KR20090076979A - 탄수화물을 포함하는 주형 재료 혼합물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속가공을 위한 주조 주형(casting mold)을 제작하기 위한 주형 재료 혼합물(molding material mixture), 주조 주형을 제조하기 위한 공정, 이러한 공정에 의해 획득되는 주조 주형 및 이러한 주조 주형의 용도에 관련이 있다. 주조 주형을 제조하기 위하여, 내화성 주형 모재 및 물유리계 결합제(waterglass-based binder)가 사용된다. 결합제는 약간의 입자상 금속 산화물과 혼합되며, 이 입자상 금속 산화물은 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티탄 및 산화아연의 그룹으로부터 선택되고, 합성 비결정 이산화규소를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 주형 재료 혼합물은 또 다른 필수 성분으로서 탄수화물을 포함한다. 탄수화물의 첨가는 주조 주형의 기계적 강도 및 주물의 표면 품질이 개선될 수 있게 한다.

Description

탄수화물을 포함하는 주형 재료 혼합물 {MOLDING MATERIAL MIXTURE CONTAINING CARBOHYDRATES}
본 발명은 금속가공을 위한 주조 주형을 제작하기 위한 주형 재료 혼합물에 관련이 있으며, 주형 재료 혼합물은 적어도 하나의 자유-흐름 내화성 주형 모재(refractory molding matrix), 물유리계 결합제 및 약간의 입자상 금속 산화물을 포함하며, 이러한 금속 산화물은 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티탄 및 산화아연의 그룹으로부터 선택된다. 본 발명은 주형 재료 혼합물을 사용하여 금속가공을 위한 주조 주형을 제작하기 위한 공정 및 이러한 공정에 의해 획득되는 주조 주형에 관련이 있다.
금속체를 제조하기 위한 주조 주형은 본질적으로 2가지 형태로 제조된다. 제1 그룹은 소위 코어(core) 또는 주형(mold)의 그룹이다. 주조 주형은 이러한 코어 또는 주형으로부터 조립되며, 제조되는 주물(casting)에 대하여 음각 형태를 본질적으로 구성한다. 제2 그룹은 중공체(hollow body), 소위 압탕(feeder)의 그룹이며, 이러한 중공체는 조절조(balancing reservoir)의 역할을 한다. 이들 중공체는 적절한 수단으로 하여 상기 금속이 음각 주형(negative mold)을 구성하는 주조 주형에 존재하는 금속보다 액체 상으로 더 오래 유지되도록 보장하면서 액체 금속을 수용한다. 금속이 음각 주형에서 응고하는 경우, 금속이 응고함에 따라 발생하는 부피 수축의 균형을 맞추기 위하여 액체 금속이 조절조로부터 추가로 흘러들 수 있다.
주조 주형은 내화 재료, 예를 들면 규사(quartz sand)로 구성되며, 주조 주형으로부터 탈형(demolding)한 후에 내화 재료들은 주조 주형의 충분한 기계적 강도를 확보하기 위하여 적절한 결합제에 의해 결합된다. 주조 주형을 제작하기 위하여, 적당한 결합제로 처리된 내화성 주형 모재가 사용된다. 내화성 주형 모재는 주형 모재가 적당한 빈 공간으로 유입되어 빈 공간에서 압축될 수 있도록 자유-흐름 형태인 것이 바람직하다. 결합제는 주형 모재의 입자들 사이에 단단한 응집(cohesion)을 발생시키므로, 주조 주형에 필요한 기계적 안정성이 제공된다.
주조 주형은 다양한 요건들을 충족시켜야 한다. 주조 작업 과정에서, 주조 주형은 우선 하나 이상의 주조 주형들/주형 부분들로부터 형성된 속이 빈 주형에 액체 금속을 수용할 수 있게 하기에 충분한 안정성 및 열 안정성을 가져야 한다. 응고 작업이 시작된 후, 주조 주형의 기계적 안정성은 빈 공간의 벽을 따라 형성되는 응고된 금속 층에 의해 확보된다. 그 후, 주조 주형의 재료는 금속으로부터 배출된 열의 영향을 받아 분해되어 주조 주형의 기계적 안정성을 손실하며, 즉 내화 재료의 개개 입자들 사이의 응집성(coherence)이 제거되어야 한다. 이는 예를 들면 열의 작용 하에서 분해하는 결합제에 의하여 달성된다. 냉각 후, 응고된 주물(casting)을 흔들면, 이상적인 경우에는 주조 주형의 재료가 미세 모래(fine sand)로 다시 분해되며, 이러한 미세 모래는 금속 주형의 빈 공간 밖으로 흘러나오 게 될 수 있다.
주조 주형을 제조하기 위하여, 유기 또는 무기 결합제를 사용하는 것이 가능하며, 각각의 결합제들은 저온 또는 고온 방법에 의해 경화될 수 있다. 저온 방법(cold method)은 주조 주형을 가열하지 않고 실질적으로 실온에서 수행되는 방법을 의미한다. 경화는 일반적으로 화학 반응을 통해 일어나며, 이러한 화학 반응은 예를 들면 경화될 주형에 촉매로서의 기체를 통과시킴으로써 일어나게 된다. 고온 방법(hot method)에서, 성형한 후에, 주형 재료 혼합물은 예를 들면 결합제에 존재하는 용매를 배출하거나 또는 화학 반응을 시작하기에 충분히 높은 온도까지 가열되는데, 이러한 화학 반응에 의하여, 예컨데 가교를 통해 결합제는 경화된다.
오늘날에는, 경화 반응이 기체상 촉매에 의해 가속화되거나 기체상 경화제와의 반응에 의해 경화되는 유기 결합제가 주조 주형을 제조하기 위해 많은 경우에서 사용된다. 이러한 방법을 "콜드 박스(cold box)" 방법이라고 부른다.
유기 결합제를 사용하는 주조 주형 제조의 하나의 예는 소위 애쉬랜드 콜드 박스 방법(Ashland cold box method)이다. 이 방법은 2-성분계에 관계된다. 제1 성분은 폴리올, 일반적으로 페놀 수지의 용액으로 구성된다. 제2 성분은 폴리이소시아네이트의 용액이다. 예를 들어 US　3,409,579 A호에 따르면, 폴리우레탄 결합제의 2개 성분들은 성형 후 기체상 3차 아민을 주형 모재와 결합제의 혼합물에 통과시킴으로써 반응한다. 폴리우레탄 결합제의 경화 반응은 중첨가반응, 즉 부산물, 예를 들면 물을 제거하지 않는 반응이다. 이러한 콜드 박스 방법의 또 다른 이점에는 양호한 생산성, 주조 주형의 치수 정확성, 및 주조 주형의 강도, 주형 모재와 결합제 혼합물의 처리 시간 등과 같은 양호한 기술적 특성이 포함된다.
고온-경화 유기 방법은 페놀 또는 퓨란 수지에 기초한 핫 박스 방법(hot box method), 퓨란 수지에 기초한 웜 박스 방법(warm box method) 및 페놀-노볼락 수지에 기초한 크로닝 방법(Croning method)을 포함한다. 핫 박스 방법과 웜 박스 방법에서, 액체 수지는 온도 상승에 따라 효력이 생기는 잠재성 경화제와 함께 가공되어서 주형 재료 혼합물을 제공한다. 크로닝 방법에서, 규사, 크롬광 사, 지르콘 사 등과 같은 주형 모재는 대략 100 내지 160℃의 온도에서 이러한 온도의 페놀-노볼락 수지 액체와 함께 봉해진다. 후속 경화를 위한 반응물로서, 헥사메틸렌테트라아민이 첨가된다. 전술한 고온-경화 기술에서, 성형 및 경화는 가열가능한 주형에서 일어나며, 이 가열가능한 주형은 최대 300℃의 온도까지 가열된다.
경화 메커니즘에 관계없이, 모든 유기 시스템에 공통적인 것은 액체 금속이 주조 주형에 도입될 때 유기 시스템이 열적으로 분해한다는 것이며, 유기 시스템이 분해함에 따라 유해 물질들, 예를 들면 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 페놀, 포름알데히드, 및 일부 미확인된 고급의 크래킹 생성물(higher cracking product)을 배출할 수 있는 것이다. 다양한 수단을 통하여 이러한 배출을 최소화시키는 것이 가능하지만, 유기 결합제의 경우에 배출을 완전히 막는 것은 불가능하다. 또한, 예를 들어 레솔 CO2 방법(Resol CO2 method)에서 사용된 결합제와 같이 약간의 유기 화합물을 함유하는 무기-유기 혼성 시스템의 경우에도, 금속을 주조하는 동안에 이러한 원하지 않는 배출은 일어난다.
주조 작업 동안 분해 생성물의 배출을 막기 위하여, 무기 물질에 기초하거나 또는 기껏해야 매우 적은 양의 유기 화합물을 포함하는 결합제를 사용할 필요가 있다. 이러한 결합제 시스템은 오래 전부터 이미 공지되었다. 기체 도입의 결과로서 경화되는 결합제 시스템이 개발되었다. 이러한 시스템은 예를 들면 GB 782　205호에 기술되는데, 여기서 알칼리 금속 물유리가 결합제로서 사용되며, 이 물유리는 CO2의 도입에 의해 경화될 수 있다. DE　199　25　167호는 결합제로서 알칼리 금속 규산염을 포함하는 발열 압탕 물질을 기술한다. 게다가, 실온에서 자기-경화하는 결합제 시스템이 개발되었다. 인산 및 금속 산화물에 기초한 이러한 시스템은 예를 들면, 5,582,232호에 기술되어 있다. 마지막으로, 더 높은 온도에서 예를 들면 고온 주형에서 경화되는 무기 결합제 시스템이 또한 공지되어 있다. 이러한 고온-경화 결합제 시스템은 예를 들면, US　5,474,606호에 공지되며, 여기서 알칼리 금속 물유리 및 알루미늄 규산염로 이루어진 결합제 시스템이 기술된다.
그러나, 무기 결합제는 유기 결합제에 비해 단점 또한 가진다. 예를 들면, 결합제로서 물유리를 사용하여 제조된 주조 주형은 상대적으로 낮은 강도를 갖는다. 이는 주조 주형이 주형에서 제거될 때 주조 주형이 깨질 수 있기 때문에 특히 문제를 일으킨다. 이 시점에서의 양호한 강도는 복잡한 얇은-벽 주형을 제조하고 그것을 안전하게 다루는데 있어서 특히 중요하다. 낮은 강도에 대한 이유는 첫째로 주조 주형이 결합제로부터의 잔여 물(residual water)을 여전히 포함한다는 것이다. 고온 폐쇄 주형에서의 더 오랜 체류 시간은 수증기가 충분한 정도로 빠져나갈 수 없기 때문에 제한된 정도로만 유용하다. 주조 주형을 최대한 건조시키기 위하여, WO 98/06522호는 치수적으로 안정적이고 부하를 견디는 에지 쉘이 형성될 때까지만 탈형한 후의 주형 재료 혼합물을 가열된 코어 박스에 두는 것을 제안한다. 코어 박스가 개방된 후에, 주형은 제거되어 마이크로파의 작용 하에서 완전히 건조된다. 그러나, 추가적인 건조는 값비싸고, 주조 주형의 제조 시간을 장기화하며, 특히 에너지 비용을 통해 제조 공정을 더 값비싸게 만드는데 상당한 기여를 한다.
현재까지 알려진 무기 결합제의 또 다른 단점은 높은 공기 습도에 대해 주조 주형의 낮은 안정성이다. 이것은 유기 결합제에 통상적인 바와 같이 장기간에 걸친 주형의 저장이 확실히 가능하지는 않음을 의미한다.
결합제로서 물유리를 사용하여 제작된 주조 주형은 금속 주조 후 종종 불량한 분해를 나타낸다. 특히, 물유리가 이산화탄소의 처리에 의해 경화된 경우, 결합제는 고온 금속의 영향 하에서 유리화할 수 있어서, 그 결과 주조 주형은 매우 단단해지며, 불편하게 그리고 많은 비용을 들여야만 주물에서 제거될 수 있다. 따라서 주형 재료 혼합물에 유기 성분을 첨가하려는 시도가 이루어졌으며, 이 유기 성분은 고온 금속의 영향 하에서 연소하여, 기공을 형성하기 때문에 주조한 후 주조 주형의 분해를 촉진한다.
DE 2 059 538호는 결합제로서 규산나트륨을 포함하는, 코어 사(core sand)와 주물사의 혼합물(molding sand mixture)을 기술한다. 금속 주조 이후 주조 주형의 분해를 개선시키기 위하여, 글루코오스 시럽이 혼합물에 첨가된다. 주조 주형으로 가공되는 주물사 혼합물은 이산화탄소 기체를 통과시킴으로써 경화된다. 주물사 혼 합물은 1 내지 3중량%의 글루코오스 시럽, 2 내지 7중량%의 알칼리 금속 규산염 및 충분한 양의 코어 사 또는 주물사를 포함한다. 이 예에서, 글루코오스 시럽을 포함한 주형 및 코어는 수크로오스 또는 순수 덱스트로스를 포함한 주형 및 코어보다 훨씬 더 양호한 분해 성질을 갖는 것으로 밝혀졌다.
EP 0 150 745 A2호는 주물사의 응고를 위한 결합제 혼합물을 기술하며, 결합제 혼합물은 알칼리 금속 규산염, 바람직하게는 규산나트륨, 다가 알코올 및 또 다른 첨가제로 이루어져 있으며, 제공된 첨가제는 변형 탄수화물, 비흡습성 전분, 금속 산화물 및 충전재이다. 사용된 변형 탄수화물은 6 내지 15%의 환원력을 갖는 비흡습성 전분 가수분해물이며, 이것은 분말로서 첨가될 수 있다. 비흡습성 전분 및 금속 산화물, 바람직하게 산화철은 모래량에 대해 0.25 내지 1중량%의 양으로 첨가된다. 분말 형태 또는 오일과 같은 윤활제가 결합제 혼합물에 선택적으로 첨가될 수 있다. 결합제 혼합물은 바람직하게는 CO2 또는 화학적 촉매의 사용에 의해 경화된다.
GB 847,477호는 주조 주형을 제조하기 위한 결합제 조성물을 기술하며, 결합제 조성물은 2.0 내지 3.22의 SiO2/M2O 모듈러스를 갖는 알칼리 금속 규산염 및 폴리하이드록시 화합물을 포함한다. 주조 주형을 제조하기 위하여, 결합제는 내화성 주형 모재와 혼합되고, 주형의 제조 이후 이산화탄소가 살포됨으로써 경화된다. 사용된 폴리하이드록시 화합물은 예를 들면 단당류, 이당류, 삼당류, 또는 사당류이며, 이러한 화합물의 고순도는 요구되지 않는다.
GB 902,199호는 주조 주형을 제조하기 위한 주형 재료 혼합물을 기술하며, 주형 재료 혼합물은 내화성 주형 모재뿐만 아니라 결합제 조성물을 포함하고, 이 결합제 조성물은 곡물로부터 획득된 아교 100 중량부, 설탕 2 내지 20 중량부 및 할로겐 산 또는 할로겐 산 염 2 내지 20 중량부의 혼합물을 포함한다. 적절한 염은 예를 들면 염화 암모늄이다. 아교는 전분을 부분적으로 가수분해함으로써 만들어진다. 주조 주형을 제작하기 위하여, 주형 재료 혼합물은 먼저 원하는 형태로 변환되고 그 다음에 적어도 175-180℃의 온도까지 가열된다.
GB 1 240 877호는 주조 주형을 제조하기 위한 주형 재료 혼합물을 기술하며, 이 주형 재료 혼합물은 내화성 주형 모재뿐만 아니라 수용성 결합제를 포함하며, 이 수용성 결합제는 알칼리 금속 규산염뿐만 아니라 알칼리 금속 규산염과 상용성인 산화제 및 용액에 기초하여 9 내지 40중량%의 산화하기 쉬운 유기 재료를 포함한다. 사용된 산화제는 예를 들면 알칼리 금속의 질산염, 크롬산염, 중크롬산염, 과망간산염 또는 염소산염일 수 있다. 사용된 산화하기 쉬운 유기 재료는 예를 들면 전분, 덱스트린, 셀룰로오스, 탄화수소, 합성 고분자, 가령 폴리에테르 또는 폴리스티렌, 및 탄화 수소, 가령 타르일 수 있다. 주형 재료 혼합물은 가열됨으로써 또는 이산화탄소가 살포됨으로써 경화될 수 있다.
US 4,162,238호는 주조 주형을 제조하기 위한 주형 재료 혼합물을 기술하며, 이 주형 재료 혼합물은 내화성 주형 모재뿐만 아니라 알칼리 금속 규산염에 기초한 결합제, 특히 물유리를 포함한다. 비결정 이산화규소는 결합제 용액에 기초하여 2 내지 75%에 해당하는 양으로 결합제에 첨가된다. 비결정 이산화규소는 약 2 내지 500nm 범위의 입자 크기를 갖는다. 게다가, 결합제는 3.5:10의 SiO2:M2O 모듈러스를 가지며, 여기서 M은 알칼리 금속이다.
주조하는 동안 일어나는 상기 논의한 유해한 배출의 문제로 인하여, 주조 주형의 제작에 있어서, 복잡한 기하구조의 경우에서조차, 유기 결합제를 무기 결합제로 대체하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 그러나, 복잡한 주조 주형의 경우에도, 제조 이후 주형으로부터 제거될 때 즉시 그리고 금속 주조하는 동안 얇은 벽 부분에서까지 주조 주형의 충분한 강도가 확보되어야만 한다. 주조 주형의 강도는 저장하는 동안 두드러지게 악화되지 않아야 한다. 따라서, 주조 주형은 대기 습도에 충분한 안정성을 가져야만 한다. 게다가, 주물은 제조 후 표면의 과도한 추가 처리를 필요로 하지 않아야만 한다. 주물의 추가 처리는 높은 수준의 시간, 인력 및 재료를 요구하므로 제조하는데 상당한 비용이 드는 요인이 된다. 주조 주형으로부터 제거한 직후와 같은 초기에, 주물은 이미 높은 표면 품질을 가지고 있어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 금속 가공을 위한 주조 주형의 제작을 위한 주형 재료 혼합물을 제공하는 것이며, 이 주형 재료 혼합물은 적어도 하나의 내화성 주형 모재 및 물유리계 결합제 시스템을 포함하며, 상기 주형 재료 혼합물은 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티탄 및 산화아연의 그룹으로부터 선택되는 약간의 입자상 금속 산화물을 포함하고, 복잡한 기하구조를 갖는, 그리고 예를 들어 얇은 벽 부분을 포함할 수 있는 주조 주형을 제작할 수 있게 하며, 금속 주조한 후에 획득되는 주물은 이미 높은 표면 품질을 가지고 있어야 한다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 주형 재료 혼합물에 의해 획득된다. 본 발명의 주형 재료 혼합물의 유리한 구체예는 종속 청구항의 대상이다.
놀랍게도, 주형 재료 혼합물에 탄수화물을 첨가하는 것은 무기 결합제에 기초한 주조 주형을 제작하는 것을 가능하게 하며, 이러한 주조 주형은 제작 직후 및 장기간의 저장 동안 높은 강도를 갖는 것으로 밝혀졌다. 게다가 금속 주조 후, 매우 높은 표면 품질을 갖는 주물이 획득되어 그 결과, 주조 주형을 제거한 후 주물 표면의 경미한 추가 처리만이 요구된다. 이런 식으로 주물의 제작을 위한 비용을 상당히 낮추는 것이 가능하기 때문에 이것은 중요한 이점이 된다. 주조하는 동안, 다른 유기 첨가제, 가령 아크릴 수지, 폴리스티렌, 폴리비닐 에스테르 또는 폴리알킬 화합물에 비해, 상당히 적은 연기 발생이 관찰되므로 그 결과 피고용인에 대한 작업장 노출(workplace exposure)이 상당히 감소될 수 있다.
금속 가공을 위한 주조 주형의 제작을 위한 본 발명의 주형 재료 혼합물은 적어도 다음을 포함한다:
- 내화성 주형 모재;
- 물유리계 결합제;
- 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티탄 및 산화아연의 그룹으로부터 선택되는 약간의 입자상 금속 산화물.
본 발명에 따르면, 주형 재료 혼합물은 또 다른 성분으로서 탄수화물을 포함한다.
주조 주형의 제작에 사용되는 내화성 주형 모재는 통상적인 재료일 수 있다. 내화성 주형 모재는 금속 주조 시 온도에서 충분한 치수 안정성을 가져야만 한다. 따라서, 적절한 내화성 주형 모재는 높은 용융점이 두드러진다. 내화성 주형 모재의 용융점은 바람직하게 700℃보다 높으며, 더욱 바람직하게 800℃보다 높으며, 특히 바람직하게 900℃보다 높으며, 특히 1000℃보다 높다. 적절한 내화성 주형 모재는 예를 들면 규사 또는 지르콘 사(zircon sand)이다. 게다가, 섬유질 내화성 주형 모재, 예를 들면 샤모트 섬유(schamotte fiber) 또한 적절하다. 또 다른 적절한 내화성 주형 모재는 예를 들면 감람석, 크롬광 사, 질석이다.
또한, 사용되는 내화성 주형 모재는 또한 합성 내화성 주형 모재, 예를 들면 속빈 알루미늄 규산염 구(소위 미소구), 유리 구슬, 유리 펠렛 또는 "Cerabeads®" 또는 "Carboaccucast®"의 명칭으로 알려진 구형 세라믹 주형 모재일 수 있다. 이러한 합성 내화성 주형 모재는 합성하여 만들어지거나 또는 예를 들면 산업 공정에서의 폐기물로서 얻어진다. 이러한 구형 세라믹 주형 모재는 미네랄로서 예를 들면, 다양한 비율의 뮬라이트, 강옥, β-크리스토바라이트를 포함한다. 이들 구형 세라믹 주형 모재는 필수 성분으로서 산화 알루미늄 및 이산화규소를 포함한다. 전형적인 성분은 예를 들면 대략 이상적인 비율의 Al2O3 및 SiO2를 포함한다. 게다가, TiO2, Fe2O3와 같은 또 다른 성분들 또한 <10%의 비율로 존재할 수 있다. 구형 내화성 주형 모재의 직경은 바람직하게 1000μm 미만, 특히 600μm 미만이다. 또한 합성 내화성 주형 모재, 예를 들면 뮬라이트(x　Al2O3·y SiO2, 여기서 x = 2 내지 3, y = 1 내지 2; 이상적인 식: Al2SiO5)도 적절하다. 이러한 합성 주형 모재는 천연 원료로부터 유도되지 않고 예를 들면, 속빈 알루미늄 규산염 미소구, 유리 구슬 또는 구형 세라믹 주형 모재를 제조하는 것과 같이 특별한 성형(shaping) 방법을 거치게 될 수 있다. 예를 들면, 속빈 알루미늄 규산염 미소구는 화석 연료 또는 다른 가연성 재료의 연소 동안 형성되며, 연소로부터 생기는 재(ash)에서 제거된다. 합성 내화성 주형 모재와 같은 속빈 미소구는 낮은 비중을 특징으로 한다. 낮은 비중은 기체-충전 기공을 포함하는 합성 내화성 주형 모재의 구조에서 비롯된 것이다. 이러한 기공은 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 폐쇄-기공 합성 내화성 주형 모재를 사용하는 것이 바람직하다. 개방-기공 합성 내화성 주형 모재를 사용하는 경우에는, 물유리계 결합제의 일부가 기공에 흡수된 다음에 더 이상 결합 작용이 나타나지 않는다.
하나의 실시예에서, 사용되는 합성 주형 모재는 유리 재료이다. 이러한 유리 재료는 특히 유리 구의 형태로 또는 유리 펠렛으로 사용된다. 사용되는 유리는 통상적인 유리일 수 있으며, 높은 용융점을 갖는 유리가 바람직하다. 적절한 예는 유리 구슬 및 유리 펠렛 중 적어도 하나이며 이들은 부서진 유리로부터 만들어진다. 붕산염 유리도 마찬가지로 적절하다. 이러한 유리의 조성을 다음의 표 A에 한 예로서 나타낸다.
표 A: 유리의 조성
성분 분쇄된 유리 붕산염 유리
SiO2 50-80% 50-80%
Al2O3 0-15% 0-15%
Fe2O3 <2% <2%
MIIO 0-25% 0-25%
MI 2O 5-25% 1-10%
B2O3 <15%
다른 것들 <10% <10%
MII: 알칼리토금속, 예를 들면 Mg, Ca, Ba
MI: 알칼리금속, 예를 들면 Na, K
그러나, 표에 열거된 유리 이외에도 다른 유리들을 사용하는 것이 가능한데, 앞서 언급된 화합물에서의 유리 함량은 명시된 범위에서 벗어나 있다. 그와 동시에, 언급된 산화물뿐만 아니라 다른 원소 또는 다른 원소의 산화물을 포함하는 특수 유리를 사용하는 것이 가능하다.
유리 구의 직경은 1 내지 1000μm, 바람직하게는 5 내지 500μm, 더욱 바람직하게는 10 내지 400μm이다.
바람직하게는, 유리 재료는 단지 일부의 내화성 주형 모재를 구성한다. 내화성 주형 모재에서 유리 재료의 비율은 바람직하게 35중량% 이하, 더욱 바람직하게 25중량% 이하, 특히 바람직하게 15중량% 이하에서 선택된다.
알루미늄을 사용한 주조 테스트에서, 합성 주형 모재가 사용될 때, 특히 유리 구슬, 유리 펠렛 또는 유리 미소구의 경우에 있어서 순수 규사가 사용될 때보다 더 적은 양의 주물 사(molding sand)가 주조한 후 금속 표면 상에 부착한 채로 남아있다. 따라서, 유리 재료에 기초한 이러한 합성 주형 모재를 사용하는 것은 매끄러운 주물 표면이 획득될 수 있게 하며, 이러한 경우에 분사 연마(abrasive blasting)에 의한 복잡한 후처리가 필요하다 하더라도 최소한 상당히 낮은 정도로만 요구된다.
매끄러운 주물 표면을 획득하는 상기 기술된 효과를 얻기 위하여 내화성 주형 모재에 있는 유리 재료의 비율은 0.5중량% 이상, 더 바람직하게는 1중량% 이상, 특히 바람직하게는 1.5중량% 이상, 특히 바람직하게는 2중량% 이상으로 바람직하게 선택된다.
합성 내화성 주형 모재로부터 전체 내화성 주형 모재를 형성할 필요는 없다. 합성 주형 모재의 바람직한 비율은 내화성 주형 모재의 총량에 기초하여 적어도 약 3중량%, 더 바람직하게는 적어도 5중량%, 특히 바람직하게는 적어도 10중량%, 바람직하게는 적어도 약 15중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 20중량%이다. 내화성 주형 모재는 바람직하게 자유 흐름 상태에 있고, 그 결과 본 발명의 주형 재료 혼합물은 통상적인 코어 슈팅 기계(core shooting machine)에서 가공될 수 있다.
비용의 이유로, 합성 내화성 주형 모재의 비율은 낮게 유지된다. 바람직하게, 내화성 주형 모재에 있는 합성 내화성 주형 모재의 비율은 80중량% 미만, 바람직하게는 75중량% 미만, 더욱 바람직하게는 65중량% 미만이다.
또 다른 성분으로서, 본 발명의 주형 재료 혼합물은 물유리계 결합제를 포함한다. 사용되는 물유리는 주형 재료 혼합물에서 결합제로서 지금까지 이미 사용되어온 바와 같은 통상적인 물유리일 수 있다. 이러한 물유리는 용해된 규산나트륨 또는 규산칼륨을 포함하며, 물에 유리형 규산칼륨 및 규산나트륨을 용해시킴으로써 만들어질 수 있다. 물유리는 1.6 내지 4.0, 특히 2.0 내지 3.5 범위의 SiO2/M2O 모듈러스를 바람직하게 갖는데, 여기서 M은 나트륨 및 칼륨 중 적어도 하나이다. 물유리는 30 내지 60중량% 범위의 고체 함량을 바람직하게 갖는다. 고체 함량은 물유리에 존재하는 SiO2와 M2O의 양에 기초한다.
게다가, 주형 재료 혼합물은 약간의 입자상 금속 산화물을 포함하는데, 이 입자상 금속 산화물은 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화티탄 및 산화아연의 그룹으로부터 선택된다. 입자상 금속 산화물의 평균 일차 입자 크기는 0.10μm 내지 1μm일 수 있다. 그러나, 일차 입자의 응집 작용(agglomeration) 때문에 금속 산화물의 입자 크기는 바람직하게 300μm 미만, 더욱 바람직하게는 200μm 미만, 특히 바람직하게 100μm미만이다. 입자 크기는 바람직하게 5 내지 90μm, 특히 바람직하게 10 내지 80μm의 범위에 있으며, 가장 바람직하게 15 내지 50μm의 범위에 있다. 입자 크기는 예를 들어 체 분석(sieve analysis)에 의해 결정될 수 있다. 더욱 바람직하게, 63μm의 메쉬 크기를 갖는 체 위의 체 잔류물은 10중량% 미만, 바람직하게는 8중량% 미만이다.
입자상 금속 산화물로서 이산화규소를 사용하는 것이 특히 바람직하며, 본원에서 합성 비결정 이산화규소를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
사용된 입자상 이산화규소는 바람직하게 침전된 실리카 및 퓸드 실리카 중 적어도 하나이다. 침전된 실리카는 수성 알칼리 금속 규산염 용액과 무기산(mineral acid)의 반응에 의해 획득된다. 그 다음에, 획득된 침전물이 제거되고, 건조되며, 분쇄된다. 퓸드 실리카는 기체 상으로부터의 응결에 의해 높은 온도에서 획득되는 실리카를 의미하는 것으로 이해된다. 퓸드 실리카는 예를 들면 사염화규소를 화염 가수분해하거나 또는 광 아크로(light arc furnace)에서 코크스 또는 무연탄을 사용하여 규사를 환원시켜 일산화규소 기체를 생성한 후, 후속적으로 산화시켜 이산화규소를 형성함에 의해 제조될 수 있다. 또한, 광 아크로 방법에 의해 제조된 퓸드 실리카는 탄소를 포함할 수 있다. 침전된 실리카 및 퓸드 실리카 모두 동일하게 본 발명의 주형 재료 혼합물에 적절하다. 이들 실리카를 이하에서 "합성 비결정 이산화규소"라고 언급한다.
발명자들은 강한 알칼리성 물유리가 합성 비결정 이산화규소의 표면에 배치된 실라놀 기와 반응할 수 있으며, 물이 증발하면 강한 결합이 이산화규소와 고체가 된 물유리 사이에서 생성되는 것으로 가정한다.
또 다른 필수 성분으로서, 본 발명의 주형 재료 혼합물은 탄수화물을 포함한다. 단당류 또는 이당류 또는 높은 분자량의 올리고당 또는 다당류를 사용하는 것이 가능하다. 탄수화물은 단일 화합물로서 또는 서로 다른 탄수화물들의 혼합물로서 사용될 수 있다. 사용된 탄수화물이 과도한 순도를 가질 필요는 없다. 각 경우에서 건조 중량에 기초하여 80중량% 이상, 특히 바람직하게 90중량% 이상, 특히 바람직하게 95중량% 이상의 순도로 탄수화물이 존재하면 충분하다. 탄수화물의 단당류 단위체가 원칙적으로 원하는만큼 결합될 수 있다. 탄수화물은 바람직하게 선형 구조, 예를 들면 α- 또는 β-글리코시딕 1,4 결합을 갖는다. 그러나, 탄수화물은 또한 전체적으로 또는 부분적으로 1,6 결합을 갖는데, 예를 들면, 최대 6%의 α-1,6 결합을 갖는 아밀로펙틴일 수 있다.
탄수화물의 양은 상대적으로 낮은 수준에서 바람직하게 선택된다. 원칙적으로, 주형 재료 혼합물에 있는 유기 성분의 비율을 최소로 유지하는 것이 바람직하며, 그 결과 이러한 유기 화합물의 열 분해에 의해 일어나는 연기의 발생이 가능한 한 억제된다. 따라서, 상대적으로 적은 양의 탄수화물이 주형 재료 혼합물에 첨가되며, 이러한 경우에 주조 전 주조 주형 강도의 상당한 개선 또는 주물 표면 품질의 상당한 개선이 관찰될 수 있다. 바람직하게, 내화성 주형 모재에 기초한 탄수화물의 비율은 0.01중량% 이상, 바람직하게는 0.02중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.05중량% 이상에서 선택된다. 탄수화물의 높은 비율은 주조 주형의 강도 또는 주물의 표면 품질을 추가로 개선시키지 않는다. 바람직하게, 내화성 주형 모재에 기초한 탄수화물의 양은 5중량% 미만, 바람직하게는 2.5중량% 미만, 더욱 바람직하게는 0.5중량% 미만, 특히 바람직하게는 0.4중량% 미만에서 선택된다. 산업적 응용에 있어서, 약 0.1중량% 이상의 탄수화물의 낮은 비율이 확실히 효과가 있다. 상업적 응용에 있어서, 내화성 주형 모재에 기초하여, 주형 재료 혼합물에 있는 탄수화물의 비율은 0.1 내지 0.5중량%, 바람직하게는 0.2 내지 0.4중량%의 범위로 바람직하게 존재한다. 0.5중량% 이상의 탄수화물의 비율에서 더 이상 성질이 상당한 정도로 개선되지 않으므로, 탄수화물은 0.5중량% 이상의 양으로 필요하지 않다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 탄수화물은 유도되지 않은 형태로 사용된다. 이러한 탄수화물은 식물과 같은 천연 공급원, 예를 들면 곡물 또는 감자에서 편리하게 획득될 수 있다. 천연 공급원에서 획득되는 이러한 탄수화물의 분자량은 예를 들어 물에서의 용해도를 개선하기 위하여 예를 들면 화학적 또는 효소 가수분해에 의해 낮아질 수 있다. 그러나, 탄소, 산소 및 수소로만 형성되는 유도되지 않은 탄수화물 이 외에도, 유도된 탄수화물을 사용하는 것이 또한 가능하며, 유도된 탄수화물에서 일부 또는 모든 히드록실기는 예를 들면 알킬기와 에테르화되어 있다. 적절한 유도 탄수화물은 예를 들면, 에틸셀룰로오스 또는 카르복시메틸셀룰로오스이다.
원칙적으로, 단당류 또는 이당류와 같은 분자량이 이미 낮은 탄화수소를 사용하는 것이 가능하다. 예들은 글루코오스 또는 수크로오스이다. 그러나, 유익한 효과는 특히 올리고당 또는 다당류가 사용될 때 관찰된다. 따라서, 탄수화물로서 올리고당 또는 다당류를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
이와 관련하여, 올리고당 또는 다당류가 1000 내지 100000 g/mol, 바람직하게는 2000 내지 30000g/mol범위의 몰질량을 가짐이 바람직하다. 특히, 탄수화물이 5000 내지 20000g/mol 범위의 몰질량을 가지는 경우, 주조 주형의 강도에 있어서 상당한 증가가 관찰되어, 그 결과 주조 주형은 제조 및 수송되는 동안에 주형으로부터 쉽게 제거될 수 있다. 장기간 저장의 경우에서조차, 주조 주형은 매우 양호한 강도를 나타내므로 수일에 걸쳐 대기 습도를 유입시킨 후 즉시 주물의 대량 생산에 필요한 주조 주형의 저장 또한 가능하다. 예를 들어, 주형에 주물을 처리할 때 필수적인 물에 대한 안정성 또한 매우 양호하다.
다당류는 바람직하게 글루코오스 단위체로부터 형성되는데, 이 글루코오스 단위체는 특히 바람직하게 α- 또는 β-글리코시딕 1,4 결합된다. 그러나, 글루코오스뿐만 아니라 본 발명의 첨가제로서 다른 단당류, 예를 들면 갈락토오스 또는 프룩토오스를 포함하는 탄수화물 화합물을 사용하는 것이 또한 가능하다. 적절한 탄수화물의 예는 락토오스(갈락토오스 및 글루코오스의 α- 또는 β-1,4-결합된 이당류) 및 수크로오스(α-글루코오스 및 β-프룩토오스의 이당류)이다.
탄수화물은 셀룰로오스, 전분 및 텍스트린 및 이러한 탄수화물의 유도체의 그룹으로부터 더욱 바람직하게 선택된다. 적절한 유도체는 예를 들면 알킬기와 완전히 또는 부분적으로 에테르화된 유도체이다. 그러나, 다른 유도체화반응, 예를 들면 무기 또는 유기 산과 에스테르화반응을 수행하는 것이 또한 가능하다.
특정한 탄수화물 그리고 이와 관련하여 특히 바람직하게 전분, 덱스트린(전분의 가수분해 생성물) 및 이들의 유도체가 주형 재료 혼합물을 위한 첨가제로서 사용될 때, 주조 주형 및 주물 표면의 안정성의 또 다른 최적화가 이루어질 수 있다. 사용된 전분은 특히 자연적으로 발생한 전분, 예를 들면 감자 전분, 옥수수 전분, 쌀 전분, 콩 전분, 바나나 전분, 호스 체스트넛 전분(horse chestnut starch) 또는 밀 전분일 수 있다. 그러나, 변성 전분, 예를 들면 전호화 전분(pregelatinized starch), 산분해 전분(thin-boiling starch), 산화전분, 구연산 전분, 아세테이트 전분, 에테르 전분, 에스테르 전분 또는 다른 인산염 전분을 사용하는 것이 또한 가능하다. 원칙적으로 전분의 선택에 제한은 없다. 전분은 예를 들면 낮은 점도, 보통 점도, 높은 점도를 가질 수 있으며, 양이온 또는 음이온일 수 있으며, 냉수가용성 또는 열수가용성일 수 있다. 덱스트린은 특히 바람직하게 감자 덱스트린, 옥수수 덱스트린, 황색 덱스트린, 백색 덱스트린, 붕사 덱스트린, 시클로덱스트린 및 말토덱스트린의 그룹으로부터 선택된다.
특히, 매우 얇은 벽 부분을 갖는 주조 주형을 제작하는 경우에, 주형 재료 혼합물은 바람직하게 추가적으로 인 화합물을 포함한다. 원칙적으로 유기 또는 무기 인 화합물을 사용하는 것이 가능하다. 금속 주조 동안 원하지 않는 부반응을 일으키지 않기 위하여, 인 화합물에 있는 인은 바람직하게 5가 산화 상태에 존재하는 것이 바람직하다. 인 화합물을 사용하는 것은 주조 주형의 안정성을 더욱 높일 수 있다. 인 화합물의 사용은 액체 금속이 금속 주조하는 동안에 기울어진 표면에 충돌하여 높은 금속정지 압력 때문에 이러한 표면에서 높은 부식 작용을 하거나. 또는 특히 주조 주형의 얇은 벽 부분을 변형시킬 수 있는 경우에 특히 매우 중요하다.
인 화합물은 바람직하게 인산염 또는 산화인의 형태로 존재한다. 인산염은 알칼리 금속 인산염 또는 알칼리 토금속 인산염으로서 존재할 수 있고, 특히 알칼리 금속 인산염이 선호되며, 본원에서는 특히 나트륨 염이 바람직하다. 원칙적으로, 암모늄 인산염 또는 다른 금속 이온의 인산염을 사용하는 것이 또한 가능하다. 그러나, 바람직한 것으로서 언급된 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 인산염은 쉽게 얻을 수 있고 대체로 비제한적 양으로 비싸지 않게 이용할 수 있다. 다가 금속 이온, 특히 3가 금속 이온의 인산염이 사용되는 경우에, 주형 재료 혼합물의 처리 시간이 짧아짐이 관찰되었다.
산화인이 주형 재료 혼합물에 산화인의 형태로 첨가될 때, 산화물은 바람직하게 오산화인의 형태로 존재한다. 그러나, 삼산화인 및 사산화인을 사용하는 것이 또한 가능하다.
또 다른 실시예에서, 인 화합물은 주형 재료 혼합물에 플루오로포스포릭 애시드의 염 형태로 첨가될 수 있다. 이와 관련하여, 모노플루오로포스포릭 애시드의 염이 특히 바람직하다. 나트륨 염이 특히 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 주형 재료 혼합물에 첨가된 인 화합물은 유기 인산염이다. 알킬 인산염 또는 아릴 인산염이 바람직하다. 알킬기는 바람직하게 1개 내지 10개의 탄소 원자를 포함하고 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 아릴기는 바람직하게 6개 내지 18개의 탄소 원자를 포함하는데, 여기서 아릴기는 또한 알킬기로 치환될 수 있다. 단량체 또는 고분자 탄수화물, 예를 들면 글루코오스, 셀룰로오스 또는 전분으로부터 유도되는 인산염 화합물이 특히 바람직하다. 첨가제로서 인-함유 유기 성분을 사용하는 것은 두 가지 측면에서 유익하다. 첫째로, 인 함량은 주조 주형의 필요한 열 안정성을 달성할 수 있고, 둘째로 유기 성분은 해당 주물의 표면 품질에 긍정적으로 영향을 미친다.
사용된 인산염은 오르토인산염 또는 폴리인산염, 피로인산염 또는 메타인산염일 수 있다. 인산염은 예를 들면 적절한 산과 적절한 염기, 예를 들면 NaOH와 같은 알칼리 금속 염기 또는 그 밖에 선택적으로 알칼리 토금속 염기를 중화시킴으로써 만들어질 수 있지만, 인산염 이온의 모든 음전하가 반드시 금속 이온으로 포화될 필요는 없다. 금속 인산염 또는 금속 수소 인산염 또는 그 밖에 금속 이수소 인산염, 예를 들면 Na3PO4, Na2HPO4 및 NaH2PO4를 사용하는 것이 가능하다. 동등하게, 무수 인산염 또는 그 밖에 인산염의 수화물을 사용하는 것이 가능하다. 인산염은 결정 형태로 또는 비결정 형태로 주형 재료 혼합물에 도입될 수 있다.
폴리인산염은 특히 하나 이상의 인 원자를 포함하는 선형 인산염을 의미하는 것으로 이해되는데, 이러한 경우에 인 원자는 산소 다리(oxygen bridge)에 의하여 각각 결합된다. 폴리인산염은 꼭지점들을 통해 각각 결합되는 PO4 사면체들의 선형 사슬을 얻기 위하여, 물을 제거함에 의한 오르토인산염 이온의 응축에 의해 얻어진다. 폴리인산염은 일반식 (O(PO3)n)(n+2)-으로 나타내는데, 여기서 n은 사슬 길이에 해당한다. 폴리인산염은 최대 수백개의 PO4 사면체들을 포함할 수 있다. 그러나, 짧은 사슬 길이를 갖는 폴리인산염을 사용하는 것이 바람직하다. n은 바람직하게 2 내지 100, 특히 바람직하게 5 내지 50의 값이다. 더욱 고도로 응축된 폴리인산염, 즉 PO4 사면체들이 2개 이상의 꼭지점들을 통해 서로에게 결합되어 2 또는 3차원의 중합반응을 나타내는 폴리인산염을 사용하는 것 또한 가능하다.
메타인산염은 꼭지점들을 통해 각각 결합되는 PO4 사면체들로부터 형성된 고리 구조를 의미하는 것으로 이해된다. 메타인산염은 일반식 ((PO3)n)n-으로 나타내는데, 여기서 n은 적어도 3이다. n은 바람직하게 3 내지 10의 값이다.
개개의 인산염 또는 서로 다른 인산염 및 산화인 중 적어도 하나의 혼합물을 사용하는 것이 가능하다.
내화성 주형 모재에 기초한 인 화합물의 바람직한 비율은 0.05 내지 1.0중량%이다. 0.05중량% 미만의 비율의 경우에, 주조 주형의 성형 안정성에 미치는 명백한 영향이 발견되지 않는다. 인산염의 비율이 1.0중량%를 초과할 때, 주조 주형의 고온 안정성은 상당히 감소한다. 인 화합물의 비율은 바람직하게 0.1 내지 0.5중량%에서 바람직하게 선택된다. 인 화합물은 P2O5로 계산하여 0.5 내지 90중량%의 인을 바람직하게 포함한다. 무기 인 화합물이 사용될 때, 무기 인 화합물은 P2O5로 계산하여 40 내지 90중량%, 특히 바람직하게 50 내지 80중량%의 인을 포함한다. 유기 인 화합물이 사용될 때, 유기 인 화합물은 P2O5로 계산하여 0.5 내지 30중량%, 특히 바람직하게 1 내지 20중량%의 인을 바람직하게 포함한다.
인 화합물은 원칙적으로 주형 재료 혼합물에 고체 또는 용해된 형태로 첨가될 수 있다. 인 화합물은 바람직하게 고체로서 주형 재료 혼합물에 첨가된다. 인 화합물이 용해된 형태로 첨가될 때 물이 용매로서 바람직하다.
주조 주형을 제작하기 위하여 주형 재료 혼합물에 인 화합물을 첨가하는 또 다른 이점으로서, 주형이 금속 주조 후 매우 양호한 분해를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이것은 경금속, 특히 알루미늄과 같은 낮은 주조 온도를 필요로 하는 금속에서도 마찬가지이다. 그러나, 주조 주형의 더 나은 분해는 또한 철 주조에서 발견되었다. 철 주조에서, 1200℃ 이상의 높은 온도가 주조 주형에 작용하므로, 주조 주형이 유리화하고 그에 따라 분해 성질을 저하시킬 위험이 증가한다.
본 발명자는 주조 주형의 분해 및 안정성의 연구를 하는 동안에, 산화철을 또한 가능한 첨가제로서 고려하였다. 산화철을 주형 재료 혼합물에 첨가하는 경우에, 금속 주조에 있어서 주조 주형의 안정성의 증진도 역시 관찰된다. 따라서 산화철의 첨가는 잠재적으로 주조 주형의 얇은 벽 부분의 안정성이 개선될 수 있도록 한다. 그러나, 산화철의 첨가는 금속 주조 특히 철 주조 이후 주조 주형의 분해 성질에 있어서, 인 화합물 첨가의 경우에 관찰되는 개선을 가져오지 않는다.
본 발명의 주형 재료 혼합물은 최소한 언급된 성분들의 격렬한 혼합물을 구성한다. 내화성 주형 모재의 입자는 결합제의 층으로 바람직하게 코팅된다. 그 다음에, 결합제에 존재하는 물이 증발(결합제의 중량에 기초하여 약 40-70중량%)하면 내화성 주형 모재의 입자들 사이에서 단단한 응집을 달성할 수 있다.
결합제, 즉 물유리 및 입자상 금속 산화물, 특히 합성 비결정 이산화규소 및 탄수화물은 바람직하게 20중량% 미만의 비율로, 특히 바람직하게 1 내지 15중량% 범위 내에 있는 주형 재료 혼합물에 존재한다. 결합제의 비율은 결합제의 고체 함량에 기초한다. 고체의 내화성 주형 모재, 예를 들면 규사가 사용될 때, 결합제는 10중량% 미만, 바람직하게는 8중량% 미만, 특히 바람직하게는 5중량% 미만의 비율로 바람직하게 존재한다. 낮은 밀도를 갖는 내화성 주형 모재, 예를 들면 상기 기술된 속빈 미소구가 사용될 때, 결합제의 비율은 상대적으로 증가한다.
입자상 금속 산화물, 특히 합성 비결정 이산화규소는 결합제의 총 중량에 기초하여, 2 내지 80중량%, 바람직하게 3 내지 60중량%, 특히 바람직하게 4 내지 50중량%의 비율로 바람직하게 존재한다.
물유리 대 입자상 금속 산화물, 특히 합성 비결정 이산화규소의 비율은 광범위한 범위 내에서 변동될 수 있다. 이러한 비율은, 최종 강도 즉 주조 주형의 냉각 이후의 강도에 크게 영향을 미치지 않으면서, 비결정 이산화규소가 없는 물유리 결합제에 비해, 주조 주형의 초기 강도, 즉 고온 주형으로부터 제거한 직후의 강도 및 수분 안정성을 개선하는 이점을 제공한다. 이것은 특히 경금속 주조(light metal casting)에 관련하여 커다란 이점이 된다. 한편, 주조 주형을 제작한 후에 아무 문제없이 주조 주형을 수송하거나 주조 주형을 다른 주조 주형과 조합하는 것을 가능하게 하기 위해, 높은 출발 강도가 필요하다. 다른 한편으로는, 경화 후의 최종 강도는 주조 후 결합제를 분해를 어렵지 않게 하기 위해 너무 높아서는 안되는데 즉, 주조한 후에 주조 주형의 빈 공간으로부터 주형 모재를 아무 문제 없이 제거할 수 있어야만 한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 발명의 주형 재료 혼합물에 존재하는 주형 모재는 적어도 약간의 속빈 미소구를 포함할 수 있다. 속빈 미소구의 직경은 일반적으로 5 내지 500μm 범위, 바람직하게 10 내지 350μm 범위 내에 있고, 쉘의 두께는 일반적으로 미소구 직경의 5 내지 15% 범위 내에 있다. 이러한 미소구는 매우 낮은 비중을 가져서, 그 결과 속빈 미소구를 사용하여 제작된 주조 주형은 작은 중량을 갖는다. 속빈 미소구의 단열 작용이 특히 유익하다. 따라서, 특히 주조 주형이 증가된 단열 기능을 가져야 할 경우에, 속빈 미소구가 주조 주형을 제작하는데 사용된다. 이러한 주조 주형은 예를 들면 조절조의 역할을 하고 액체 금속을 포함하는, 이미 앞에서 기술된 압탕(feeder)이며, 압탕의 목적은 속빈 주형으로 도입된 금속이 응고할 때까지 액체 상태로 금속을 유지시키는 것이다. 속빈 미소구를 포함하는 주조 주형의 또 다른 응용 분야는, 예를 들면 특히 최종 주물의 얇은 벽 부분에 해당하는 주조 주형 부분들이다. 속빈 미소구의 단열 작용은 금속이 얇은 벽 부분에서 조기에 응고하지 않게 하여 주조 주형 내에서 경로를 차단하지 않도록 한다.
속빈 미소구가 사용될 때, 이러한 속빈 미소구의 낮은 밀도로 인하여, 결합제는 바람직하게 20중량% 미만의 범위, 특히 바람직하게 10 내지 18중량% 범위 내의 비율로 바람직하게 사용된다. 값은 결합제의 고체 함량에 기초한다.
속빈 미소구는 바람직하게 충분한 열 안정성을 가져서, 미소구는 금속 주조 동안 너무 빨리 유연해지지 않고 그들의 모양을 잃지 않는다. 속빈 미소구는 바람직하게 알루미늄 규산염로 구성된다. 이러한 속빈 알루미늄 규산염 미소구는 바람직하게 20중량% 이상의 산화알루미늄 함량을 갖지만, 또한 40중량% 이상의 함량을 가질 수도 있다. 이러한 속빈 미소구는 예를 들면 대략 28-33%의 산화알루미늄 함량을 갖는 Omega-Spheres® SG, 대략 35-39%의 산화알루미늄 함량을 갖는 Omega-Spheres® WSG, 및 대략 43%의 산화알루미늄 함량을 갖는 E-Spheres®이라는 상표명으로 노르더슈테트에 있는 Omega Minerals Germany GmbH사에 의해 판매된다. 상응하는 제품은 "Extendospheres®"이라는 상표명으로 PQ Corporation사(미국)로부터 획득가능하다.
또 다른 실시예에서, 유리로부터 형성된 속빈 미소구는 내화성 주형 모재로서 사용된다.
바람직한 실시예에서, 속빈 미소구는 붕규산 유리(borosilicate glass)로 구성된다. 붕규산 유리는 B2O3로 계산하여 3중량% 이상의 붕소의 비율을 갖는다. 속빈 미소구의 비율은 주형 재료 혼합물을 기초하여, 20중량% 미만으로 바람직하게 선택된다. 속빈 붕규산 유리 미소구를 사용하는 경우에, 적은 비율을 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 비율은 바람직하게 5중량% 미만, 더욱 바람직하게는 3중량% 미만이고 특히 바람직하게는 0.01 내지 2중량%의 범위 내에 있다.
이미 설명한 바와 같이, 바람직한 실시에에서의 본 발명의 주형 재료 혼합물은 내화성 주형 모재로서 적어도 약간의 유리 구슬 및 유리 펠렛 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 예를 들면 발열 압탕을 제조하는데 적절한 발열 주형 재료 혼합물로서 주형 재료 혼합물을 형성하는 것이 가능하다. 이러한 목적을 위하여, 주형 재료 혼합물은 산화가능한 금속 및 적절한 산화제를 포함한다. 주형 재료 혼합물의 총 질량에 기초하여, 산화가능한 금속은 바람직하게 15 내지 35중량%의 비율로 형성된다. 산화제는 주형 재료 혼합물에 기초하여, 20 내지 30중량%의 양으로 바람직하게 첨가된다. 적절한 산화가능한 금속은 예를 들면 알루미늄 또는 마그네슘이다. 적절한 산화제는 예를 들면 산화철 또는 질산칼륨이다.
유기 용매에 기초한 결합제에 비해, 물을 함유하는 결합제는 주형 재료 혼합물의 더욱 불량한 자유 흐름을 발생시킨다. 주형 재료 혼합물의 자유 흐름은 입자상 금속 산화물의 첨가의 결과로서 더욱 악화될 수 있다. 이것은 좁은 통로 및 몇개의 굽은관(bend)을 갖는 주형이 채우기가 더욱 어렵다는 것을 의미한다. 그 결과, 주조 주형은 불충분한 압축(compaction)을 갖는 부분을 갖는데, 이러한 불충분한 압축은 주조 작업에서 주조결함(miscast)으로 차례로 이어질 수 있다. 유익한 실시예에서, 본 발명의 주형 재료 혼합물은 약간의 윤활제, 바람직하게는 작은 판 형태의 윤활제, 특히 흑연, MoS2, 탈크 및 파이로필라이트 중 적어도 하나를 포함한다. 놀랍게도, 이러한 윤활제, 특히 흑연이 첨가될 때, 얇은 벽 부분을 갖는 복잡한 주형을 제작하는 것이 가능하다고 밝혀졌는데, 이러한 경우에 주조 주형은 균일하게 높은 밀도 및 안정성을 가져서, 본질적으로 주조결함이 주조 작업에서 관찰되지 않는다. 첨가되는 작은 판 형태의 윤활제, 특히 흑연의 양은 내화성 주형 모재에 기초하여, 바람직하게 0.05중량% 내지 1중량%이다.
언급된 성분들에 더하여, 본 발명의 주형 재료 혼합물은 또 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 내부 이형제(internal release agent)가 첨가될 수 있는데, 이 내부 이형제는 주형으로부터 주조 주형의 분해를 촉진한다. 적절한 내부 이형제는 예를 들면, 칼슘 스테아레이트, 지방산 에스테르, 왁스, 천연 수지 또는 특정 알키드 수지이다. 게다가, 또한 본 발명의 주형 재료 혼합물에 실란을 첨가하는 것이 가능하다.
바람직한 실시예에서, 예를 들면, 본 발명의 주형 재료 혼합물은 유기 첨가제를 포함하며, 이 유기 첨가제는 40 내지 180℃, 바람직하게 50 내지 175℃ 범위에 있는 용융점을 가지며, 즉 실온에서 고체이다. 유기 첨가제는 화합물의 분자 구조가 탄소원자, 즉 예를 들면 유기 고분자로부터 두드러지게 형성되는 화합물을 의미하는 것으로 이해된다. 유기 첨가제를 첨가하는 것은 주물의 표면 품질이 더욱 개선될 수 있게 한다. 유기 첨가제 작용의 메커니즘은 설명되지 않았다. 그러나, 발명자들은 적어도 일부의 유기 첨가제가 주조 작업 동안에 연소하여 주조 주형의 벽을 형성하는 주형 모재와 액체 금속 사이에 얇은 기체 쿠션을 형성하므로 액체 금속과 주형 모재 사이에 반응을 막는다고 가정하지만, 반드시 이러한 이론에 구속되는 것은 아니다. 더구나, 발명자는 주조하는 동안에 존재하는 환원 대기(reducing atmosphere) 하에서의 일부 유기 첨가제가 소위 광휘 탄소(lustrous carbon)의 얇은 층을 형성하며, 이러한 얇은 층도 마찬가지로 금속과 주형 모재 사이의 반응을 막는다고 가정한다. 또 다른 유익한 효과로서, 유기 첨가제를 첨가하는 것은 경화 이후 주조 주형의 강도를 향상시킬 수 있다.
유기 첨가제는 각 경우에서 내화성 주형 재료에 기초하여 0.01 내지 1.5중량%, 특히 바람직하게 0.05 내지 1.3중량%, 더욱 바람직하게 0.1 내지 1.0중량%의 양으로 바람직하게 첨가된다. 금속 주조 동안 과도한 연기 발생을 막기 위하여, 유기 첨가제의 비율은 바람직하게 0.5중량% 미만에서 선택된다.
놀랍게도, 주물 표면에서의 개선은 매우 다른 유기 첨가제를 사용하여 이루어질 수 있음이 밝혀졌다. 적절한 유기 첨가제는 예를 들면, 노볼락과 같은 페놀-포름알데히드 수지, 비스페놀-A 에폭시 수지, 비스페놀-F 에폭시 수지 또는 에폭시화된 노볼락과 같은 에폭시 수지, 폴리에틸렌 글리콜 또는 폴리프로필렌 글리콜과 같은 폴리올, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀, 에틸렌 또는 프로필렌과 같은 올레핀의 공고분자 및 비닐 아세테이트와 같은 또 다른 공단량체, 폴리아미드 6, 폴리아미드 12 또는 폴리아미드 66과 같은 폴리아미드, 발삼 수지와 같은 천연 수지, 스테아린산과 같은 지방산, 세틸 팔미테이트와 같은 지방산 에스테르, 에틸렌디아민비스스테아라미드와 같은 지방산 아미드 및 1- 내지 3가 금속의 올레산염 또는 스테아르산염과 같은 금속 비누이다. 유기 첨가제는 순물질로서 또는 다른 유기 화합물의 혼합물로서 존재할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 본 발명의 주형 재료 혼합물은 약간의 적어도 하나의 실란을 포함한다. 적절한 실란은 예를 들면 아미노실란, 에폭시실란, 메르캅토실란, 하이드록시실란, 메타크릴실란, 우레이도실란 및 폴리실록산이다. 적절한 실란의 예는 γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-하이드록시프로필트리메톡시실란, 3-우레이도프로필트리에톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 및 N-β(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란이다.
입자상 금속 산화물에 기초하여, 전형적으로 대략 5-50중량%, 바람직하게 대략 7-45중량%, 더욱 바람직하게 대략 10-40중량%의 실란이 사용된다.
본 발명의 결합제로 달성할 수 있는 높은 강도에도 불구하고, 본 발명의 주형 재료 혼합물로 제작된 주조 주형, 특히 코어 및 주형은 놀랍게도 특히 알루미늄 주조에 있어서 주조 작업 이후 양호한 분해를 나타낸다. 이미 설명한 바와 같이, 본 발명의 주형 재료 혼합물은 주조 주형을 제작하는데 사용될 수 있으며, 이 주조 주형은 또한 철을 주조하는 경우에 매우 양호한 분해를 나타내어, 그 결과 주조 작업 이후의 주형 재료 혼합물은 즉시 주조 주형의 좁고 기울어진 부분에서 흘러나갈 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명의 주형 재료 혼합물로부터 제조된 주형을 사용하는 것은 경금속 주물에 제한되지 않는다. 주조 주형은 일반적으로 금속을 주조하는데 적합하다. 이러한 금속은 예를 들면 황동 또는 청동과 같은 비철 금속(nonferrous metal) 및 철 금속(ferrous metal)이다.
본 발명은 금속가공을 위한 주조 주형을 제작하는 공정에 더욱 관련이 있으며, 여기서 본 발명의 주형 재료 혼합물이 사용된다. 본 발명에 따른 공정은 다음의 단계들을 포함한다:
- 상기 기술된 주형 재료 혼합물을 제조하는 단계;
- 주형 재료 혼합물을 성형하는 단계;
- 성형된 주형 재료 혼합물을 가열함으로써 성형된 주형 재료 혼합물을 경화하여 경화된 주조 주형을 얻는 단계.
본 발명의 주형 재료 혼합물을 제조하는데 있어서, 절차는 일반적으로 먼저 처음에 내화성 주형 모재를 채우고 그 다음에 교반하여 결합제를 첨가하는 것이다. 물유리 및 입자상 금속 산화물, 특히 합성 비결정 이산화규소 및 탄수화물이 원칙적으로 바람직한 순서로 첨가될 수 있다. 탄수화물은 건조 형태, 예를 들면 전분 분말의 형태로 첨가될 수 있다. 그러나, 용해된 형태의 탄수화물을 첨가하는 것이 또한 가능하다. 탄수화물의 수용액이 바람직하다. 수용액을 사용하는 것은 특히 탄수화물이 예를 들면 글루코오스 시럽의 경우에서와 같이 제조 공정으로 인하여 용액 형태로 사용될 수 있을 때 유리하다. 탄수화물의 용액은 또한 내화성 주형 모재에 첨가하기 전에 물유리와 혼합될 수 있다. 탄수화물은 고체 형태로 내화성 주형 모재에 바람직하게 첨가된다.
또 다른 실시예에서, 탄수화물은 적절한 운반체, 예를 들면 다른 첨가제 또는 내화성 주형 모재를 해당 탄수화물의 용액으로 덮어쌈으로써 주형 재료 혼합물에 도입될 수 있다. 사용된 용매는 물 또는 다른 유기 용매일 수 있다. 그러나, 용매로서 물을 사용하는 것이 바람직하다. 탄수화물 쉘과 운반체 사이의 더 양호한 결합을 위하여 그리고 용매를 제거하기 위하여, 건조 단계는 주조 후에 수행될 수 있다. 이러한 건조 단계는 예를 들면 건조 오븐에서 또는 마이크로파 복사의 작용 하에서 수행될 수 있다.
상기 기술된 첨가제는 임의의 형태로 주형 재료 혼합물에 첨가될 수 있다. 첨가제는 따로따로 계량되거나 그렇지 않으면 혼합물로서 계량될 수 있다. 첨가제는 금속의 형태로 또는 그렇지 않으면 용액, 페이스트 또는 분산된 상태의 형태로 첨가될 수 있다. 첨가가 고체, 페이스트 또는 분산 형태로 수행될 때, 물이 용매로서 바람직하다. 결합제로서 사용된 물유리를 첨가제를 위한 용액 또는 분산 매질로 이용하는 것도 마찬가지로 가능하다.
바람직한 실시에에서, 결합제는 2 성분계로 제공되는데, 이러한 경우에 제1 액체 성분은 물유리를 포함하고 제2 고체 성분은 입자상 금속 산화물을 포함한다. 고체 성분은 예를 들면 인산염, 그리고 적절하다면 바람직하게 작은 판 형태의 윤활제를 추가로 포함할 수 있다. 탄수화물이 주형 재료 혼합물에 고체 형태로 첨가되는 경우에, 윤활제 또한 마찬가지로 고체 성분에 첨가될 수 있다.
주형 재료 혼합물의 제조에 있어서, 내화성 주형 모재는 처음에 혼합기에 채워지고 그 다음에 바람직하게 먼저 결합제의 고체 성분(들)이 첨가되고 내화성 주형 모재와 혼합된다. 혼합 시간이 선택되어서 내화성 주형 모재와 고체 결합제 성분의 밀접하게 결합된 혼합이 일어난다. 혼합 시간은 제조되는 주형 혼합물의 양에 따라 그리고 사용된 혼합 장치에 따라 달라진다. 혼합 시간은 바람직하게 1분 내지 5분에서 선택된다. 혼합물을 바람직하게 더욱 움직이게 한 다음에 결합제의 액체 성분이 첨가되고, 그 다음에 상기 혼합물은 결합제의 균일한 층이 내화성 주형 모재의 입자 상에 형성될 때까지 더욱 혼합된다. 여기에서도, 혼합 시간은 제조되는 주형 재료 혼합물의 양에 따라 그리고 사용된 혼합 장치에 따라 달라진다. 혼합 작업 기간은 바람직하게 1 내지 5분에서 선택된다. 액체 성분은 서로 다른 액체 성분들의 혼합물 또는 모든 개개의 액체 성분들의 전부를 의미하는 것으로 이해되는데, 이러한 경우에 모든 개개의 액체 성분들은 개별적으로 첨가될 수 있다. 동등하게, 고체 성분은 개개 성분들 또는 모든 상기 기술한 고체 성분들의 혼합물 또는 모든 개개의 고체 성분들의 전체를 의미하는 것으로 이해되는데, 이러한 경우에 모든 개개의 고체 성분들은 주형 재료 혼합물에 모두 함께 첨가되거나, 그렇지 않으면 연속적으로 첨가될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 먼저 결합제의 액체 성분을 내화성 주형 모재에 첨가하고 그 다음에 비로소 혼합물에 고체 성분을 공급하는 것이 가능하다. 또 다른 실시예에서, 먼저 주형 모재의 중량에 기초하여 0.05 내지 0.3%의 물을 내화성 주형 모재에 첨가하고 그 다음에 비로소 결합제의 고체 및 액체 성분을 첨가한다. 이러한 실시예에서, 주형 재료 혼합물의 처리 시간에 놀라운 긍정적인 효과가 달성될 수 있다. 발명자는 결합제의 고체 성분의 물-제거 작용이 이러한 방법으로 감소되고 경화 작업이 결과적으로 지연됨을 가정한다.
그 다음에, 주형 재료 혼합물은 원하는 주형에 도입된다. 통상적인 방법이 주형에 사용된다. 예를 들면, 주형 재료 혼합물은 코어 슈팅 기계를 사용하여 압축 공기의 도움으로 주형 내로 채워질 수 있다. 주형 재료 혼합물은 결합제에 존재하는 물을 증발시키기 위하여 열을 공급함으로써 후속적으로 경화된다. 가열하는 동안에, 물은 주형 재료 혼합물에서 빠져나간다. 또한, 물의 제거는 실라놀 기들 사이에서 응축 반응을 일으키는 것으로 생각되어 그 결과 물유리의 가교가 일어난다. 선행 기술에 기술된 저온 경화 방법에서, 예를 들면 이산화탄소 또는 다가 금속 양이온의 도입은 부족한 가용성 화합물의 침전 및 그에 따른 주조 주형의 응고를 가져온다.
주형 재료 혼합물은 예를 들면 주형에서 가열될 수 있다. 실제로 주형 내에 주조 주형을 완전히 경화하는 것이 가능하다. 그러나, 주조 주형을 그의 에지 부분에서만 경화시키는 것이 가능하며, 그 결과 주조 주형은 주형으로부터 제거할 수 있기에 충분한 강도를 갖는다. 그 다음에, 주조 주형은 주조 주형으로부터 추가로 물을 제거함으로써 완전히 후속적으로 경화될 수 있다. 이것은 예를 들면 오븐에서 수행될 수 있다. 물은 예를 들면 감소된 압력 하에서 물을 증발시킴으로써 또한 빠져나갈 수 있다.
주조 주형의 경화는 주형 내로 가열된 공기를 불어넣음으로써 가속화될 수 있다. 공정의 이러한 실시예에서, 결합제에 존재하는 물을 수송시킴으로써 물은 빨리 제거되고, 이것은 산업적 응용에 적절한 기간 내에 주조 주형을 응고시킨다. 불어 넣어진 공기의 온도는 바람직하게 100℃ 내지 180℃, 특히 바람직하게 120℃ 내지 150℃이다. 가열된 공기의 유량이 바람직하게 조절되어서 주조 주형의 경화는 산업적 응용에 적절한 기간 내에 진행된다. 기간은 제작된 주조 주형의 크기에 따라 달라진다. 바람직한 경화는 5분 미만, 바람직하게는 2분 미만의 기간 내의 경화이다. 그러나, 매우 커다란 주조 주형의 경우에는 더 오랜 기간이 또한 필요할 수 있다.
또한, 물은 주형 재료 혼합물을 마이크로파의 주입을 통해 가열시키는 방법으로 주형 재료 혼합물로부터 제거될 수 있다. 그러나, 일단 주조 주형이 주형으로부터 제거되면, 마이크로파의 주입이 바람직하게 시작된다. 그러나, 이러한 목적을 위하여, 주조 주형은 이미 충분한 강도를 가져야만 한다. 이미 설명된 바와 같이, 이것은 예를 들면 실제로 주형 내에 있는 주조 주형의 적어도 바깥 쉘을 경화시킴으로써 일어나게 될 수 있다.
물을 제거하는 주형 재료 혼합물의 열 경화는 금속 주조 동안 주조 주형을 후속적으로 강화시켜야 하는 문제를 제거한다. 이산화탄소가 주형 재료 혼합물을 통과하는 선행 기술에 기술된 저온 경화 방법에서, 탄산염은 물유리로부터 침전되어 나온다. 그러나, 경화된 주조 주형에 비교적 많은 양의 물이 결합된 채 남아있는데, 이러한 물은 그 다음에 금속 주조 동안 배출되며, 주조 주형을 매우 고도로 응고시킨다. 게다가, 이산화탄소의 도입에 의해 응고되어 있는 주조 주형은 물의 제거에 의하여 열적으로 경화되어 있는 주조 주형의 안정성에 도달하지 못한다. 탄산염의 형성은 결합제의 구조를 붕괴시키고, 따라서 주조 주형은 강도를 손실한다. 따라서, 물유리에 기초한 저온-경화된 주조 주형은 복잡한 기하 구조를 가질 수도 있는 주조 주형의 얇은 부분을 제작하는데 사용될 수 없다. 따라서, 이산화탄소의 도입에 의하여 저온-경화된 주조 주형은, 주조 주형이 필요한 안정성을 얻지 못하며, 금속 주조 후에 불편하고 높은 수준의 비용을 들여서만 주조 주형을 주물에서 완전히 제거할 수 있으므로 내부 연소 엔진에 있는 오일 통로와 같은 몇 개의 굽은관을 갖는 좁은 통로와 매우 복잡한 기하 구조를 갖는 주물의 제작에 적절하지 않다. 열 경화는 실질적으로 주조 주형에서 물을 제거하며, 금속 주조 동안 상당히 낮은 정도의 후경화가 주조 주형에서 관찰된다. 금속 주조 이후, 주조 주형은 이산화탄소의 도입에 의하여 경화된 주조 주형보다 상당히 더 양호한 분해를 나타낸다. 열 경화는 매우 복잡한 기하 구조와 좁은 통로를 갖는 주물의 제작에 적절할 수 있는 주조 주형을 제작하는 것을 가능하게 한다.
상기에서 이미 설명한 바와 같이, 바람직하게 작은 판 형태의 윤활제, 특히 흑연, MoS2 및 탈크 중 적어도 하나의 첨가는 본 발명의 주형 재료 혼합물의 자유 흐름을 개선한다. 탈크와 같은 광물, 예를 들면 파이로필라이트는 또한 주형 재료 혼합물의 자유 흐름을 개선할 수 있다. 제조하는 동안에, 작은 판 형태의 윤활제, 특히 흑연 및 탈크 중 적어도 하나는 2개의 결합제 성분들로부터 따로따로 주형 재료 혼합물에 첨가될 수 있다. 그러나, 작은 판 형태의 윤활제, 특히 흑연과 입자상 금속 산화물, 특히 합성 비결정 이산화규소를 미리 혼합하고, 그 다음에 비로소 이 혼합물과 물유리 및 내화성 주형 모재를 혼합하는 것이 마찬가지로 가능하다.
또한, 탄수화물에 더하여, 이미 기술된 바와 같은 주형 재료 혼합물은 또 다른 유기 첨가제를 포함할 수 있다. 원칙적으로, 이러한 또 다른 유기 첨가제는 주형 재료 혼합물을 제조하는 중에 언제든지 첨가될 수 있다. 유기 첨가제는 벌크로 또는 그렇지 않으면 용액의 형태로 첨가될 수 있다. 그러나, 유기 첨가제의 양은 내화성 주형 모재에 기초하여 바람직하게 낮은 수준, 특히 바람직하게 0.5중량% 미만에서 선택된다. 유기 첨가제, 즉 탄수화물을 포함하는 총량은 내화성 주형 모재에 기초하여 0.5중량% 미만에서 바람직하게 선택된다.
수용성 유기 첨가제는 수성 용액의 형태로 사용될 수 있다. 유기 첨가제가 결합제에 가용성이고 몇 개월에 걸쳐 분해하지 않고 결합제에서 저장-안정성일 때, 유기 결합제는 또한 결합제에 용해되고 따라서 결합제와 함께 주형 모재에 첨가될 수 있다. 수용성 첨가제는 분산 형태 또는 페이스트 형태로 사용될 수 있다. 분산 또는 페이스트는 분산 매질로서 물을 바람직하게 포함한다. 또한 원칙적으로, 유기 용매에 유기 첨가제의 용액 또는 페이스트를 제조하는 것이 가능하다. 그러나, 용매가 유기 첨가제의 첨가에 사용될 때 물을 사용하는 것이 바람직하다.
분말로서 또는 짧은 섬유로서 유기 첨가제를 첨가하는 것이 선호되는데, 이러한 경우에 평균 입자 크기 또는 섬유 길이는 내화성 주형 모재 입자의 크기를 넘지 않도록 바람직하게 선택된다. 유기 첨가제는 대략 0.3mm 메쉬 크기의 체를 통과하여 더욱 바람직하게 걸러질 수 있다. 내화성 주형 모재에 첨가되는 성분의 수를 줄이기 위하여, 입자상 금속 산화물과 유기 첨가제(들)은 바람직하게 주물사에 따로따로 첨가될 뿐만 아니라 미리 혼합된다.
주형 재료 혼합물이 실란 또는 실록산을 포함할 때, 실란 또는 실록산은 미리 결합제에 혼입되는 방식으로 전형적으로 첨가된다. 또한, 실란 또는 실록산은 별도의 성분으로서 주형 모재에 첨가될 수 있다. 그러나, 입자상 금속 산화물을 실란처리하는 것, 즉 금속 산화물과 실란 또는 실록산을 혼합하여서 금속 산화물 표면에 얇은 실란 또는 실록산 층이 제공되는 것이 특히 유익하다. 이와 같이 미리 처리된 입자상 금속 산화물이 사용될 때, 처리되지 않은 금속 산화물과 비교하여 증가된 안정성과 높은 대기 습도에 대한 개선된 내성이 발견된다. 기술된 바와 같이, 유기 첨가제가 주형 재료 혼합물 또는 입자상 금속 산화물에 첨가되는 경우에, 실란화(silanization) 전에 유기 첨가제를 첨가하는 것이 적절하다.
본 발명에 따른 공정은 원칙적으로 금속 주조에 통상적인 모든 주조 주형, 즉 예를 들면 코어 및 주형의 제작에 적절하다. 특히 유익하게, 매우 얇은-벽 부분을 포함하는 주조 주형을 제작하는 것이 또한 가능하다. 특히 단열 내화성 주형 모재를 첨가하는 경우에 또는 발열 재료를 본 발명의 주형 재료 혼합물에 첨가하는 경우에, 본 발명에 따른 공정은 압탕(feeder)을 제작하는데 적절하다.
본 발명의 주형 재료 혼합물로부터 또는 본 발명에 따른 공정으로 제작된 주조 주형은 제작 직후 높은 강도를 가지며, 경화 이후 주조 주형의 강도가 너무 높아서 주물의 제작 이후 주조 주형을 제거하는 것이 어렵지 않다. 주조 주형이 경금속 주조, 특히 알루미늄 주조에서 및 철 주조에서 매우 양호한 분해 성질을 갖는다는 것이 본원에서 밝혀졌다. 게다가, 이러한 주조 주형은 상승한 대기 습도의 경우에 높은 안정성을 갖는데, 즉 주조 주형은 놀랍게도 아무런 문제 없이 장기간에 걸쳐 저장될 수 있다. 특별한 이점으로서, 주조 주형은 기계적 응력 하에서 매우 높은 안정성을 가져서 주조 주형의 얇은 벽 부분을 획득하는 것이 가능하며, 얇은 벽 부분은 주조 작업에서 금속정지 압력에 의해 변형되지 않는다. 따라서, 본 발명은 본 발명에 따른 상기 기술된 공정에 의하여 획득되는 주조 주형을 추가로 제공한다.
본 발명의 주조 주형은 일반적으로 금속 주조, 특히 경금속 주조에 적절하다. 특히 유익한 결과는 알루미늄 주조에서 획득된다.
본 발명은 실시예와 관련하여 아래에 자세히 설명된다.
실시예 1
주형 모재로서 규사를 사용하는 주형의 강도에 미치는 합성 비결정 이산화규소 및 다양한 탄수화물의 영향
1. 주형 재료 혼합물의 제조 및 테스트
주형 재료 혼합물을 테스트하기 위하여, 조지 피셔 테스트 바(Georg Fisher test bar)를 제작한다. 조지 피셔 테스트 바는 부피 150mm x 22.36mm x 22.36mm의 직육면체 테스트 바를 의미하는 것으로 이해된다.
주형 재료 혼합물의 조성은 표 1에 제공된다. 조지 피셔 테스트 바를 제작하기 위한 순서는 다음과 같다:
표 1에 열거된 성분들을 실험용 나선형 혼합기(독일, 하겐, Vogel & Schemmann AG사)에서 혼합하였다. 이를 위해, 규사를 먼저 채우고 물유리를 교반하여 첨가하였다. 사용된 물유리는 칼륨 성분을 갖는 나트륨 물유리였다. 뒤따르는 표에서, 모듈러스는 따라서 SiO2:M2O로서 기록되는데, 여기서 M은 나트륨과 칼륨의 총계를 나타낸다. 일단 혼합물이 1분 동안 교반되면, 적절한 경우, 비결정 이산화규소 및 탄수화물 중 적어도 하나를 추가 교반하면서 첨가하였다. 혼합물은 1분 동안 더 후속적으로 교반되었다.
주형 재료 혼합물은 독일, 피에르센, Roperwerk-Gieβereimaschinen GmbH사로부터의 H 2,5 핫-박스 코어 슈팅 기계의 저장고 벙커로 수송되었으며, 그의 주형은 200℃로 가열되었다.
주형 재료 혼합물은 압축된 공기(5 bar)에 의하여 주형에 도입되며 35초 동안 더 주형에 남겨졌다.
혼합물의 경화를 가속화하기 위하여, 마지막 20초 동안 고온 공기(2 bar, 주형의 입구에서 120℃)를 주형을 통해 통과시켰다.
주형은 개방되었고 테스트 바는 제거되었다.
굽힘 강도를 결정하기 위하여, 테스트 바를 3점 굽힘 장치가 장착된 조지 피셔 강도 시험기(스위스, 샤프하우젠, DISA Industrie AG사) 안에 넣고, 테스트 바 를 파괴시키는 힘을 측정하였다.
굽힘 강도는 다음의 방법에 따라 측정되었다:
- 제거 후 10초 (고온 강도)
- 3시간 동안 75% 상대 대기 습도 및 30℃로 기후-제어된 캐비닛(climate-controlled cabinet)에서 냉각된 코어를 저장
표 1 : 주형 재료 혼합물의 조성
H2 규사 알칼리 금속 물유리 비결정 이산화규소 탄수화물
1.1 100GT 2.0 a) 비교군, 본 발명에 따르지 않음
1.2 100GT 2.0 a) 0.2 b) 비교군, 본 발명에 따르지 않음
1.3 100GT 2.0 a) 0.5 b) 비교군, 본 발명에 따르지 않음
1.4 100GT 2.0 a) 0.2 c) 비교군, 본 발명에 따르지 않음
1.5 100GT 2.0 a) 0.5 b) 0.2 c) 본 발명에 따름
1.6 100GT 2.0 a) 0.5 b) 0.2 d) 본 발명에 따름
1.7 100GT 2.0 a) 0.5 b) 0.2 e) 본 발명에 따름
1.8 100GT 2.0 a) 0.5 b) 0.1 c) 본 발명에 따름
a) 대략 2.3의 SiO2:M2O 모듈러스를 갖는 알칼리 금속 물유리
b) Elkem Microsilica 971 (퓸드 실리카: 광 아크로에서 제조됨)
c) 고체 형태로 첨가된 황색 감자 덱스트린 (Cerestar 사)
d) 고체 형태로 첨가된 에틸셀룰로오스 (Ethocal®. Dow사)
e) 고체 형태로 첨가된 감자 전분 유도체 (Emdex GDH 43, Emsland-Starke GmbH사)
표 2: 굽힘 강도
고온 강도 [N/cm2] 저온 강도 [N/cm2] 기후-제어된 캐비넷에서 저장 후 [N/cm2]
1.1 80 420 10 비교군, 본 발명에 따르지 않음
1.2 120 500 140 비교군, 본 발명에 따르지 않음
1.3 170 520 190 비교군, 본 발명에 따르지 않음
1.4 120 450 100 비교군, 본 발명에 따르지 않음
1.5 200 580 320 본 발명에 따름
1.6 140 400 250 본 발명에 따름
1.7 180 450 250 본 발명에 따름
1.8 180 460 210 본 발명에 따름
결과
사용된 탄수화물의 영향
예 1.1은 비결정 이산화규소 또는 탄수화물을 첨가하지 않으면 충분한 고온 강도가 달성될 수 없음을 보여준다. 또한 주형 재료 혼합물 1.1로 제작된 코어의 저장 안정성은 주형 재료 혼합물 1.1을 사용하여서는 신뢰할만한 공정에서 질량 코어가 제작될 수 없음을 보여준다. 비결정 이산화규소의 첨가는 고온 강도가 향상될 수 있게 하여서(예 1.2 및 1.3), 그 결과 코어는 코어 제작 직후 추가로 가공되기에 충분한 강도를 갖게 한다. 비결정 이산화규소의 첨가는 특히 높은 상대 대기 습도에서 코어의 저장 안정성을 개선한다. 탄수화물 화합물, 특히 덱스트린 화합물(예 1.4)의 첨가는 놀랍게도 비결정 이산화규소의 경우와 유사하게 고온 강도를 개선시킨다. 게다가, 주형 재료 혼합물 1.1과 비교하여, 제작된 코어의 개선된 저장 안정성이 발견된다. 비결정 이산화규소 및 덱스트린(예 1.5)을 조합하여 첨가하는 것은 특히 높은 즉각 강도(immediate strength) 및 더욱-최적화된 저장 안정성을 나타낸다. 최종 강도 또한 다른 혼합물에 비해 상당히 증가한다. 비결정 이산화규소와 조합한 감자 전분 유도체(예 1.7) 또는 에틸셀룰로오스(예 1.6)를 사용하는 것은 마찬가지로 믿을 수 있는 공정으로 코어 제작을 할 수 있게 한다. 오직 0.1%의 감자 덱스트린(혼합물 1.8)만의 첨가는 (혼합물 1.3에 비해) 코어의 저장 안정성 및 즉각 강도에 긍정적인 효과를 나타낸다.
실시예 2
앞서 언급된 주형 재료 혼합물(표 1)의 주형을 사용하여 제조된 주물의 주물 표면에 미치는 합성 비결정 이산화규소 및 다양한 탄수화물의 영향
주형 재료 혼합물 1.1 내지 1.8의 조지 피셔 테스트 바는 4개의 세로 측면 중 3개가 주조 공정 동안 주조 금속에 결합 되는 방식으로 모래 주조 주형에 혼입되었다. 주물은 735℃의 주조 온도에서의 타입 226 알루미늄 합금으로 이루어졌다. 주조 주형의 냉각 이후, 고-주파 해머 송풍(high-frequency hammer blow)에 의하여 주물에서 모래가 없어졌다. 주물은 남아있는 부착 모래와 관련하여 평가되었다.
혼합물 1.2 및 1.3의 주조 부분과 마찬가지로 혼합물 1.1의 주조 부분은 매우 상당한 부착 모래(adhering sand)를 나타내었다. 탄수화물-함유 주형 재료 혼합물(혼합물 1.4)은 주물 표면 품질에 긍정적인 영향을 미친다. 마찬가지로, 혼합물 1.5, 1.6 및 1.7의 주조 부분은 거의 부착 모래를 갖지 않는데, 이것은 이러한 경우에서도 주물 표면 품질에 탄수화물(여기서 덱스트린과 에틸셀룰로오스의 형태)의 긍정적인 영향을 확인한다. 0.1%의 덱스트린(혼합물 1.8)만의 첨가는 탄수화물-자유 비교군(혼합물 1.3)에 비해 표면 품질에서 상당한 개선을 가져온다.
본 발명은 금속가공을 위한 주조 주형(casting mold)을 제작하기 위한 주형 재료 혼합물(molding material mixture), 주조 주형을 제조하기 위한 공정, 이러한 공정에 의해 획득되는 주조 주형 및 이러한 주조 주형의 용도에 관련이 있다. 주조 주형을 제조하기 위하여, 내화성 주형 모재 및 물유리계 결합제(waterglass-based binder)가 사용된다. 결합제는 약간의 입자상 금속 산화물과 혼합되며, 이 입자상 금속 산화물은 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티탄 및 산화아연의 그룹으로부터 선택되고, 합성 비결정 이산화규소를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 주형 재료 혼합물은 또 다른 필수 성분으로서 탄수화물을 포함한다. 탄수화물의 첨가는 주조 주형의 기계적 강도 및 주물의 표면 품질이 개선될 수 있게 한다.

Claims (35)

  1. 적어도 다음을 포함하는, 금속가공을 위한 주조 주형의 제작을 위한 주형 재료 혼합물로서, 탄수화물이 주형 재료 혼합물에 첨가되는 주형 재료 혼합물:
    - 내화성 주형 모재;
    - 물유리계 결합제;
    - 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티탄 및 산화아연의 그룹으로부터 선택되는 일부의 입자상 금속 산화물.
  2. 제 1항에 있어서, 내화성 주형 모재에 기초하여 탄수화물의 비율은 0.01 내지 5중량% 범위, 바람직하게는 0.02 내지 2.5중량% 범위, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 2.5중량% 범위, 특히 바람직하게는 0.1 내지 0.4중량% 범위 내에서 선택됨을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 탄수화물은 올리고당 또는 다당류임을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  4. 제 4항에 있어서, 올리고당 또는 다당류는 1000 내지 100000 g/mol, 바람직하게는 2000 내지 30000 g/mol 범위 내의 분자량을 가짐을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  5. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 다당류는 글루코오스 단위체로부터 형성됨을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 탄수화물은 셀룰로오스, 전분 및 덱스트린 및 이러한 탄수화물의 유도체의 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 탄수화물은 유도되지 않은 탄수화물임을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  8. 제 6항에 있어서, 덱스트린은 감자 덱스트린, 옥수수 덱스트린, 황색 덱스트린, 백색 덱스트린, 붕사 덱스트린, 시클로덱스트린 및 말토덱스트린의 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  9. 제 6항에 있어서, 전분은 감자 전분, 옥수수 전분, 쌀 전분, 콩 전분, 바나나 전분, 호스 체스트넛 전분 또는 밀 전분의 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 인산염이 주형 재료 혼합물에 첨가됨을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  11. 제 10항에 있어서, 인 화합물은 오르토인산염, 메타인산염 또는 폴리인산염임을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  12. 제 10항에 있어서, 인산염은 알킬 인산염, 아릴 인산염 또는 탄수화물-함유 인산염의 그룹으로부터 바람직하게 유도되는 유기 인산염임을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 내화성 주형 모재에 기초하여 인 화합물의 비율은 0.05 내지 1.0중량%에서 선택됨을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  14. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 인 화합물은 P2O5로 계산하여 0.5 내지 90중량%의 인 함량을 가짐을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 입자상 금속 산화물은 침전된 실리카 및 퓸드 실리카의 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 물유리는 1.6 내지 4.0, 특히 2.0 내지 3.5 범위에 있는 SiO2/M2O 모듈러스를 가지며, 여기서 M은 나트륨 이온 및 칼륨 이온 중 적어도 하나를 의미함을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 물유리는 30 내지 60중량%의 SiO2와 M2O의 고체 함량을 가짐을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 결합제는 20중량% 미만의 비율로 주형 재료 혼합물에 존재함을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 입자상 금속 산화물은 결합제에 기초하여 2 내지 80중량%의 비율로 존재함을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 주형 모재는 적어도 일부의 속빈 미소구(hollow microsphere)를 포함함을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  21. 제 20항에 있어서, 속빈 미소구는 속빈 알루미늄 규산염 미소구 및 속빈 유리 미소구 중 적어도 하나임을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 주형 모재는 적어도 일부의 유리 펠렛, 유리 구슬 및 구형 세라믹 주형 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  23. 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 주형 모재는 적어도 일부의 뮬라이트(mullite), 크롬광 사(chrome core sand) 및 감람석(olivine) 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 산화가능한 금속 및 산화제가 주형 재료 혼합물에 첨가됨을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 주형 재료 혼합물은 작은 판 형태(platelet form)의 일부의 윤활제를 포함함을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  26. 제 24항에 있어서, 작은 판 형태의 윤활제는 흑연(graphite), 황화 몰리브덴(molybdenum sulfide), 탈크 및 파이로필라이트 중 적어도 하나로부터 선택됨을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  27. 제 1항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 주형 재료 혼합물은 실온에서 일부의 적어도 하나의 유기 첨가제 고체를 포함함을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  28. 제 1항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서, 주형 재료 혼합물은 적어도 하나의 실란 또는 실록산을 포함함을 특징으로 하는 주형 재료 혼합물.
  29. 다음의 단계들을 포함하는, 금속가공을 위한 주조 주형의 제작 공정:
    - 제 1항 내지 제 28항 중 한 항에 따른 주형 재료 혼합물을 제조하는 단계;
    - 주형 재료 혼합물을 성형하는 단계;
    - 성형된 주형 재료 혼합물을 가열함으로써 성형된 주형 재료 혼합물을 경화시켜서 경화된 주조 주형을 획득하는 단계.
  30. 제 29항에 있어서, 주형 재료 혼합물이 100 내지 300℃ 범위의 온도까지 가열됨을 특징으로 하는 금속가공을 위한 주조 주형의 제작 공정.
  31. 제 29항 또는 제 30항에 있어서, 가열된 공기가 경화하기 위한 성형된 주형 재료 혼합물에 불어 넣어짐을 특징으로 하는 금속가공을 위한 주조 주형의 제작 공정.
  32. 제 29항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서, 주형 재료 혼합물의 경화는 마이크로파의 작용에 의해 일어나게 됨을 특징으로 하는 금속가공을 위한 주조 주형의 제작 공정.
  33. 제 29항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 주조 주형은 압탕(feeder)임을 특징으로 하는 금속가공을 위한 주조 주형의 제작 공정.
  34. 제 29항 내지 제 33항 중 한 항에 따른 제작 공정에 의해 획득되는 주조 주형.
  35. 금속 주조, 특히 경금속 주조하기 위한 제 34항에 따른 주조 주형의 용도.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150097801A (ko) * 2012-12-22 2015-08-26 아에스카 케미컬스 게엠베하 미립 형태의 알루미늄과 지르코늄 금속 산화물을 함유하는 몰드 재료 혼합물
KR20150115744A (ko) * 2012-12-22 2015-10-14 아에스카 케미컬스 게엠베하 미립 형태의 알루미늄과 지르코늄 금속 산화물을 함유하는 몰드 재료 혼합물

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006049379A1 (de) 2006-10-19 2008-04-24 Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH Phosphorhaltige Formstoffmischung zur Herstellung von Giessformen für die Metallverarbeitung
DE102007051850A1 (de) 2007-10-30 2009-05-07 Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH Formstoffmischung mit verbesserter Fliessfähigkeit
UA101663C2 (ru) * 2008-05-28 2013-04-25 Ашланд-Зюдхеми-Кернфест Гмбх Покрытие для литейных форм и стержней для предотвращения образования раковин на поверхностях
EP2359957A1 (en) * 2010-01-26 2011-08-24 Foseco International Limited Method and composition for the preparation of foundry moulds and cores
RU2570680C2 (ru) * 2010-12-30 2015-12-10 АСК КЕМИКАЛС ИСПАНИЯ, Эс.Эй. Добавка, предотвращающая возникновение ужимин, для изготовления литейных форм и стержней
CN102179470B (zh) * 2011-03-29 2013-02-20 龙岩市升伍旗车桥有限公司 易溃散铸造用砂聚合剂及其制备方法
DE102012103705A1 (de) 2012-04-26 2013-10-31 Ask Chemicals Gmbh Verfahren zur Herstellung von Formen und Kernen für den Metallguss sowie nach diesem Verfahren hergestellte Formen und Kerne
DE102012104934A1 (de) 2012-06-06 2013-12-12 Ask Chemicals Gmbh Forstoffmischungen enthaltend Bariumsulfat
DE102012020511A1 (de) 2012-10-19 2014-04-24 Ask Chemicals Gmbh Formstoffmischungen auf der Basis anorganischer Bindemittel und Verfahren zur Herstellung von Formen und Kerne für den Metallguss
DE102012020509A1 (de) 2012-10-19 2014-06-12 Ask Chemicals Gmbh Formstoffmischungen auf der Basis anorganischer Bindemittel und Verfahren zur Herstellung von Formen und Kerne für den Metallguss
DE102012020510B4 (de) 2012-10-19 2019-02-14 Ask Chemicals Gmbh Formstoffmischungen auf der Basis anorganischer Bindemittel und Verfahren zur Herstellung von Formen und Kerne für den Metallguss
JP5972393B2 (ja) 2012-11-19 2016-08-17 新東工業株式会社 鋳型用砂および砂鋳型の造型方法
DE102013106276A1 (de) 2013-06-17 2014-12-18 Ask Chemicals Gmbh Lithiumhaltige Formstoffmischungen auf der Basis eines anorganischen Bindemittels zur Herstellung von Formen und Kernen für den Metallguss
PL2916976T3 (pl) * 2013-10-19 2017-08-31 Peak Deutschland Gmbh Sposób wytwarzania traconych rdzeni lub elementów formowanych do produkcji odlewów
DE102013114581A1 (de) 2013-12-19 2015-06-25 Ask Chemicals Gmbh Verfahren zur Herstellung von Formen und Kernen für den Metallguss unter Verwendung einer Carbonylverbindung sowie nach diesem Verfahren hergestellte Formen und Kerne
KR101527909B1 (ko) * 2014-12-16 2015-06-10 한국생산기술연구원 주조용 무기 바인더 조성물
ITUA20162227A1 (it) * 2016-04-01 2017-10-01 Cavenaghi S P A Sistema legante inorganico per fonderia
CN108393430B (zh) * 2017-02-04 2020-05-08 济南圣泉集团股份有限公司 一种铸造水玻璃用固化剂
DE102017106686A1 (de) 2017-03-28 2018-10-04 Ask Chemicals Gmbh Formstoffmischung enthaltend Additive zur Reduzierung von Gussfehlern
DE102017114628A1 (de) 2017-06-30 2019-01-03 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Herstellung einer Formstoffmischung und eines Formkörpers daraus in der Gießereiindustrie sowie Kit zur Anwendung in diesem Verfahren
WO2019063739A1 (en) * 2017-09-28 2019-04-04 Rhodia Operations PROCESS FOR DRYING POLYSACCHARIDES
BR112020019759B1 (pt) * 2018-03-30 2023-11-28 Imerys USA, Inc Composições aglutinates, composição de areia verde e método de moldagem de artigo
JP2022514075A (ja) * 2018-12-20 2022-02-09 プロイオニック ゲーエムベーハー 糖成分を含む成形用組成物
DE102019116406A1 (de) 2019-06-17 2020-12-17 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Additivmischung für Formstoffmischungen zur Herstellung wasserglasgebundener Gießereiformen und Gießereikerne
DE102019131241A1 (de) 2019-08-08 2021-02-11 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie, entsprechendes Granulat sowie Kit, Vorrichtungen und Verwendungen
CN111253150B (zh) * 2020-03-03 2021-04-16 武汉理工大学 一种电子封装用莫来石-刚玉复合陶瓷基片的制备方法
DE102020119013A1 (de) 2020-07-17 2022-01-20 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie, entsprechende Form, Kern, Speiserelement oder Formstoffmischung sowie Vorrichtungen und Verwendungen
RU2759346C1 (ru) * 2021-04-13 2021-11-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Связующее для формовочных и стержневых смесей литейного производства
DE102022116209A1 (de) 2022-06-29 2024-01-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Einbettmasse, Verfahren zum Herstellen einer Gussform sowie Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Gießen
CN116196978B (zh) * 2023-03-09 2024-01-30 山东新和成药业有限公司 一种用于制备六甲基茚满醇的催化剂及其制备方法和应用

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB782205A (en) * 1955-03-07 1957-09-04 Foundry Services Ltd Improvements in or relating to sand cores
US2926098A (en) * 1955-10-14 1960-02-23 Diamond Alkali Co Binder for foundry molds
BE551767A (ko) * 1955-10-14
BE560558A (ko) * 1956-09-05
GB902199A (en) 1958-03-20 1962-07-25 Starch Products Ltd Improvements in binders for foundry purposes
US2948627A (en) * 1958-04-24 1960-08-09 Du Pont Molding composition and process for producing same
GB1007272A (en) * 1960-11-21 1965-10-13 Mo Och Domsjoe Ab Improvements in or relating to the production of foundry cores and moulds
GB1078666A (en) * 1964-08-20 1967-08-09 Foseco Int Additives to sand moulds and cores
US3429848A (en) * 1966-08-01 1969-02-25 Ashland Oil Inc Foundry binder composition comprising benzylic ether resin,polyisocyanate,and tertiary amine
GB1240877A (en) * 1968-07-26 1971-07-28 British Non Ferrous Metals Res Foundry moulding sand compositions
AU2236370A (en) * 1969-11-17 1972-05-18 Minerals, Binders, Clays (Proprietary) Limited Improvements in the co2 process for bonding, moulding and core sands in foundries
US4162238A (en) 1973-07-17 1979-07-24 E. I. Du Pont De Nemours And Company Foundry mold or core compositions and method
JPS52138434A (en) * 1976-05-14 1977-11-18 Toyo Kogyo Co Self harden molding material
DE3403583A1 (de) 1984-02-02 1985-08-08 Seaders, John, Corvallis, Oreg. Bindemittelgemisch zur verfestigung
JPS61126942A (ja) * 1984-11-26 1986-06-14 Chuzo Gijutsu Fukiyuu Kyokai Ｃｏ↓２ガス法鋳型用粘結剤
IT1207835B (it) * 1987-03-04 1989-06-01 Mi Chi Sa Mineraria Chimica Sa Additivo per terre di formatura a verde.
JPH02220729A (ja) * 1989-02-21 1990-09-03 Mazda Motor Corp 鋳造用鋳型及びその製造方法
US5382289A (en) * 1993-09-17 1995-01-17 Ashland Oil, Inc. Inorganic foundry binder systems and their uses
US5474606A (en) * 1994-03-25 1995-12-12 Ashland Inc. Heat curable foundry binder systems
US6139619A (en) 1996-02-29 2000-10-31 Borden Chemical, Inc. Binders for cores and molds
WO1997049646A1 (en) * 1996-06-25 1997-12-31 Borden Chemical, Inc. Binders for cores and molds
DE19632293C2 (de) 1996-08-09 1999-06-10 Thomas Prof Dr In Steinhaeuser Verfahren zur Herstellung von Kernformlingen für die Gießereitechnik
GB9624340D0 (en) * 1996-11-22 1997-01-08 Foseco Int Sand reclamation
JPH10298610A (ja) * 1997-04-25 1998-11-10 Shimizu Shokuhin Kk 成形金型及びその製造方法
DE19925167A1 (de) 1999-06-01 2000-12-14 Luengen Gmbh & Co Kg As Exotherme Speisermasse
DE29925011U1 (de) * 1999-10-26 2008-10-02 Minelco Gmbh Giessereikern-Bindemittelsystem
US6416572B1 (en) * 1999-12-02 2002-07-09 Foseco International Limited Binder compositions for bonding particulate material
US6860319B2 (en) * 2003-06-04 2005-03-01 American Colloid Company Acid activated clay for use in foundry sand
FR2871155B1 (fr) * 2004-06-02 2007-04-27 Roquette Freres Utilisation de polysaccharides particuliers pour l'adjuvantation de matieres minerales
DE102004042535B4 (de) 2004-09-02 2019-05-29 Ask Chemicals Gmbh Formstoffmischung zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung, Verfahren und Verwendung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150097801A (ko) * 2012-12-22 2015-08-26 아에스카 케미컬스 게엠베하 미립 형태의 알루미늄과 지르코늄 금속 산화물을 함유하는 몰드 재료 혼합물
KR20150115744A (ko) * 2012-12-22 2015-10-14 아에스카 케미컬스 게엠베하 미립 형태의 알루미늄과 지르코늄 금속 산화물을 함유하는 몰드 재료 혼합물

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