기 위해 3회 반복된다. 상기 스투코된 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다.
실시예36 : 이 실시예는 세라믹 필러의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제1 프라임 코팅슬러리와, 세라믹 필러들과 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제2 프라임 코팅슬러리 와, 단일의 세라믹 필러와 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 백업 코팅슬러리의 사용을 보여준다.
왁스 예비성형물은 실시예35에서와 같이, Pattern Wetting Solution로 코팅 된 후 공기건조 되어 준비된다. 상기 왁스 예비성형물이 제1 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물을 형성하기 위해 슬러리 BB에 담지되고 지르콘 샌드로 스투코화된 후 공기건조된다. 상기 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물이 두겹으로 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물을 제조하기 위해 슬러리 CC에 담지되고, -50+100 융합된 실리카로 스투코화된 후, 공기 건조된다. 상기 두겹으로 스투코된 예비성형물이 스투코되고 백업 코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 슬러리 DD에 담지되고, Mulgrain M47 22S(CE Minerals, Inc.로부터 이용가능함)로 스투코화되고 공기건조된다. 이 단계가 총 3개의 백업 및 스투코된 코팅을 갖는 예비성형물을 제조하기 위해 2회 반복된다. 상기 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다.
실시예36A : 이 실시예는 세라믹 필러의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제1 프라임 코팅슬러리와, 세라믹 필러와 세라믹 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제2 프라임 코팅슬러리 와, 세라믹 필러와 세라믹 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 백업 코팅슬러리의 사용을 보여준다.
규회석 세라믹 섬유가 제2프라임 코팅으로서 도포되는 슬러리 CC와 백업코팅으로 도포되는 슬러리 DD에 사용되는 블렌드3 및 4 각각에서 나일론을 대신하여 사용된 것을 제외하면 실시예36의 공정에 따른다.
실시예37 : 이 실시예는 세라믹 필러의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 프라임 코팅슬러리와, 세라믹 필러와 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 백업 코팅슬러리의 사용을 보여준다.
실시예35에서와 같은 삼각형 왁스 예비성형물이 Pattern Wetting Solution (Buntrock Industries)으로 처리된 후 실시예35에서 같이 공기 건조된다. 상기 예비성형물이 스투코되고 프라임 코팅된 예비성형물을 제조하기 위해, 슬러리 BB에 담지되고 Mulgrain M47 105AFS(CE Minerals, Inc.로부터 이용가능)로 스투코화된 후 공기건조된다. 상기 스투코되고 프라임 코팅된 예비성형물이 스투코되고 백업 코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 슬러리 CC에 담지되고, Mulgrain M47 22S로 스투코화된 후, 공기 건조된다. 이 단계가 4개의 스투코된 백업 코팅을 갖는 예비성형무을 제조하기 위해 3회 반복된다. 상기 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다.
실시예38 : 이 실시예는 세라믹 필러의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제1 프라임 코팅슬러리와, 세라믹 필러의 블렌드와 라텍스 변형자(modifier)를 갖는 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성되는 제2 프라임 코팅 및 세라믹필러의 블렌드와 라텍스 변형자를 갖는 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 백업 슬러리의 사용을 보여준다. 이 실시예는 섬유를 포함하지 않는 슬러리가 채택될 때 쉘 건설 및 파괴 하중(breaking load)에서의 차 이를 보여준다.
길이 8인치, 넓이 25인치, 두께 0.25인치로 측정된 왁스 바가 Buntrock Industries로부터 이용할 수 있는 Pattern Wetting Solution에 담지된다. 상기 결과로서 생기는 처리된 왁스 바를 건조된 콜로이드 상태의 알루미나 친수성 필름을 갖는 코팅된 바를 제조하기 위해 공기 건조한다. 그 다음 상기 바를 지르콘 200 75중량%와 융합된 실리카 120f 25중량%를 포함하는 블렌드 2000g과 Nyacol 830 625g을 혼합함으로써 형성된 제1프라임 코팅 슬러리에 담지한다. 이 제1 프라임 코팅 슬러리의 점도는 #4 Zahn cup에서 20초이다. 그 다음 상기 제1프라임 코팅을 가진 상기 바가 공기 건조된다.
상기 공기 건조된 바가 제2 프라임 코팅 슬러리의 도포 전에 15%농도를 갖도록 물로 희석된 TMM-30 실리카 졸로 적셔진다. 상기 결과적으로 이미 적셔진 바는 건조 없이 120f 융합된 실리카와 200f 융합된 실리카가 50:50으로 혼합된 블렌드와 TMM-30을 기준으로 10중량% 라텍스 폴리머를 포함하는 변형된 TMM-30 액상의 실리카 졸이 혼합됨으로써 형성된 제2 슬러리에 담지된다. 상기 제2 프라임 코팅 슬러리는 BI #5 cup에서 15초인 점도를 가진다. 상기 BI#5 cup은 Buntrock Industries로부터 이용할 수 있다.
상기 제2 프라임 코팅은 프라임 코팅되고 스투코된 바를 형성하기 위해 지르콘 샌드로 스투코된 후 공기 건조된다. 상기 프라임 코팅되고 스투코되고 건조된 바는 백업 코팅되고 스투코된 바를 제조하기 위해 다시 상기 제2슬러리에 담지되고 그 후 -30+50 융합된 실리카(CE Minerals)로 스투코되어 공기 건조된다. 이 단계가 4개의 스투코된 백업 코팅을 갖는 바를 제조하기 위해 3회 반복된다. 밀봉 코팅이 상기 최종 바가 제2슬러리에 담지됨으로써 도포되고 그 다음 스투코의 도포 없이 공기 건조된다.
이 공정을 이용하여 두 개의 스투코된 바가 제조된다. 각 바는 공기 건조되고 그린 세라믹 쉘을 제조하기 위해 상기 왁스를 용융시키기 위해 200℉로 가열된다. 상기 제1바에 대해 상기 쉘 두께는 0.229"이고 상기 제2바에 대해 상기 쉘 두께는 0.244"이다. 각 쉘은 6.5인치 길이 및 1.25인치 넓이로 측정된다. 상기 제1 쉘은 상술된 바와 같이 건조 그린 파괴 하중 및 MOR이 평가된다. 상기 제 제1쉘은 16.23의 건조 그린 파괴하중 및 733PSI의 건조그린 MOR을 갖는다.
상기 제2쉘은 끓는 물에서 2분동안 잠기게 한 다음 제거된다. 이 제2 쉘은 뜨겁고 습기 있는 동안, 파괴 하중 및 MOR을 얻기 위해 상술된 공정을 이용하여 테스트된다. 상기 뜨겁고 습기 있는 쉘의 파괴하중은 4.74LB이고 그것의 MOR은 189PSI이다.
실시예 39 : 이 실시예는 세라믹 필러의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제1 프라임 코팅슬러리와, 세라믹 필러와 폴리프로필렌 섬유의 블렌드와 라텍스 변형자를 갖는 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성되는 제2 프라임 코팅슬러리 및 세라믹필러와 폴리프로필렌 섬유의 블렌드와 라텍스 변형자를 갖는 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 백업 코팅 슬러리의 사용을 보여준다.
상기 제2슬러리를 형성하기 위해 사용되는 120f 융합된 실리카 및 200f 융합된 실리카의 50:50블렌드를 대체하여 Ondeo Nalco로부터의 Gray Matter 건조 블렌드가 사용되는 것을 제외하면 실시예38의 공정에 따른다. 상기 제2 슬러리는 BI #5 cup에서 15초인 점도를 가진다. Gray Matter 건조 블렌드는 융합된 실리카, 암모니아로 훈증된 실리카, 및 폴리프로필렌 섬유를 포함한다. 0.263" 두께의 제1 쉘과 0.260"두께의 제2쉘이 제조된다. 상기 제1쉘은 건조 그린 파괴 하중 13.60 LB와 건조 그린 MOR 478PSI를 가진다. 2분 동안 끓는 물에 잠겨진 후에 상기 제2쉘은 파괴 하중 및 MOR을 결정하기 위해 상술된 바와 같이 테스트된다. 상기 쉘은 뜨겁고 습기 있는 파괴 하중 6.64LB와 뜨겁고 습기있는 MOR 239PSI를 가진다.
실시예40: 이 실시예는 세라믹 필러의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제1 프라임 코팅슬러리와, 세라믹 필러와 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성되는 제2 프라임 코팅슬러리 및 세라믹필러와 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 백업 코팅 슬러리의 사용을 보여준다.
상기 제2슬러리에서 Buntrock Industries로부터 이용가능한 BI-2010 건조 블렌드가 120f 융합된 실리카 및 200f 융합된 실리카의 50:50블렌드를 대체하고, TMM-20 실리카 졸이 상기 라텍스에 의해 변형된 TMM-20 실리카 졸을 대체하는 것을 제외하면 실시예38의 공정에 따른다. 상기 제2 슬러리는 BI #5 cup에서 15초인 점도를 가진다. 0.332" 두께의 제1 쉘과 0.370"두께의 제2쉘이 제조된다. 상기 제1쉘 은 건조 그린 파괴 하중 20.61 LB와 건조 그린 MOR 443PSI를 가진다. 2분 동안 끓는 물에 잠겨진 후에 상기 제2쉘은 뜨겁고 습기 있는 파괴 하중 13.24LB와 뜨겁고 습기있는 MOR 230PSI를 가진다.
실시예41: 이 실시예는 세라믹 필러의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 제1 프라임 코팅슬러리와, 세라믹 필러와 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성되는 제2 프라임 코팅슬러리 및 세라믹필러와 폴리프로필렌 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 백업 코팅 슬러리의 사용을 보여준다.
실시예38의 공정에 따라, 제1프라임 코팅이 상기 왁스 바에 도포되고, 공기 건조된 후 희석된 TMM-30 실리카 졸로 적셔진다. 건조 전에, 제2프라임 코팅이 상기 바를 실시예40에서 사용된 제2슬러리에 담지함으로써 상기 바에 도포되고 공기 건조된다. 그 다음에 상기 최종 프라임 코팅된 바는 Gray Matter 건조 블렌드와 TMM-30 콜로이드상태의 실리카 졸로 형성된 백업 코팅 슬러리에 담지된다. 상기 백업 코팅 슬러리는 BI#5 cup에서 15초인 점도를 가진다. 그 후 상기 백업 코팅된 바는 백업코팅되고 스투코된 바를 제조하기 위해 -30+50 융합된 실리카(CE Minerals)로 스투코화되고 공기 건조된다. 이 단계는 4개의 스투코된 백업 코팅을 갖는 바를 제조하기 위해 3회 반복된다. 최종 밀봉 코팅이 상기 바를 백업 코팅 슬러리에 담지함으로써 도포되고 스투코 없이 공기 건조된다.
이 공정을 이용하여 2개의 스투코된 바가 제조된다. 각각의 바는 공기 건조 된 후, 실시예38과 같이 탈왁스된다. 상기 제1바에 대한 상기 쉘 두께는 0.287"이고, 상기 제2바에 대한 상기 쉘 두께는 0.288"이다. 상기 제1쉘은 건조 그린 파괴 하중 18.68 LB와 건조 그린 MOR 547PSI를 가진다. 2분 동안 끓는 물에 잠겨진 후에 상기 제2쉘은 뜨겁고 습기 있는 파괴 하중 8.91LB와 뜨겁고 습기있는 MOR 261PSI를 가진다.
실시예42: 이 실시예는 세라믹 필러와 세라믹 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 프라임 코팅슬러리와, 세라믹 필러와 세라믹 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성되는 백업 코팅 슬러리의 사용을 보여준다.
실시예35에서와 같이 삼각형 왁스 예비성형물이 융합된 실리카 세라믹 필러 98% 와 규회석 세라믹 섬유 2%의 블렌드 20중량부와 TMM-30 졸 12중량부를 혼합함으로써 형성된 슬러리에 일회 담지된다. 상기 최종 코팅된 예비성형물은 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물을 형성하기 위해 지르콘 샌드로 스투코화되고, 공기 건조된다. 상기 프라임 코팅된 예비성형물이 스투코되고 백업코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 다시 상기 슬러리에 담지되고 SS-30 융합된 실리카로 스투코화된 후 공기 건조된다. 이 단계는 총 4개의 스투코된 백업 코팅을 제조하기 위해 3회 반복된다. 그 다음 상기 스투코된 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다.
실시예43: 이 실시예는 세라믹 필러와 세라믹 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 프라임 코팅과, 세라믹 필러와 다수의 세라믹 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성되는 백업 코팅의 사용을 보여준다.
실시예35에서와 같이 삼각형 왁스 예비성형물이 융합된 실리카 세라믹 필러 97중량부 및 Kaowool 세라믹 섬유 50중량부와 Saffil 세라믹 섬유 50중량부로 형성된 혼합물 3중량부의 블렌드 24중량부와 Nyacol 830 실리카 졸 10중량부를 혼합함으로써 형성된 슬러리에 일회 담지된다. 상기 최종 코팅된 예비성형물은 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물을 형성하기 위해 지르콘 샌드로 스투코화되고, 공기 건조된다. 상기 프라임 코팅된 예비성형물이 스투코되고 백업코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 다시 상기 슬러리에 담지되고 SS-30 융합된 실리카로 스투코화된 후 공기 건조된다. 이 단계는 총 4개의 스투코된 백업 코팅을 제조하기 위해 3회 반복된다. 그 다음 상기 스투코된 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다.
실시예44: 이 실시예는 세라믹 필러와 폴리프로필렌 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 프라임 코팅과, 세라믹 필러와 폴리프로필렌 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성되는 백업 코팅의 사용을 보여준다.
실시예35에서와 같이 삼각형 왁스 예비성형물이 지르콘 세라믹 필러 50중량 부 및 융합된 실리카 96중량부와 폴리프로필렌 섬유 4중량부로 형성된 혼합물 50중량부로 형성된 블렌드 28중량부와, Nalcoag 1130 실리카 졸 10중량부를 혼합함으로써 형성된 슬러리에 일회 담지된다. 상기 최종 코팅된 예비성형물은 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물을 형성하기 위해 지르콘 샌드로 스투코화되고, 공기 건조된다. 상기 프라임 코팅된 예비성형물이 스투코되고 백업 코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 다시 상기 슬러리에 담지되고 SS-30 융합된 실리카로 스투코화된 후 공기 건조된다. 이 단계는 총 4개의 스투코된 백업 코팅을 제조하기 위해 3회 반복된다. 그 다음 상기 스투코된 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다.
실시예45: 이 실시예는 세라믹 필러, 세라믹 섬유 및 나일론 섬유의 블렌드와 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 프라임 코팅과, 세라믹 필러, 세라믹 섬유 및 나일론 섬유의 블렌드와 실리카 졸을 혼합함으로써 형성되는 백업 코팅의 사용을 보여준다.
실시예35에서와 같이 삼각형 왁스 예비성형물이 융합된 실리카 세라믹 필러 98중량부 및 규회석 세라믹 섬유 4중량부와 나일론 섬유 1중량부로 형성된 혼합물 2중량부로 형성된 블렌드 25중량부와, TMM-30 졸 10중량부를 혼합함으로써 형성된 슬러리에 일회 담지된다. 상기 최종 코팅된 예비성형물은 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물을 형성하기 위해 지르콘 샌드로 스투코화되고, 공기 건조된다. 상기 프라임 코팅된 예비성형물이 스투코되고 백업 코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 다시 상기 슬러리에 담지되고, SS-30 융합된 실리카로 스투코화된 후 공기 건조된다. 이 단계는 총 4개의 스투코된 백업 코팅을 제조하기 위해 3회 반복된다. 그 다음 상기 스투코된 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다.
실시예46: 이 실시예는 세라믹 필러와 세라믹 섬유의 블렌드로 형성된 프라임 코팅과, 세라믹 필러와 세라믹 섬유의 블렌드로 형성되는 백업 코팅의 사용을 보여준다.
실시예35에서와 같이 삼각형 왁스 예비성형물이 지르콘 세라믹 필러 50중량부, 융합된 실리카 세라믹 필러 45중량부 및 규회석 세라믹 섬유 5중량부의 혼합물로 형성된 블렌드 30중량부와, Megasol
Figure 112007077771965-PCT00023
10중량부를 혼합함으로써 형성된 슬러리에 일회 담지된다. 상기 최종 코팅된 예비성형물은 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물을 형성하기 위해 지르콘 샌드로 스투코화되고, 공기 건조된다. 상기 프라임 코팅된 예비성형물이 스투코되고 백업 코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 다시 상기 슬러리에 담지되고 SS-30 융합된 실리카로 스투코화된 후 공기 건조된다. 이 단계는 총 4개의 스투코된 백업 코팅을 제조하기 위해 3회 반복된다. 그 다음 상기 스투코된 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다.
실시예47: 이 실시예는 세라믹 필러와 세라믹 섬유의 블렌드와 콜로이드상태 의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 프라임 코팅과, 세라믹 필러와 세라믹 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성되는 백업 코팅의 사용을 보여준다.
실시예35에서와 같이 삼각형 왁스 예비성형물이 융합된 실리카 세라믹 필러 48중량부, Mulgrain 세라믹 필러 48중량부와, Kaowool 세라믹 섬유 30중량부 및 미네랄 울 세라믹 섬유 70중량부의 혼합물 4중량부의 혼합물로 형성된 블렌드 29중량부와, TMM-30 졸 10중량부를 혼합함으로써 형성된 슬러리에 일회 담지된다. 상기 최종 코팅된 예비성형물은 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물을 형성하기 위해 지르콘 샌드로 스투코화되고, 공기 건조된다. 상기 프라임 코팅된 예비성형물이 스투코되고 백업 코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 다시 상기 슬러리에 담지되고 SS-30 융합된 실리카로 스투코화 된 후 공기 건조된다. 이 단계는 총 4개의 스투코된 백업 코팅을 제조하기 위해 3회 반복된다. 그 다음 상기 스투코된 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다.
실시예48: 이 실시예는 세라믹 필러와 폴리프로필렌 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 프라임 코팅과, 세라믹 필러와 폴리프로필렌 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성되는 백업 코팅의 사용을 보여준다.
실시예35에서와 같이 삼각형 왁스 예비성형물이 융합된 실리카 세라믹 필러 33중량부, Mulgrain 세라믹 필러 33중량부, 및 남정석(Kyanite) 세라믹 필러 90중 량부와 폴리프로필렌 섬유 10중량부의 혼합물 34중량부의 혼합물 블렌드 32중량부와, Megasol
Figure 112007077771965-PCT00024
10중량부를 혼합함으로써 형성된 슬러리에 일회 담지된다. 상기 최종 코팅된 예비성형물은 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물을 형성하기 위해 지르콘 샌드로 스투코화되고, 공기 건조된다. 상기 프라임 코팅된 예비성형물이 스투코되고 백업 코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 다시 상기 슬러리에 담지되고 SS-30 융합된 실리카로 스투코화된 후 공기 건조된다. 이 단계는 총 4개의 스투코된 백업 코팅을 제조하기 위해 3회 반복된다. 그 다음 상기 스투코된 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다.
실시예49: 이 실시예는 세라믹 필러와 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성된 프라임 코팅 슬러리와, 세라믹 필러와 나일론 섬유의 블렌드와 콜로이드상태의 실리카 졸을 혼합함으로써 형성되는 백업 코팅의 사용을 보여준다.
실시예35에서와 같이 삼각형 왁스 예비성형물이 지르콘 세라믹 필러 75중량부, 평판상 알루미나 세라믹 필러(tabular alumina ceramic filler) 20중량부 및 Saffil 세라믹 섬유 2중량부와 나일론 섬유 2중량부의 혼합물 5중량부의 혼합물로 형성된 블렌드 35중량부와, TMM-39 졸 10중량부를 혼합함으로써 형성된 슬러리에 일회 담지된다. 상기 최종 코팅된 예비성형물은 프라임 코팅되고 스투코된 예비성형물을 형성하기 위해 지르콘 샌드로 스투코화되고, 공기 건조된다. 상기 프라임 코팅된 예비성형물이 스투코되고 백업 코팅된 예비성형물을 제조하기 위해 다시 상 기 슬러리에 담지되고 SS-30 융합된 실리카로 스투코화된 후 공기 건조된다. 이 단계는 총 4개의 스투코된 백업 코팅을 제조하기 위해 3회 반복된다. 그 다음 상기 스투코된 예비성형물은 그린 쉘을 형성하기 위해 상기 왁스 예비성형물이 제거되도록 200℉로 가열된다.
본 발명의 설명은 사실상 예시적인 것일 뿐이다. 따라서 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않는 변형들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 의도된다. 그러한 변형은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않는다.

Claims (20)

  1. 정밀 주조 쉘 몰드 조성물(an investment casting shell mold composition)에 있어서,
    섬유 및 내열성 필러를 포함하는 내열성 건조 블렌드 및 내열성 코팅 슬러리를 형성하기 위해 건조 블렌드와 혼합될 수 있는 적절한 바인더를 포함하는 정밀 주조 쉘 몰드조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 섬유는 내열성 섬유, 유리섬유, 세라믹섬유, 유기섬유 및 탄소섬유 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 섬유인 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 섬유는 유기섬유를 포함하고, 상기 내열성 필러는 약 20 내지 600메시의 입자크기를 가진 세라믹 그레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 섬유는 약 0.2mm 내지 12mm의 평균길이를 갖고, 상기 건조 블렌드 중량에 대해 약 0.1 내지 12중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 섬유는 약 1mm 내지 4mm의 평균길이를 갖고, 상기 건조 블렌드 중량에 대해 약 0.2 내지 2.5중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드조성물.
  6. 제3항에 있어서, 무기 섬유를 포함하는 건조 블렌드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 무기 섬유는 E-유리 섬유, S-유리섬유, 세라믹 알루미나 실리카 섬유 또는 미네랄 울 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택되고, 상기 유기 섬유는 올레핀, 나일론 타입 섬유 및 아라미드섬유 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 내열성 필러는 왕겨 재(rice hull ash)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 바인더 졸은 콜로이드상태의 실리카, 에틸 실리케이트, 이온성 실리케이트 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드조성물.
  10. 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법에 있어서,
    제1 및 제2 내열성 코팅 슬러리를 제공하는 단계, 여기서 상기 슬러리 중 적어도 하나는 섬유 및 내열성 필러를 포함하는 건조블렌드로부터 형성되고, 상기 건조 블렌드는 상기 슬러리를 형성하기 위해 바인더와 혼합되며;
    상기 제1 및 제2 내열성 코팅 슬러리를 코팅된 예비성형물(preform)을 제조하기 위한 소모성 패턴에 적용하는 단계;
    선택적으로 상기 코팅된 예비성형물에 내열성 물질의 스투코(stucco)를 도포하는 단계;
    상기 예비성형물에 상기 제1 또는 제2 내열성 코팅 슬러리 중 하나를 도포하기 위해 상기 선택적으로 스투코되고 코팅된 예비성형물을 건조하는 단계;
    상기 예비성형물이 상기 건조 블렌드로부터 형성된 내열성 코팅슬러리의 층을 적어도 한 층 포함하는 것을 조건으로, 내열성 슬러리 및 선택적인 스투코의 도포를 원하는 두께의 예비성형물을 제조하기 위해 필요한 횟수만큼 반복하는 단계;
    그린 정밀 주조 쉘 몰드를 제조하기 위해 상기 다층 예비성형물을 건조하는 단계; 및
    소성된 정밀 주조 쉘 몰드를 제조하기에 충분한 온도로 상기 그린 쉘 몰드를 가열하는 단계를 포함하는 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 정밀 주조 쉘 몰드는 상기 건조 블렌드로부터 형성된 다수의 슬러리 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 정밀 주조 쉘 몰드는 상기 건조 블렌드를 제외한 내열성 슬러리층을 적어도 한 층 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 섬유는 내열성 섬유, 유리섬유, 세라믹섬유, 유기섬유 및 탄소섬유 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 섬유인 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 섬유는 유기섬유를 포함하고, 상기 필러는 약 20 내지 600메시의 입자크기를 가진 세라믹 그레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 섬유는 약 0.2mm 내지 12mm의 평균길이를 갖고, 상기 건조 블렌드 중량에 대해 약 0.1 내지 12중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 섬유는 약 1mm 내지 4mm의 평균길이를 갖고, 상기 건조 블렌드 중량에 대해 약 0.2 내지 2.5중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 청구항3의 주조 쉘 몰드는 무기 섬유를 포함하는 건조 블렌드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 무기 섬유는 E-유리 섬유, S-유리섬유, 세라믹 알루미나 실리카 섬유 또는 미네랄 울 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택되고, 상기 유기 섬유는 올레핀, 나일론 타입 섬유 및 아라미드섬유 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 내열성 필러는 왕겨 재(rice hull ash)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법.
  20. 제11항에 있어서, 상기 바인더 졸은 콜로이드상태의 실리카, 에틸 실리케이트, 이온성 실리케이트 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 쉘 몰드의 제조방법.
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