PL188600B1

PL188600B1 - Sposób wytwarzania ceramicznej formy skorupowej do odlewania metodą traconego wosku

Info

Publication number: PL188600B1
Application number: PL99343202A
Authority: PL
Inventors: John Vandermeer
Original assignee: Buntrock Ind Inc
Priority date: 1998-02-11
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2005-02-28
Also published as: PL343202A1; WO1999041030A1; EP1053068A4; CN1191136C; CA2318608C; CZ20002655A3; CN1290198A; BR9907817A; HUP0400879A2; NZ505733A; KR20010040857A; AU746661B2; TWI235740B; US6257316B1; EP1053068A1; KR100565102B1; AU2658399A; JP2002502707A; CA2318608A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania ceramicznej formy skoru- powej do odlewania metoda traconego wosku, w którym naklada sie powloke z podstawowej zawiesiny powloko- wej, zawierajacej material zaroodporny i roztwór kolo- idalny krzemionki koloidalnej, na jednorazowy wzorzec z termoplastycznego materialu do wytworzenia podsta- wowej powleczonej formy wstepnej, osusza sie podsta- wowa powleczona forme wstepna, naklada sie przynajm- niej jedna powloke z zaroodpornej dodatkowej zawiesiny powlokowej, zawierajacej material zaroodporny i kolo- idalny roztwór krzemionki koloidalnej, na wspomniana podstawowa powleczona forme wstepna w celu utworze- nia formy wstepnej z nalozonymi dodatkowymi powloka- mi, osusza sie forme wstepna z nalozonymi dodatkowymi zaroodpornymi powlokami, usuwa sie termoplastyczny wzorzec ze wspomnianej zaroodpornej powleczonej do- datkowymi powlokami formy wstepnej do wytworzenia wyjsciowej formy skorupowej, ogrzewa sie wyjsciowa forme skorupowa do temperatury wystarczajacej do wy- tworzenia ceramicznej formy skorupowej, znamienny tym, ze przynajmniej podstawowa zawiesina powlokowa lub dodatkowa zawiesina zaroodporna roztworu koloidal- nego ma srednia wielkosc czastek 40 nm. FIG. 2 PL PL PL

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób wytwarzania ceramicznej formy skorupowej do odlewania metodą traconego wosku.

Odlewania metodą traconego wosku było znane już w starożytnym Egipcie i Chinach. Obecnie stosowany sposób jest jednak względnie nową technologią i pochodzi z lat trzydziestych dwudziestego wieku, przy czym technologia ta w szybkim tempie się rozwija. Technologia odlewania metodą traconego wosku upraszcza wytwarzanie skomplikowanych kształtów metalowych poprzez odlewanie stopionego metalu w jednorazowych ceramicznych formach skorupowych, uformowanych wokół jednorazowych wzorców woskowych odzwierciedlają4

188 600 cych pożądany kształt metalu. „Precyzyjne odlewanie metodą traconego wosku”, tak zwany PIC, jest stosowanym w tej dziedzinie techniki określeniem tego typu technologii.

Tradycyjny sposób PIC składa się z sześciu podstawowych kroków.

Pierwszym jest przygotowanie wzorca. Jednorazowy pozytyw pożądanego odlewu metalowego jest wykonywany z termoplastycznego materiału takiego jak wosk, który ulegnie stopieniu, wyparuje lub całkowicie spali się, tak że nie będzie pozostawiał zanieczyszczeń w pozbawionej już wosku ceramicznej formie skorupowej. Pozytyw jest przygotowywany poprzez wstrzykiwanie materiału termoplastycznego do negatywowej, segmentowej, metalowej matrycy lub „narzędzia”, przeznaczonej do wytwarzania wzorców o kształcie, wymiarze i wykończeniu powierzchni wymaganym dla odlewu metalowego. Pojedyncze lub wielokrotne wzorce mogą być składane poprzez stapianie ich razem do postaci jednorazowego woskowego „systemu wlewu górnego”, który dostarcza metal do wypełnienia metalowej formy.

Następnie tworzy się formę skorupową poprzez zanurzenie zestawu wzorcowego w żaroodpornej zawiesinie mającej postać drobnych żaroodpornych cząstek rozpuszczonych w wodnym roztworze alkalicznego stabilizowanego koloidalnego spoiwa krzemionkowego, dzięki czemu na wzorcu powstaje powłoka żaroodpornego materiału, zetknięcie powłoki żaroodpornej z gruboziarnistym, suchym, żaroodpornym materiałem ceramicznym („stucco”) w wyniku czego powstaje powłoka „stucco”, osuszanie powietrzem w celu utworzenia podstawowej, osuszonej powietrzem, nierozpuszczalnej, przylegającej powłoki. Te kroki procesu mogą być powtarzane do uzyskania powłoki o żądanej grubości.

Kolejnym krokiem jest oczyszczanie z wosku. Jednorazowy wzorzec woskowy jest usuwany z podstawowej, osuszonej powietrzem formy skorupowej poprzez parowe autoklawowanie. Zanurzenie wstępnej formy skorupowej ma miejsce w piecu płomieniowym do usuwania wosku ogrzanym do 555,6-1055,6°C, lub dowolnym innym sposobem, w którym gwałtownie ogrzewa się i upłynnia wosk, tak że duży wzrost ciśnienia nie powoduje pęknięcia formy skorupowej.

Następnie praży się formę w piecu. Oczyszczona z wosku forma skorupowa jest ogrzewana do około 888,9-1111,1°C w celu usunięcia lotnych pozostałości i uformowania stabilnych wiązań ceramicznych w formie skorupowej.

Kolejnym krokiem jest zalewanie. Ogrzana forma skorupowa jest wyjmowana z pieca i tak ustawiana, by przyjmowała roztopiony metal. Metal może być stopiony w wyniku ogrzewania gazowego łuku pośredniego lub indukcyjnego. Stopiony metal może być odlewany w komorze powietrznej lub próżniowej. Stopiony metal może być wlewany w sposób statyczny lub odśrodkowy, z kadzi lub z tygla do bezpośredniego topienia. Roztopiony metal jest ochładzany, w wyniku czego w formie powstaje sztywny metalowy odlew.

Następnie wyjmuje się odlew. Formy skorupowe, w których znajdują się sztywne metalowe odlewy, są następnie rozłupywane i oddzielane od tych metalowych odlewów. Odlewy mogą być oddzielane od systemu wlewu głównego poprzez cięcie lub nacinanie tarczami ściernymi. Odlewy mogą być oczyszczane poprzez docieranie bębnowe, oczyszczanie strumieniowo-ścieme lub śrutowanie.

Spoiwa stosowane w zawiesinach żaroodpornych wpływają na proces kształtowania skorupy i mają istotny wpływ na jakość formy skorupowej. Spoiwa powinny być chemicznie stabilne w celu zapewnienia dużej trwałości zawiesiny żaroodpornej stosowanej do wytwarzania kolejnych powłok zanurzeniowych. Spoiwo powinno tworzyć nierozpuszczalne wiązania z cząstkami żaroodpornymi w czasie osuszania powietrzem, w celu umożliwienia ponownego zanurzenia wzorca, jak również w celu umożliwienia usunięcia wzorca w czasie prażenia w piecu. Ustabilizowane wiązania ceramiczne utworzone w skorupie w czasie prażenia formy w piecu muszą charakteryzować się wytrzymałością na temperaturę i żaroodpomością, tak by wytrzymywać odlewanie stopionego metalu.

Standardowe żaroodporne lepiszcza zawiesinowe, które były stosowane do wytwarzania ceramicznych form skorupowych, zawierają hydrolizowane krzemiany etylowe lub zawierające drobne cząsteczki sodu, ustabilizowane, koloidalne krzemionki o średnim rozmiarze cząstki wynoszącym 8-14 nm. Krzemionka taka może być alkalicznym wodnym roztworem koloidalnej krzemionki ustabilizowanej wodorotlenkiem sodu, który charakteryzuje się niepalnością i niską toksycznością. Wspomniany wcześniej krzemian etylowy jest stabilizowany kwa188 600 sem, przy czym kwas siarkowy lub solny jest dodawany w czasie hydrolizy w celu uformowania koloidalnej krzemionki. Jednakże w tym przypadku dla utrzymania rozpuszczalności dodawane są palne, toksyczne roztwory alkoholi. Lepiszcza z krzemianów etylowych umożliwiająjednak szybsze osuszanie i stosowanie mniejszych strumieni niosących tlenek sodu.

Zgodnie z tradycyjnym sposobem wytwarzania ceramicznych form skorupowych, okres wymagany do osuszenia pomiędzy nakładaniem kolejnych powłok może wahać się od 30 minut dla głównych powłok żaroodpornych do 8 lub więcej godzin dla powłok dodatkowych, w zależności od złożoności formy i grubości ścianki skorupy. Ukończone formy skorupowe są zazwyczaj osuszane powietrzem przez dodatkowe 24 lub więcej godzin dla zapewnienia odpowiedniej wytrzymałości przy usuwaniu wzorca. To osuszanie powietrzem formy skorupowej zajmuje w procesie produkcyjnym największą część czasu, znacznie zwiększa koszty produkcyjne i wydajność.

W związku z tym podejmowano liczne próby skrócenia lub wyeliminowania okresu wymaganego do osuszenia pomiędzy nakładaniem kolejnych powłok, poprzez użycie chemicznych metod do szybkiego zestalania spoiwa z zawiesiny żaroodpornej. Zastosowanie tych chemicznych metod zwiększyło potencjalny wybór spoiw z zawiesiny żaroodpornej poza hydrolizowany krzemian etylowy i stabilizowaną sodem koloidalną krzemionkę, i tak możliwe jest stosowanie krzemianów metali alkalicznych lub zmodyfikowanej kwasowo stabilnym tlenkiem glinowym koloidalnej krzemionki. Poniżej przedstawiono przykładowe metody chemiczne zgodne ze stanem techniki, w których wykorzystywano gazowy środek żelujący do żelowego zestalania spoiwa zawiesinowego.

I tak według opisu patentowego US 2 829 060 wykorzystywano dwutlenek węgla do żelowego zestalania zmodyfikowanego amoniakiem spoiwa z zawiesiny krzemianu sodowego.

W. Jones w technicznym dokumencie zaprezentowanym w Investment Casting Institute w październiku 1979 roku przedstawił wykorzystanie dwutlenku węgla lub kwasowych roztworów tlenku glinowego do zestalania spoiw z zawiesin krzemianów alkalicznych. Spoiwa z zawiesin krzemianów alkalicznych mogą jednakże powodować niepożądane upłynnianie w wysokich temperaturach.

Opis patentowy US 3 455 368 dotyczy wykorzystania gazu amoniakowego do żelowego zestalania spoiwa z hydrolizowanego krzemianu etylowego lub zakwaszonej koloidalnej krzemionki. Przy tym jednakże gaz amoniakowy jest toksyczny.

Opis patentowy US 3 396 775 dotyczy wykorzystania lotnych organicznych gazów do żelowego zestalania spoiwa z zawiesiny hydrolizowanego krzemianu etylowego. Lotne gazy organiczne charakteryzują się problemami z wentylacją, co źle wpływa na odlewanie.

Ponadto wykorzystywano dwa wzajemnie oddziaływujące spoiwa zawiesinowe do wzajemnego żelowego zestalania przy naprzemiennym nakładaniu w postaci powłok.

I tak według opisu patentowego US 3 396 775 wykorzystywano zakwaszoną kwasem azotowym zawiesinę krzemianu sodowego do żelowego zestalania alkalicznej zawiesiny krzemianu sodowego, a zakwaszoną kwasem fosforowym zawiesinę krzemianu potasowego do żelowego zestalania jednej z poniższych zawiesin, to jest do alkalicznej zawiesiny krzemianu potasowego, alkalicznej zawiesiny zmodyfikowanego („piperidine modified”) krzemianu etylowego, alkalicznej zawiesiny zmodyfikowanego mono-elanolaminą krzemianu etylowego. Zaś kwaśną zawiesinę krzemianu etylowego do żelowego zestalania jednej z poniższych zawiesin, a mianowicie alkalicznej zawiesiny krzemianu potasowego, alkalicznej zawiesiny zmodyfikowanego („piperidine modified”) krzemianu etylowego, spoiwa z alkalicznej zawiesiny zmodyfikowanego mono-elanolaminą krzemianu etylowego.

Opis patentowy US 3 751 276 i opis patentowy US 3 878 034 dotyczą wykorzystania spoiwa z zawiesiny zmodyfikowanej kwasowo stabilnym tlenkiem glinowym koloidalnej krzemionki do żelowego zestalania albo spoiwa z zawiesiny alkalicznego stabilnego krzemianu jonowego, albo spoiwa z zawiesiny alkalicznej ustabilizowanej koloidalnej krzemionki. Wykorzystanie dwóch wzajemnie oddziaływujących typów spoiw zawiesinowych wymaga jednak zmiany tradycyjnego sposobu wytwarzania skorup.

Zastosowano również chemicznie przetworzone cząstki „stucco” do żelowego zestalania zawiesiny.

188 600

Dootz, Craig i Payton w „Journal Prostheric Dentistry”, vol. 17, nr 5, str. 464-471, maj 1967 przedstawili wykorzystanie cząstek „stucco” przetworzonych fosforanem monoamonowym i tlenkiem magnezu do żelowania spoiwa z zawiesiny krzemianu sodowego. Podejście to posiada jednakże tę wadę, że jego wydajność maleje w czasie i wiąże się ze skażeniem żaroodpornej zawiesiny spoiwa.

Wykorzystywano również roztwór środka żelującego do żelowego zestalania spoiwa zawiesinowego

Opis patentowy US 3 748 157 przedstawia użycie roztworu środka zestalającego na bazie podstawowej soli glinu do zestalania żelowego, to jest spoiwa z zawiesiny stabilizowanego sodem ujemnego roztworu koloidalnego krzemionki, jak i spoiwa z zawiesiny alkalicznego krzemianu jonowego.

Chociaż wymienione sposoby różnią się stopniem użyteczności w przygotowywaniu form skorupowych stosowanych w PIC, wymagają one jednak wielu kroków katalizy lub istotnego okresu czasu pomiędzy kolejnym nakładaniem powłok z żaroodpornych materiałów zawiesinowych. Istnieje więc zapotrzebowanie na sposoby i materiały, które pozwoliłyby na szybkie wytwarzanie ceramicznych form skorupowych.

Sposób wytwarzania ceramicznej formy skorupowej do odlewania metodą traconego wosku, w którym nakłada się powłokę z podstawowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i roztwór koloidalny krzemionki koloidalnej, na jednorazowy wzorzec z termoplastycznego materiału do wytworzenia podstawowej powleczonej formy wstępnej, osusza się podstawową powleczoną formę wstępną. Nakłada się przynajmniej jedną powłokę z żaroodpornej dodatkowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej, na wspomnianą podstawową powleczoną formę wstępną w celu utworzenia formy wstępnej z nałożonymi dodatkowymi powłokami. Ponadto osusza się formę wstępną z nałożonymi dodatkowymi żaroodpornymi powłokami, usuwa się termoplastyczną formę ze wspomnianej żaroodpornej powleczonej dodatkowymi powłokami formy wstępnej do wytworzenia wyjściowej formy skorupowej, ogrzewa się wyjściową formę skorupową do temperatury wystarczającej do wytworzenia ceramicznej formy skorupowej. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że przynajmniej podstawowa zawiesina powłokowa lub dodatkowa zawiesina żaroodporna roztworu koloidalnego ma średnią wielkość cząstek 40 nm.

Korzystnie nakłada się materiał „stucco” przynajmniej na formę wstępną powleczoną powłoką podstawową lub formę wstępną powleczoną żaroodporną powłoką dodatkową przed osuszeniem wspomnianej formy wstępnej powleczonej powłoką podstawową lub wspomnianej formy wstępnej powleczonej żaroodporną powłoką dodatkową.

Koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej posiada zakres rozmiaru cząstek od 6 do 190 nm, a korzystnie posiada standardowe odchylenie cząstek równe 20 nm.

Koloidalny roztwór ma zawartość sodu od 0,02 do 0,35%.

Koloidalny roztwór krzemionki ma zawartość części stałych od 30% do 50%, a korzystnie równą 40%.

Podstawowa zawiesina żaroodporna zawiera żaroodporne drobiny wybrane z grupy składającej się ze stopionej krzemionki i cyrkonu, przy czym średni rozmiar tych żaroodpornych drobin ma rozmiar o numerze sita od -200 do -350.

Żaroodporna dodatkowa zawiesina powłokowa zawiera stopioną krzemionkę, której cząstki mają rozmiar o numerze sita od -80 do -270.

Sposób wytwarzania ceramicznej formy skorupowej do odlewania metodą traconego wosku, w którym nakłada się powłokę z podstawowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i koloidalne spoiwo zawierające koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej i krzemian potasu, na jednorazowy wzorzec z termoplastycznego materiału do wytworzenia podstawowej powleczonej formy wstępnej, osusza się podstawową powleczoną formę wstępną. Nakłada się powłokę z żaroodpornej dodatkowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej, na wspomnianą podstawową powleczoną formę wstępną do utworzenia formy wstępnej z nałożonymi dodatkowymi powłokami. Ponadto osusza się formę wstępną z nałożonymi dodatkowymi żaroodpornymi powłokami, usuwa się termoplastyczną formę ze wspomnianej żaroodpornej powleczo188 600 nej dodatkowymi powłokami formy wstępnej do wytworzenia wyjściowej formy skorupowej, ogrzewa się wyjściową formę skorupową do temperatury wystarczającej do wytworzenia ceramicznej formy skorupowej. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że przynajmniej podstawowa zawiesina powłokowa lub dodatkowa zawiesina żaroodporna koloidalnego roztworu koloidalnej krzemionki zastosowany w spoiwie z koloidalnej krzemionki ma średnią wielkość cząstek 40 nm.

Ponadto nakłada się materiał „stucco” przynajmniej na formę wstępną powleczoną powłoką podstawową lub formę wstępną powleczoną żaroodporną powłoką dodatkową przed osuszeniem wspomnianej formy wstępnej powleczonej powłoką podstawową lub wspomnianej formy wstępnej powleczonej żaroodporną powłoką dodatkową.

Krzemian potasu jest obecny w ilości do 50% wagi koloidalnego roztworu krzemionki koloidalnej, oraz posiada średni rozmiar cząstek wynoszący 40 nm.

Krzemian potasu jest obecny w ilości 6-8% wagi koloidalnego roztworu krzemionki koloidalnej, oraz posiada średni rozmiar cząstek wynoszący 40 nm.

Krzemian potasu jest obecny w ilości 6% wagi spoiwa z koloidalnej krzemionki, oraz posiada średni rozmiar cząstek wynoszący 40 nm.

Sposób wytwarzania ceramicznej formy skorupowej do odlewania metodą traconego wosku, w którym nakłada się powłokę z podstawowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i koloidalne spoiwo, na jednorazowy wzorzec z termoplastycznego materiału w celu wytworzenia podstawowej powleczonej formy wstępnej, osusza się podstawową powleczoną formę wstępną. Nakłada się powłokę z żaroodpornej dodatkowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej, na wspomnianą podstawową powleczoną formę wstępną do utworzenia formy wstępnej z nałożonymi dodatkowymi powłokami. Ponadto osusza się formę wstępną z nałożonymi dodatkowymi żaroodpornymi powłokami, usuwa się termoplastyczną formę ze wspomnianej żaroodpornej powleczonej dodatkowymi powłokami formę wstępną do wytworzenia wyjściowej formy skorupowej, ogrzewa się wyjściową formę skorupową do temperatury wystarczającej do wytworzenia ceramicznej formy skorupowej. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że przynajmniej podstawowa zawiesina powłokowa lub dodatkowa zawiesina żaroodporna koloidalnego spoiwa jest mieszanką koloidalnego roztworu krzemionki koloidalnej o średnim rozmiarze cząstek 40 nm, koloidalnego roztworu krzemionki koloidalnej o średnim rozmiarze cząstek od 8 nm, oraz krzemianu potasu.

We wspomnianym koloidalnym spoiwie wspomniany koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej, posiadający średni rozmiar cząstek równy 40 nm, jest obecny w ilości od 10 do 87% wagi koloidalnego spoiwa, krzemian potasu jest obecny w ilości od 3 do 8% wagi koloidalnego spoiwa, a koloidalny roztwór o małym rozmiarze cząstek, których średni rozmiar cząstek wynosi 8 nm, jest obecny w koloidalnym spoiwie w ilości od 5 do 87% wagi koloidalnego spoiwa.

Sposób według wynalazku umożliwia szybkie wytwarzanie ceramicznej formy skorupowej na jednorazowym członie wsporczym, oraz otrzymywanych w taki sposób ceramicznych form skorupowych. Sposób wykorzystuje roztwór koloidalny krzemionki koloidalnej 0 dużym rozmiarze cząstek, równym średnio około 40 nm, należącym do zakresu 6 do 190 nm i o standardowym odchyleniu równym około 20 nm. Stosowany roztwór koloidalny o dużym rozmiarze cząstek to z korzyścią roztwór sprzedawany pod nazwą handlową Megasol™ przez Wesbond Corp., Wilmington, DE. Megasol™ charakteryzuje się średnim rozmiarem cząstek równym około 40 nm, zakresem wielkości cząstek od 6 do 190 nm, standardowym odchyleniem rozmiarów cząstek równym około 20 nm, zawartością sodu około 0,22% (w porównaniu z 0,4 do 0,6% w koloidalnych roztworach krzemionek koloidalnych według stanu techniki).

Sposób według wynalazku posiada liczne zalety dotyczące wytwarzania ceramicznych form skorupowych w porównaniu ze sposobami według stanu techniki. Na przykład, zastosowanie wodnego koloidalnego roztworu krzemionki koloidalnej Megasol™ umożliwia wytwa8

188 600 rzanie podstawowej ceramicznej formy skorupowej charakteryzującej się o od 40 do 70% większą wytrzymałością na naprężenia związane z temperaturą w porównaniu z podstawowymi ceramicznymi formami skorupowymi wykonanymi zgodnie ze stanem techniki, w których rozmiary cząstek są dużo mniejsze.

Kolejną zaletą niniejszego wynalazku jest fakt, że zawiesiny żaroodporne wykorzystujące Megasol™ mogą dostosowywać się do dużych zakresów rozszerzalności cieplnej formy skorupowej. Następną zaletą jest fakt, że zawiesiny żaroodporne wykorzystujące Megasol™ charakteryzują się zawartością stałych części koloidalnej krzemionki równą około 40 do 50% w zawiesinie żaroodpornej. Ta zawartość części stałych jest znacznie większa w porównaniu z zawartością części stałych koloidalnej krzemionki około 22 do 27% uzyskiwaną w zawiesinach żaroodpornych stosujących tradycyjne spoiwa z zawiesiny roztworu koloidalnego krzemionki o małych cząstkach. Większa zawartość części stałych koloidalnej krzemionki w zawiesinach żaroodpornych wykorzystujących Megasol™ z korzyścią umożliwia szybsze suszenie powłok podstawowych i żaroodpornych powłok dodatkowych.

Zastosowanie Megasol™ w przynajmniej jednej z zawiesin powłoki podstawowej i żaroodpornych powłok dodatkowych, z korzyścią w obu zawiesinach, zwiększa stabilność zawiesin, jak również zwiększa wytrzymałość ceramicznych form skorupowych. Wynalazek z korzyścią eliminuje powszechną praktykę przemysłową wykorzystywania polimeru w zawiesinach żaroodpornych lub wykorzystywania spoiwa wzbogacanego polimerem w zawiesinach żaroodpornych. Eliminacja polimerów powoduje usunięcie istniejącego w stanie techniki problemu wytwarzania ceramicznych form skorupowych o małej wytrzymałości na pękanie z powodu porowatości powstającej w czasie spalania polimeru w czasie prażenia w piecu. Niestosowanie polimerów pozwala również na przezwyciężenie istniejącego w stanie techniki problemu destabilizacji wraz z upływem czasu zawiesin żaroodpornych, jak również problemów związanych z kontrolą jakości zawiesin żaroodpornych.

Wykorzystujące Megasol™ powłoki podstawowe i powłoki dodatkowe ulegają osuszeniu o 30 do 40% szybciej niż powłoki podstawowe i powłoki dodatkowe wykorzystujące roztwory koloidalne krzemionki koloidalnej o mniejszym rozmiarze cząstek, zgodne ze stanem techniki. Dzięki temu proces suszenia może być skrócony, co zmniejsza koszty wytwarzania skorup.

Przykład realizacji wynalazku przedstawiony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok wytworzonego odlewu metalowego, fig. 2 - izometryczny widok podstawowej skorupy 10 przed usunięciem wzorca 1, a fig. 3 - izometryczny widok oczyszczonej z wosku, osuszonej podstawowej ceramicznej skorupy 20.

Duża różnorodność żaroodpornych drobin może być zastosowana wraz z Megasol™ do podstawowych żaroodpornych powłok zawiesinowych, jak również do dodatkowych żaroodpornych powłok zawiesinowych. Mogą to być na przykład (choć nie wyłącznie) mulit, wypalany kaolin i inne krzemiany tlenku glinu, szklista lub krystaliczna krzemionka, tlenek glinowy, cyrkon i chromit. Żaroodporne drobiny z korzyścią są wolne od zanieczyszczeń jonowych w ilościach, które mogłyby przyczyniać się do niestabilności żaroodpornych drobin i cieplnie wymuszanych zmian fazy, które mogą wystąpić w czasie odlewania metalu. Zgodnie ze stanem techniki, żaroodporne drobiny wolne od zanieczyszczeń w ilościach, które mogłyby przyczyniać się do niestabilności żaroodpornych drobin, mogą być wytwarzane poprzez oczyszczanie z lub bez wypalania.

Żaroodporne podstawowe zawiesiny powłokowe i żaroodporne dodatkowe zawiesiny powłokowe wykorzystują spoiwa z roztworu koloidalnego krzemionki o dużym rozmiarze cząstek, takie jak Megasol™, w których żaroodporne drobiny występują w ilościach wystarczających dla uzyskania pożądanej lepkości dla procesu zanurzania skorupy. Z korzyścią stosowany jest Megasol™ o obszarze powierzchniowym około 68 m²/g, średnim rozmiarze cząstki równym około 40 nm, zakresie rozmiarów cząstek od około 6 do około 190 nm, standardowym odchyleniu rozmiaru cząstek około 20 nm i zawartości sodu równej około 0,22%. Średni rozmiar cząstek Megasol™ jest wyliczany poprzez podzielenie liczby 2727 przez dany obszar powierzchniowy. Ilości Megasol™ i drobin żaroodpornych w zawiesinach żaroodpornych mogą zmieniać się w dużym zakresie.

Spoiwo z roztworu koloidalnego krzemionki Megasol™ posiada znacznie większy zakres wielkości cząstek i mniejszy charakterystyczny obszar powierzchniowy niż spoiwa z roz188 600 tworów koloidalnych krzemionki według stanu techniki. Spoiwo z roztworu koloidalnego krzemionki Megasol™ może być stosowane przy pH od około 8,0 do 10,0, z korzyścią przy pH od około 9,0 do 9,5. Spoiwo z roztworu koloidalnego krzemionki Megasol™ może być stosowane przy dającej się zmiareczkować zawartości Na₂0 równej około 0,02 do około 0,35%, korzystnie około 0,1 do około 0,25%. W najkorzystniejszym przypadku, spoiwo z roztworu koloidalnego krzemionki Megasol™ jest stosowane przy dającej się zmiareczkować zawartości Na₂O równej około 0,20 do, około 0,22%.

Spoiwa z roztworu koloidalnego krzemionki Megasol™ stosowane w niniejszym wynalazku mogą mieć różną zawartość cząstek stałych. Na przykład, Megasol™ może być stosowany przy zawartości cząstek stałych około 30 do około 50%, a z korzyścią 40 do około 47%. W najkorzystniejszym przypadku, Megasol™ jest stosowany przy 45% zawartości cząstek stałych w przynajmniej jednej z żaroodpornych podstawowych zawiesin powłokowych i żaroodpornych dodatkowych zawiesin powłokowych, z korzyścią zaś w obu tych zawiesinach.

Żaroodporne główne zawiesiny powłokowe i żaroodporne dodatkowe zawiesiny powłokowe są przygotowywane poprzez umieszczanie spoiwa z roztworu koloidalnego krzemionki Megasol™ w wannie z kąpielą płuczącą zawierającej czystą wodę oraz dodawanie materiału żaroodpornego w czasie mieszania. Mogą być zastosowane różne znane urządzenia mieszające w wannie z kąpielą płuczącą. Do urządzeń tego typu należą na przykład mieszarki typu śrubowego, młynki wstrząsowe, mieszarki rozpraszające dużej prędkości i mieszarki z zamocowanymi obrotowymi łopatkami.

Żaroodporny materiał jest dodawany w czasie mieszania, aż do osiągnięcia pożądanej lepkości. Dla żaroodpornych podstawowych zawiesin powłokowych lepkość ta wynosi typowo 18-30 sekund nr 4 Zahn, z korzyścią 20-30 sekund, a najlepiej 24-30 sekund. Odpowiednie lepkości dla dodatkowych żaroodpornych zawiesin powłokowych wykorzystujących Megasol™ i stopione żaroodporne drobiny krzemionki wynoszą około 10-18 sekund lepkości Zahn #4, z korzyścią około 10-14 Zahn #4, a najlepiej 12-15 Zahn #4. Po dodatkowym mieszaniu mającym na celu usunięcie uwięzionego powietrza i osiągnięcie równowagi, wykonywane jest końcowe dostosowanie lepkości poprzez dodanie odpowiedniego spoiwa z roztworu koloidalnego krzemionki Megasol™ lub materiału żaroodpornego. Niejonowe i anionowe środki powierzchniowo czynne mogą być również dodane do żaroodpornych zawiesin.

Wytwarzanie formy skorupowej rozpoczyna się nałożeniem trzech powłok żaroodpornej podstawowej zawiesiny powłokowej, która zawiera żaroodporne drobiny Megasol™, na czysty jednorazowy wzorzec, z korzyścią wzorzec woskowy. Wzorzec woskowy jest z korzyścią uformowany z wypełnionej lub niewypełnionej parafiny wykorzystywanej do odlewania metodą traconego wosku, lub z mikrokrystalicznego wosku. Wzorzec woskowy jest zanurzany w żaroodpornej podstawowej zawiesinie powłokowej, w celu powleczenia powierzchni wzorca ciągłą warstwą żaroodpornej podstawowej zawiesiny powłokowej, w całości odsączonej w celu usunięcia nadmiaru zawiesiny, następnie pokrywana cząstkami „stucco” wraz z podstawową żaroodporną powłoką „stucco”. Powstałe podstawowe powłoki mogą mieć grubość od 0,51 do 5,08 mm, z korzyścią 1,02 do 5,08 mm, a najlepiej 1,02 do 2,54 mm.

Mogą być zastosowane różne składy żaroodpornych podstawowych zawiesin powłokowych i żaroodpornych dodatkowych zawiesin powłokowych. Konkretne składy żaroodpornych podstawowych zawiesin powłokowych i żaroodpornych dodatkowych zawiesin powłokowych są wyznaczane zależnie od własności ceramicznej formy skorupowej przeznaczonej do wytwarzania odlewów metalowych o pożądanych wymiarach i wykończeniu powierzchni, wykonanej na podstawie jednorazowego wzorca.

Żaroodporna podstawowa zawiesina powłokowa wykorzystuje drobiny żaroodporne o mniejszym rozmiarze, zazwyczaj o numerze sita -200 lub drobniejsze, aż do numeru sita -325. Stosowane żaroodporne podstawowe zawiesiny powłokowe zawierają Megasol™ wraz z mieszanką stopionej krzemionki o numerze sita -200 i mąki cyrkonowej o numerze sita -325. Mąka cyrkonowa zapewnia dużą odpornością na działanie stopionego metalu. Mały rozmiar cząstek mąki cyrkonowej umożliwia również wytwarzanie odlewów posiadających gładkie drobiazgowe wykończenia powierzchniowe. Każda podstawowa powłoka jest pokrywana żaroodpornymi grubymi drobinami, zazwyczaj piaskiem cyrkonowym o numerze sita 20 do około 200, z korzyścią -70 do 140.

188 600

W żaroodpornych podstawowych zawiesinach powłokowych wykorzystujących Megasol™, stopioną krzemionkę i cyrkon, stopiona krzemionka z korzyścią ma rozmiar cząstek o numerze sita około -120 do około -200, a cyrkon ma z korzyścią. rozmiar cząstek o numerze sita około -325. Mogą być również stosowane rozmiary stopionej krzemionki o numerze sita około -100, około -120, około -140, około -170, około -270 i około -325. Rozmiary cząstek cyrkonu mogą mieć na przykład numer sita około -200, około -325 i około -400. Z korzyścią rozmiar cząstek cyrkonu posiada numer sita około -200. Niejonowe środki powierzchniowo czynne mogą być opcjonalnie dodawane do żaroodpornej podstawowej zawiesiny powłokowej. Szczególnie odpowiednie niejonowe środki powierzchniowo czynne to PS9400 udostępniany przez Buntrock Industries, Williamsburg, VA. Ten powierzchniowo czynny środek może być dodany do żaroodpornej podstawowej zawiesiny powłokowej w ilości do około 0,2% wagi spoiwa Megasol™. Ten środek powierzchniowo czynny zwiększa zdolność żaroodpornej podstawowej zawiesiny powłokowej do nawilżania wzorca woskowego, oraz wspomaga odsączanie.

Żaroodporne dodatkowe zawiesiny są nakładane na poddane obróbce przez cząstki „stucco” podstawowe powłoki, tak by utworzyć dodatkowe powłoki. Żaroodporne dodatkowe zawiesiny wykorzystują żaroodporne drobiny o większych rozmiarach niż te stosowane w żaroodpornych podstawowych zawiesinach powłokowych. W żaroodpornych dodatkowych zawiesinach, w których wykorzystywana jest krzemionka z Megasol™, stopiona krzemionka może mieć rozmiar cząstek o numerze sita około -80 do około -270, z korzyścią około -100 do około -200. W najkorzystniejszym przypadku stopiona krzemionka posiada cząstki o numerze sita około -100 do około -120. Każda dodatkowa powłoka jest pokrywana grubymi żaroodpornymi drobinami dla celu zwiększenia grubości skorupy dla zwiększenia jej wytrzymałości. Żaroodporne drobiny, jakie mogą być zastosowane do tego celu na powłokach dodatkowych, posiadają numer sita od około -10 do około 50, z korzyścią około -20 do około 50, a w najkorzystniejszym przypadku około -30 do około 50.

Powłoki dodatkowe są nakładane na pokryte cząstkami „stucco” podstawowe powłoki do momentu aż skorupa osiągnie wymaganą grubość i wytrzymałość. Liczba nakładanych dodatkowych powłok zależy od rozmiaru i wagi odlewu metalowego, który ma być formowany w ceramicznej skorupie. Grubość ceramicznej skorupy wynosząca około 5,08 do 12,7 mm jest wystarczająca dla większości odlewów. Dwie podstawowe powłoki i cztery do pięciu dodatkowych powłok prowadzi do uzyskania podstawowej skorupy o grubości 6,3 5mm, która posiada odporność wystarczającą do wytrzymywania procesu oczyszczania z wosku i prażenia w piecu.

W alternatywnym przykładzie realizacji, przejściowy żaroodporny materiał „stucco”, z korzyścią cyrkon lub glinokrzemian o rozmiarze cząstek będącym wartością średnią pomiędzy drobnymi cząstkami „stucco” podstawowej powłoki i grubymi cząstkami „stucco” dodatkowej powłoki, może być nakładany na podstawowa powłokę pokrytego cząstkami „stucco” jednorazowego wzorca przed nałożeniem powłoki z żaroodpornej dodatkowej zawiesiny. Przejściowa powłoka „stucco” może być zastosowana w celu dodania wytrzymałości wyjściowej skorupie i minimalizacji możliwości wystąpienia rozwarstwienia pomiędzy ostatnią powłoka podstawowej zawiesiny powłokowej i pierwszą powłoką żaroodpornej dodatkowej zawiesiny. Wyjściowa skorupa jest osuszana przy około 33,3 do około 50°C, z korzyścią około 38,9 do około 41,7°C. Osuszanie może być wykonywane w przyspieszonych warunkach przy niskiej wilgotności i wysokiej temperaturze, oraz przy szybkim ruchu powietrza.

Czas osuszania pomiędzy nakładaniem kolejnych podstawowych powłok i dodatkowych powłok zależy od złożoności kształtu jednorazowego wzorca. Jednorazowe wzorce o głębszych wnękach, w których przepływ powietrza jest minimalny, mogą wymagać dłuższego czasu do osuszenia. Proste wzorce posiadające płaskie boki schną szybciej. Podstawowe powłoki i dodatkowe powłoki uformowane z żaroodpornych zawiesin wykorzystujących Megasol™ schną około 30 do 40% szybciej niż żaroodporne zawiesiny zgodne ze standardami przemysłowymi, które wykorzystują spoiwa z roztworów koloidalnych krzemionek o znacznie mniejszych rozmiarach cząstek oraz zawierających mniejsze ilości wody.

Wyjściowe ceramiczne formy skorupowe mogą być oczyszczane z wosku poprzez zanurzenie we wrzącej wodzie, autoklawowanie parowe i oczyszczanie płomieniem, jak jest to znane ze stanu techniki. Autoklawowanie parowe może być wykorzystywane poprzez wykorzystanie jak najwyższego ciśnienia pary, z korzyścią około 414 kPa, a w korzystniejszym

188 600

U przypadku około 552-621 kPa, przez jak najszybsze zamknięcie i zwiększenie ciśnienia w autoklawie, z korzyścią w mniej niż 15 do 20 sekund, wystawienie osuszonej powietrzem wyjściowej skorupy na działanie pary na około 10 do 15 minut, oraz powolne rozhermetyzowanie autoklawu przez około 30 do 60 sekund.

Oczyszczanie płomieniowe może być wykonywane poprzez umieszczenie osuszonej powietrzem wyjściowej formy skorupowej w piecu o temperaturze około 555,6 do około 1055,6°C. Przy tych temperaturach wosk przy ścianie ceramicznej skorupy gwałtownie topi się, tak że ciśnienie spowodowane rozszerzaniem się wosku nie powoduje pęknięcia ceramicznej skorupy. Ceramiczna skorupa może być następnie przeniesiona do strefy o niższej temperaturze około 111,1 do 333,3°C, w celu dokończenia procesu usuwania wosku. Stopiony wosk może być odsączany przez dolny otwór w komorze topienia w kąpieli wodnej lub w zbiorniku odzyskowym.

Prażenie w piecu obejmuje ogrzewanie oczyszczonej z wosku właśnie utworzonej ceramicznej formy skorupowej do około 888,9 do 1111,1 °C w celu usunięcia lotnych pozostałości i wytworzenia ceramicznej formy skorupowej o wysokiej wytrzymałości poprzez uformowanie stabilnych ceramicznych wiązań w wyniku spiekania. Oczyszczona z wosku ceramiczna forma skorupowa jest pozostawiona w piecu do osiągnięcia równowagi cieplnej, po czym jest wyjmowana z pieca i zalewana odpowiednim stopionym metalem.

Przykład 1

Wzorzec woskowy 1 w postaci sztabki o wymiarach 203,2 mm na 22,2mm na 9,5 mm, taki jak pokazano na fig. 1, jest zanurzany w zawiesinie żaroodpornej o składzie podanym w tabeli 1. Dla wygody, ta sama zawiesina jest zastosowana do wykonania podstawowych i dodatkowych powłok

Tabela 1

Materiał	Ilość
Megasol™1	1000 g
Tecosil 120F2	1500 g
Zircon 325³	400 g
Środek powierzchniowo czynny PS94004	2ml

Przy czym ¹ spoiwo z koloidalnego roztworu krzemionki Megasol™ posiada 50% zawartość części stałych, ² stopiona krzemionka z C-E Minerals posiada cząstki o rozmiarze 44-177 mikrometrów, ³ wypalany cyrkon florydzki z Continental Minerals posiada cząstki o numerze sita -325, ⁴ niejonowy środek powierzchniowo czynny jest udostępniany przez Buntrock Industries, Williamsburg, VA. PS9400 jest polieksyetylanowym alkoholem decylowym o ciężarze właściwym równym około 1.0.

Wzorzec woskowy 1 jest zanurzany w zawiesinie żaroodpornej na 5 sekund, po czym jest wyjmowany i odsączany przez 10 sekund w celu utworzenia się pierwszej podstawowej powłoki. Piasek cyrkonowy o numerze sita -70 do 140, udostępniany przez DuPont Corp., jest nakładany jako drobiny „stucco” na pierwszą podstawową powłokę. Następnie sztabka wzorca jest osuszana przez około godzinę, po czym jest ponownie zanurzana w zawiesinie żaroodpornej na 5 sekund w celu uformowania drugiej podstawowej zawiesiny, po czym ponownie jest poddawana procesowi nakładania drobin „stucco” w postaci piasku cyrkonowego o numerze sita od -70 do 140.

Wzorzec woskowy 1 posiadający nałożone dwie podstawowe powłoki pokryte drobinami „stucco” jest zanurzany w zawiesinie żaroodpornej na 5 sekund oraz odsączany przez 10 sekund w celu utworzenia pierwszej dodatkowej powłoki. Pierwsza żaroodporna dodatkowa powłoka jest następnie poddawana procesowi nakładania drobin „stucco” w postaci stopionej krzemionki Tecosil o numerze sita -30 do 50, udostępnianej przez C-E Minerals. Dodatkowa powłoka z nałożonymi drobinami „stucco” jest następnie osuszana przez jedną godzinę. Proces ten jest powtarzany dla uzyskania całkowitej liczby pięciu dodatkowych powłok z nałożonymi drobinami „stucco” w postaci stopionej krzemionki Tecosil. Po nałożeniu każdej podstawowej powłoki i żaroodpornej dodatkowej powłoki, pionowe boki 5 wzorca 1 są zeskro12

188 600 bywane w celu usunięcia powłok i drobin „stucco”. Wynikowa wyjściowa ceramiczna skorupa 10 uformowana na wzorcu 1, posiadająca dwie warstwy podstawowych powłok z nałożonym piaskiem cyrkonowym i pięć warstw dodatkowych powłok, w których drobinami „stucco” jest krzemionka Tecosil o numerze sita -30 do 50, udostępniana przez C-E Mińerals, jak pokazano na fig. 2, jest ponownie zanurzana w zawiesinie żaroodpornej w celu zapewnienia szczelnej powłoki. Szczelna powłoka nie jest usuwana z boków wzorca 1.

Powleczona szczelną powłoką wyjściowa skorupa ceramiczna jest osuszana przez całą noc w temperaturze 38,9-41,l°C. Osuszona wyjściowa skorupa ceramiczna jest zanurzana we wrzącej wodzie, w celu usunięcia wzorca 1. Wynikowa, oczyszczona z wosku, osuszona wyjściowa skorupa ceramiczna, pokazana na fig. 3, jest cięta wzdłużnie i pozostawiona przez noc do wyschnięcia. Odcinek wyjściowej skorupy ceramicznej o rozmiarze 25,4 mm szerokości na

152,4 mm długości na 7,6 mm grubości jest testowany ze względu na wytrzymałość przez obciążenie odcinka dwucalowym przęsłem, tak by uzyskać ugięcie. Moduł pękania („MOR”) wyjściowej skorupy ceramicznej jest obliczany na podstawie wzoru

R = (3WI) (2bd²) gdzie R = moduł pękania w kPa,

W = obciążenie w kg, przy którym próbka uległa ugięciu,

I = odległość (rozpiętość przęsła) w mm pomiędzy liniami środkowymi dolnych krawędzi oporowych, b = szerokość próbki w mm, d = głębokość próbki w mm.

Moduł pękania jest pokazany w tabeli 2.

Odcinek wyjściowej skorupy ceramicznej o rozmiarze 25,4 mm szerokości na 152,4 mm długości na 7,6 mm grubości jest wypalany w temperaturze 1000°C. Następnie wykonywane jest oszacowanie wytrzymałości wypalonego odcinka poprzez obciążenie tego odcinka dwucalowym przęsłem aż do uzyskania ugięcia, tak jak to opisano powyżej. Moduł pękania („MOR”) wypalonej ceramicznej skorupy jest obliczany zgodnie z powyższym wzorem. Wyniki są przedstawione w tabeli 2.

Przykład 2

Procedura z przykładu 1 została powtórzona z wyjątkiem tego, że Megasol™ został rozcieńczony wodą w celu uzyskania koloidalnej krzemionki o 45% zawartości części stałych. MOR jest mierzony tak jak w przykładzie 1.

Przykład 3

Procedura z przykładu 1 została powtórzona z wyjątkiem tego, że Megasol™ został rozcieńczony wodą w celu uzyskania koloidalnej krzemionki o 40% zawartości części stałych. MOR jest mierzony tak jak w przykładzie 1.

Przykład 4

Procedura z przykładu 1 została powtórzona z wyjątkiem tego, że Megasol™ został rozcieńczony wodą w celu uzyskania koloidalnej krzemionki o 35% zawartości części stałych. MOR jest mierzony tak jak w przykładzie 1.

Przykład 5

Procedura z przykładu 1 została powtórzona z wyjątkiem tego, że został zastosowany Mulgrain M47-22S, który posiada cząstki o numerze sita -20 do +50, pełniący rolę stopionej krzemionki Tecosil o numerze sita -30 do +50. Mulgrain M47-22S jest udostępniany przez CE Minerals Co. MOR jest mierzony tak jak w przykładzie 1.

Przykład 6

Procedura z przykładu 5 została powtórzona z wyjątkiem tego, że Megasol™ został rozcieńczony wodą w celu uzyskania koloidalnej krzemionki o 45% zawartości części stałych. MOR jest mierzony tak jak w przykładzie 1.

Przykład 7

Procedura z przykładu 5 została powtórzona z wyjątkiem tego, że Megasol™ został rozcieńczony wodą w celu uzyskania koloidalnej krzemionki o 40% zawartości części stałych. MOR jest mierzony tak jak w przykładzie 1.

188 600

Przykład 8

Procedura z przykładu 1 została powtórzona z wyjątkiem tego, że roztwór koloidalny krzemionki koloidalnej NYACOL 830, o średnim rozmiarze cząstek około 8 nm oraz o zawartości części stałych wynoszącej 30%, zastąpił koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej Megasol™ o zawartości części stałych 50%. NYACOL 830 jest udostępniany przez EKA Chemicals Co. MOR jest mierzone tak jak w przykładzie 1.

Przykład 9

Procedura z przykładu 8 została powtórzona z wyjątkiem tego, że NYACOL 830 jest rozcieńczony wodą dla uzyskania koloidalnej krzemionki o zawartości części stałych 24%. MOR jest mierzony tak jak w przykładzie 1.

Przykład 10

Procedura z przykładu 8 została powtórzona z wyjątkiem tego, że zamiast stopionej krzemionki Tecosil o numerze sita -30 do +50 zastosowano Mulgrain M47-22S o numerze sita -20 do +50. MOR jest mierzony tak jak w przykładzie 1.

Przykład 11

Procedura z przykładu 10 została powtórzona z wyjątkiem tego, że NYACOL 830 jest rozcieńczony wodą dla uzyskania koloidalnej krzemionki o zawartości części stałych 27%. MOR jest mierzony tak jak w przykładzie 1.

Przykład 12

Procedura z przykładu 10 została powtórzona z wyjątkiem tego, że NYACOL 830 jest rozcieńczony wodą dla uzyskania koloidalnej krzemionki o zawartości części stałych 24%. MOR jest mierzony tak jak w przykładzie 1.

Dla zilustrowania czasów schnięcia uzyskiwanych przy zastosowaniu Megasol™ porównywane są całkowite czasy suszenia dla pięciu powłok dodatkowych nakładanych w przykładach 1 i 8. Czas suszenia jest mierzony przy pomocy termoogniwa dołączonego do próbek. „Pace Scientific Pocket Logger” (naukowy kieszonkowy rejestrator krokowy), model XR340, zapisywał czas względem temperatury. Każda powłoka jest uważana za suchą, gdy jej temperatura jest o 2 stopnie różna od temperatury otoczenia. Temperatura otoczenia wynosi 38,9 ± 2,8°C, a względna wilgotność wynosi 30 ± 5%. Wyniki przedstawiono w tabeli 2. Zgodnie z tymi wynikami dodatkowe powłoki uformowane z żaroodpornych zawiesin wykorzystujących Megasol™ o zawartości części stałych 50% schną w 67% czasu wymaganego do wyschnięcia 5 dodatkowych powłok uformowanych z żaroodpornych zawiesin wykorzystujących NYACOL 830.

Tabela 2

Przykład	Megasol™ Zawartość części stałych spoiwa (%)	NYACOL 830 Zawartość części stałych spoiwa (%)	Dodatkowe „stucco”	MOR- wyjściowy kPa	MOR - po wypaleniu kPa
1	2	3	4	5	6
1*	50	-	Stopiona krzemionka, numer sita 30-50	4892	9205
2 *	45	-	Stopiona krzemionka, numer sita 30-50	6603	10171
3*	40	-	Stopiona krzemionka, numer sita 30-50	5755	8487
4*	35	-	Stopiona krzemionka, numer sita 30-50	4961	8494
5*	50	-	Mulgrain M47-22S, numer sita 20-50	5520	4830
6*	45	-	Mulgrain M47-22S, numer sita 20-50	6452	6610

188 600 cd. tabeli 2

1	2	3	4	5	6
7*	40	-	Mulgrain M47-22S, numer sita 20-50	6369	5906
8**	-	30	Stopiona krzemionka, numer sita 30-50	3360	5203
9**	-	24	Stopiona krzemionka, numer sita 30-50	4175	3795
10**	-	30	Mulgrain M47-22S, numer sita 20-50	3243	4250
11**	-	27	Mulgrain M47-22S, numer sita 20-50	4416	4326
12**	-	24	Mulgrain M47-22S, numer sita 20-50	4540	3940

1. Moduł pękania po wypaleniu jest otrzymywany po wypaleniu skorupy w temperaturze 1000°C przez 1 godzinę. * Całkowity czas schnięcia dla 5 dodatkowych powłok wynosi 141 minut.

** Całkowity czas schnięcia dla 5 dodatkowych powłok wynosi 236 minut.

Poniższe przykłady ilustrują zwiększanie wytrzymałości ceramicznych form skorupowych dzięki zastosowaniu żaroodpornych zawiesin wykorzystujących Megasol™ w porównaniu z ceramicznymi skorupami wykonanymi z żaroodpornych zawiesin wykorzystujących koloidalne roztwory krzemionki o średnim rozmiarze cząstek 14 nm i 20 nm. Wyniki przedstawiono w tabeli 3.

Przykład 13

Procedura z przykładu 1 została powtórzona z wyjątkiem tego, że Megasol™ o średniej zawartości części stałych 50% został zastąpiony przez koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej Ludox® HS 40 o średnim rozmiarze cząstek 14 nm i zawartości części stałych koloidalnej krzemionki 35%. Ludox® HS 40 jest udostępniany przez E.I. DuPont deNemours, Inc. MOR wyjściowy i po wypaleniu zmierzono tak jak w przykładzie 1.

Przykład 14

Procedura z przykładu 13 została powtórzona z wyjątkiem tego, że koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej Ludox® HS 40 posiada zawartość części stałych koloidalnej krzemionki 40%. MOR wyjściowy i po wypaleniu zmierzono tak jak w przykładzie 1.

Przykład 15

Procedura z przykładu 1 została powtórzona z wyjątkiem tego, że Megasol™ o średniej zawartości części stałych 50% został zastąpiony przez koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej Ludox® TM o średnim rozmiarze cząstek 20 nm i zawartości części stałych koloidalnej krzemionki 35%. Ludox® HS 40 jest udostępniany przez E.I. DuPont deNemours, Inc. MOR wyjściowy i po wypaleniu zmierzono tak jak w przykładzie 1.

Przykład 16

Procedura z przykładu 14 została powtórzona z wyjątkiem tego, że koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej Ludox® TM posiada zawartość części stałych koloidalnej krzemionki 40%. MOR wyjściowy i po wypaleniu zmierzono tak jak w przykładzie 1.

Przykład 17

Procedura z przykładu 1 została powtórzona z wyjątkiem tego, że koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej Megasol™ posiada zawartość części stałych 35%. MOR wyjściowy i po wypaleniu zmierzono tak jak w przykładzie 1.

Przykład 18

Procedura z przykładu 1 została powtórzona z wyjątkiem tego, że koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej Megasol™ posiada zawartość części stałych 40%. MOR wyjściowy i po wypaleniu zmierzono tak jak w przykładzie 1.

188 600

Tabela 3

Przykład	Megasol™ Zawartość części stałych spoiwa (%)	Ludox® HS 40 Zawartość części stałych spoiwa (%)	Ludox® TM40 Zawartość części stałych spoiwa (%)	MOR- wyjściowy kPa	MOR - po wypaleniu kPa
13	-	35	-	2415	2243
14	-	40	-	1725	1587
15	-	-	35	2760	5382
16	-	-	40	2243	4140
17	35	-	-	4485	7004
18	40	-	-	5658	1535

W kolejnym przykładzie realizacji wynalazku, jak to pokazano w przykładach 19-20, krzemian potasu został wymieszany z Megasol™. Mieszanka krzemianu potasu i Megasol™ jest obecna przynajmniej w powłoce podstawowej lub powłoce dodatkowej. Z korzyścią, mieszanka krzemianu potasu i Megasol™ jest obecna w składzie tak powłoki podstawowej, jaki i powłoki dodatkowej. W każdej z tych powłok krzemian potasu może być obecny w ilości do 50% wagi Megasol™. Z korzyścią, krzemian potasu jest obecny w ilości około 6-8% wagi Megasol™, a najlepiej około 6%.

Przykład 19

Procedura z przykładu została powtórzona z wyjątkiem tego, że zawiesina żaroodporna zastosowana w powłokach podstawowych i dodatkowych ma skład taki jak przedstawiono w tabeli 4. Megasol™ przedstawiony w tabeli 4 charakteryzuje się zawartością cząstek stałych 40%.

Tabela 4

Materiał	Ilość
Megasol™¹	700 g
Krzemionka o numerze sita 4002	1375 g
Środek powierzchniowo czynny PS94003	2 ml
Krzemian potas©	16,8 g

Przy czym ¹ spoiwo z koloidalnego roztworu krzemionki Megasol™ z Wesbond Corp. posiada 50% zawartość części stałych, ² stopiona krzemionka, ³ środek powierzchniowo czynny jest udostępniany przez Buntrock Industries, Williamsburg, VA, ⁴ krzemian potasu Kasil jest udostępniany przez PQ Corporation. Stosunek wagowy SO2/K2O wynosi 2,5, 8,3% to K20,20,8% to SiO2, a 29,1% to części stałe.

MOR wyjściowy i po wypaleniu zmierzono tak jak w przykładzie 1. MOR wyjściowy wyniósł 6300 kPa, a MoR po wypaleniu wyniósł 9826 kPa.

Przykład 20

Procedura z przykładu 19 została powtórzona z wyjątkiem tego, ze podstawowe i dodatkowe powłoki mają skład taki jak pokazano w tabeli 5.

188 600

Tabela 5

Materiał	Ilość
Megasol™¹	700 g
Krzemionka o numerze sita 1402	1375 g
Środek powierzchniowo czynny PS94003	2 ml
Krzemian potasU	22,4 g

Przy czym ¹ spoiwo z koloidalnego roztworu krzemionki Megasol™ z Wesbond Corp. posiada 40% zawartość części stałych ² stopiona krzemionka, ³ środek powierzchniowo czynny jest udostępniany przez Buntrock Industries, Williamsburg, VA, ⁴ krzemian potasu Kasil jest udostępniany przez PQ Corporation. Stosunek wagowy SiO2/K^O wynosi 2,5, 8,3% to K2O, 20,8% to SiO2, a 29,1% to części stałe.

MOR wyjściowy i po wypaleniu zmierzono tak jak w przykładzie 1. MOR wyjściowy wyniósł 6293 kPa, a MoR po wypaleniu wyniósł 9398 kPa.

Zgodnie z kolejnym przykładem realizacji wynalazku, pokazanym w nie ograniczających przykładach 21-24, komercyjnie dostępny koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej o małych cząstkach jest mieszany z Megasol™. Mieszanka koloidalnego roztworu krzemionki koloidalnej i Megasol™ jest obecna przynajmniej w podstawowej powłoce lub dodatkowej powłoce. Z korzyścią, mieszanka koloidalnego roztworu krzemionki koloidalnej i Megasol™ jest obecna w składzie tak powłoki podstawowej jaki i powłoki dodatkowej. W każdej z tych powłok komercyjnie dostępny koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej o małych cząstkach może być obecny w ilości około 18 do 85% wagi Megasol™.

Szczególnie odpowiedni koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej o małych cząstkach, który może być mieszany z Megasol™, został wcześniej opisany jako udostępniany przez EKA Chemicals Co. NYACOL 830, charakteryzujący się średnim rozmiarem cząstek 8 nm i zawartością części stałych krzemionki 24%. Innym odpowiednim koloidalnym roztworem krzemionki koloidalnej o małych cząstkach, który może być mieszany z Megasol™ zgodnie z tym przykładem realizacji, jest roztwór o średnim rozmiarze cząstek około 12 nm, 14 nm, 20 nm i 22 nm.

Przykład 21

Procedura z przykładu 1 została powtórzona z wyjątkiem tego, że zawiesina żaroodporna zastosowana do podstawowych i dodatkowych powłok posiada skład pokazany w tabeli 6. Megasol™ przedstawiony w tabeli 6 posiada zawartość części stałych 50%.

Tabela 6

Materiał	Ilość
Megasol™¹	1000 g
Tecosil 120F2	1500 g
Zircon 3253	400 g
Środek powierzchniowo czynny PS94004	2 ml
NYACOL 83O⁵	562 g

Przy czym ¹ spoiwo z koloidalnego roztworu krzemionki Megasol™ posiada 50% zawartość części stałych i jest udostępniane przez Wesbond Corp, stopiona krzemionka, wypalany cyrkon florydzki udostępniany przez Continental Minerais posiada cząstki o numerze sita -325, środek powierzchniowo czynny jest udostępniany przez Buntrock Industries, Williamsburg, VA, ⁵ NYACOL 830 posiada zawartość cząstek stałych 24% i jest udostępniany przez EKA Chemicals Co.

188 600

MOR wyjściowy i po wypaleniu zmierzono tak jak w przykładzie 1. MOR wyjściowy wyniósł 5106 kPa, a MoR po wypaleniu wyniósł 11164 kPa.

Przykład 22

Procedura z przykładu 21 została powtórzona z wyjątkiem tego, że Megasol™ jest obecny w ilości 172 g, a NYACOL 830 jest obecny w ilości 490 g.

MOR wyjściowy i po wypaleniu zmierzono tak jak w przykładzie 1. MOR wyjściowy wyniósł 6003 kPa, a MoR po wypaleniu wyniósł 10302 kPa.

Przykład 23

Procedura z przykładu 21 została powtórzona z wyjątkiem tego, że Megasol™ jest obecny w ilości 542 g, a NYACOL 830 jest obecny w ilości 120 g.

MOR wyjściowy i po wypaleniu zmierzono tak jak w przykładzie 1. MOR wyjściowy wyniósł 5920 kPa, a MoR po wypaleniu wyniósł 11509 kPa.

Zgodnie z kolejnym przykładem realizacji wynalazku, pokazanym w nie ograniczających przykładach 24-26, koloidalne spoiwo wykorzystujące krzemian potasu, komercyjnie dostępny koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej o małych cząstkach i Megasol™, jest obecne przynajmniej w podstawowej powłoce lub dodatkowej powłoce. Z korzyścią, koloidalne spoiwo jest obecne w składzie tak powłoki podstawowej jaki i powłoki dodatkowej. W każdej z tych powłok, krzemian potasu, komercyjnie dostępny koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej o małych cząstkach i Megasol™ mogą być obecne w koloidalnym spoiwie w różnych ilościach. Megasol™ może być obecny w koloidalnym spoiwie w ilości od 10 do 87% wagi koloidalnego spoiwa, krzemian potasu może być obecny w koloidalnym spoiwie w ilości od 3 do 8% wagi koloidalnego spoiwa, komercyjnie dostępny koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej o małych cząstkach może być obecny w koloidalnym spoiwie w ilości od 5 do 87% wagi koloidalnego spoiwa. W tym przykładzie realizacji, krzemian potasu jest z korzyścią krzemianem potasu Kasil udostępnianym przez PQ Corporation. Krzemian potasu Kasil posiada stosunek wagowy Si02/K₂0 równy2,5, 8,3% K₂O, 20,8% S1O2, i 29,1% części stałych. Ponadto, w tym przykładzie realizacji wynalazku koloidalnym roztworem krzemionki koloidalnej o małych cząstkach jest NYACOL 830, którego średnia wielkość cząstek wynosi 8 nm oraz który zawiera 24% części stałych krzemionki i jest udostępniany przez EKA Chemicals Co.

Przykład 24

Procedura z przykładu 1 została powtórzona z wyjątkiem tego, że zawiesina żaroodporna zastosowana do podstawowych i dodatkowych powłok posiada skład pokazany w tabeli 7.

Tabela 7

Materiał	Ilość
Spoiwo koloidalne™¹	1000 g
Tecosil 120F2	1500 g
Zircon 3253	400 g
Środek powierzchniowo czynny PS94004	2 ml

Przy czym ¹ mieszanka Megasol™ o zawartości cząstek stałych 50% i udostępniana przez Wesbond Corp., krzemianu potasu Kasil oraz NYACOL 830, ma taki skład, że Megasol™ jest obecny w ilości 87% wagi koloidalnego spoiwa, Kasil jest obecny w ilości około 8% wagi koloidalnego spoiwa, a NYACOL 830 jest obecny w ilości około 5% wagi koloidalnego spoiwa, ² stopiona krzemionka, udostępniana przez C-E Minerals, posiada cząstki o rozmiarze 44-177 mikrometrów, ³ wypalany cyrkon florydzki udostępniany przez Continental Minerals posiada cząstki o numerze sita -325, ⁴ środek powierzchniowo czynny jest udostępniany przez Buntrock Industries, Williamsburg, VA.

Przykład 25

Procedura z przykładu 24 została powtórzona z wyjątkiem tego, że w spoiwie koloidalnym Megasol™ jest obecny w ilości 10% wagi koloidalnego spoiwa, Kasil jest obecny w ilości około 3% wagi koloidalnego spoiwa, a NYACOL 830 jest obecny w ilości około 87% wagi koloidalnego spoiwa.

188 600

Przykład 26

Procedura z przykładu 24 została powtórzona z wyjątkiem tego, że w spoiwie koloidal nym Megasol™ jest obecny w ilości 57% wagi koloidalnego spoiwa, Kasil jest obecny w ilo ści około 5% wagi koloidalnego spoiwa, a NYACOL 830 jest obecny w ilości około 38% wa gi koloidalnego spoiwa.

Claims

1. Sposób wytwarzania ceramicznej formy skorupowej do odlewania metodą traconego wosku, w którym nakłada się powłokę z podstawowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i roztwór koloidalny krzemionki koloidalnej, na jednorazowy wzorzec z termoplastycznego materiału do wytworzenia podstawowej powleczonej formy wstępnej, osusza się podstawową powleczoną formę wstępną, nakłada się przynajmniej jedną powłokę z żaroodpornej dodatkowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej, na wspomnianą podstawową powleczoną formę wstępną w celu utworzenia formy wstępnej z nałożonymi dodatkowymi powłokami, osusza się formę wstępną z nałożonymi dodatkowymi żaroodpornymi powłokami, usuwa się termoplastyczny wzorzec ze wspomnianej żaroodpornej powleczonej dodatkowymi powłokami formy wstępnej do wytworzenia wyjściowej formy skorupowej, ogrzewa się wyjściową formę skorupową do temperatury wystarczającej do wytworzenia ceramicznej formy skorupowej, znamienny tym, że przynajmniej podstawowa zawiesina powłokowa lub dodatkowa zawiesina żaroodporna roztworu koloidalnego ma średnią wielkość cząstek 40 nm.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto nakłada się materiał „stucco” przynajmniej na formę wstępną powleczoną powłoką podstawową lub formę wstępną powleczoną żaroodporną powłoką dodatkową przed osuszeniem wspomnianej formy wstępnej powleczonej powłoką podstawową lub wspomnianej formy wstępnej powleczonej żaroodporną powłoką dodatkową.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej posiada zakres rozmiaru cząstek od 6 do 190 nm.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej posiada standardowe odchylenie cząstek równe 20 nm.

5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że koloidalny roztwór ma zawartość sodu od 0,02 do 0,35%.

6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że koloidalny roztwór krzemionki ma zawartość części stałych od 30% do 50%.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że koloidalny roztwór krzemionki ma zawartość części stałych równą 40%.

8. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że podstawowa zawiesina żaroodporna zawiera żaroodporne drobiny wybrane z grupy składającej się ze stopionej krzemionki i cyrkonu, przy czym średni rozmiar tych żaroodpornych drobin ma rozmiar o numerze sita od -200 do -350.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że żaroodporna dodatkowa zawiesina powłokowa zawiera stopioną krzemionkę, której cząstki mają rozmiar o numerze sita od -80 do -270.

10. Sposób wytwarzania ceramicznej formy skorupowej do odlewania metodą traconego wosku, w którym nakłada się powłokę z podstawowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i koloidalne spoiwo zawierające koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej i krzemian potasu, na jednorazowy wzorzec z termoplastycznego materiału do wytworzenia podstawowej powleczonej formy wstępnej, osusza się podstawową powleczoną formę wstępną, nakłada się powłokę z żaroodpornej dodatkowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej, na wspomnianą podstawową powleczoną formę wstępną do utworzenia formy wstępnej z nałożonymi dodatkowymi powłokami, osusza się formę wstępną z nałożonymi dodatkowymi żaroodpornymi powłokami, usuwa się termoplastyczną formę ze wspomnianej żaroodpornej powleczonej dodatkowymi powłokami formy wstępnej do wytworzenia wyjściowej formy skorupowej, ogrzewa się wyjściową formę skorupową do temperatury wystarczającej do wytworzenia ce188 600 ramicznej formy skorupowej, znamienny tym, że przynajmniej podstawowa zawiesina powłokowa lub dodatkowa zawiesina żaroodporna koloidalnego roztworu koloidalnej krzemionki zastosowanego w spoiwie z koloidalnej krzemionki ma średnią wielkość cząstek 40 nm.

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że ponadto nakłada się materiał „stucco” przynajmniej na formę wstępną powleczoną powłoką podstawową lub formę wstępną powleczoną żaroodporną powłoką dodatkową przed osuszeniem wspomnianej formy wstępnej powleczonej powłoką podstawową lub wspomnianej formy wstępnej powleczonej żaroodporną powłoką dodatkową.

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że krzemian potasu jest obecny w ilości do 50% wagi koloidalnego roztworu krzemionki koloidalnej, oraz posiada średni rozmiar cząstek wynoszący 40 nm.

13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że krzemian potasu jest obecny w ilości 6-8% wagi koloidalnego roztworu krzemionki koloidalnej, oraz posiada średni rozmiar cząstek wynoszący 40 nm.

14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że krzemian potasu jest obecny w ilości 6% wagi spoiwa z koloidalnej krzemionki, oraz posiada średni rozmiar cząstek wynoszący 40 nm.

15. Sposób wytwarzania ceramicznej formy skorupowej do odlewania metodą traconego wosku, w którym nakłada się powłokę z podstawowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i koloidalne spoiwo, na jednorazowy wzorzec z termoplastycznego materiału w celu wytworzenia podstawowej powleczonej formy wstępnej, osusza się podstawową powleczoną formę wstępną, nakłada się powłokę z żaroodpornej dodatkowej zawiesiny powłokowej, zawierającej materiał żaroodporny i koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej, na wspomnianą podstawową powleczoną formę wstępną do utworzenia formy wstępnej z nałożonymi dodatkowymi powłokami, osusza się formę wstępną z nałożonymi dodatkowymi żaroodpornymi powłokami, usuwa się termoplastyczny wzorzec ze wspomnianej żaroodpornej powleczonej dodatkowymi powłokami formy wstępnej do wytworzenia wyjściowej formy skorupowej, ogrzewa się wyjściową formę skorupową do temperatury wystarczającej do wytworzenia ceramicznej formy skorupowej, znamienny tym, że przynajmniej podstawowa zawiesina powłokowa lub dodatkowa zawiesina żaroodporna koloidalnego spoiwa jest mieszanką koloidalnego roztworu krzemionki koloidalnej o średnim rozmiarze cząstek 40 nm, koloidalnego roztworu krzemionki koloidalnej o średnim rozmiarze cząstek od 8 nm, oraz krzemianu potasu.

16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że ponadto nakłada się materiał „stucco” przynajmniej na formę wstępną powleczoną powłoką podstawową lub formę wstępną powleczoną żaroodporną powłoką dodatkową przed osuszeniem wspomnianej formy wstępnej powleczonej powłoką podstawową lub wspomnianej formy wstępnej powleczonej żaroodporną powłoką dodatkową.

17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że we wspomnianym koloidalnym spoiwie wspomniany koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej, posiadający średni rozmiar cząstek równy 40 nm, jest obecny w ilości od 10 do 87% wagi koloidalnego spoiwa, krzemian potasu jest obecny w ilości od 3 do 8% wagi koloidalnego spoiwa, a koloidalny roztwór o małym rozmiarze cząstek, których średni rozmiar cząstek wynosi 8 nm, jest obecny w koloidalnym spoiwie w ilości od 5 do 87% wagi koloidalnego spoiwa.