PL202025B1

PL202025B1 - Sposób wytwarzania formy do odlewania metodą traconego wosku

Info

Publication number: PL202025B1
Application number: PL362994A
Authority: PL
Inventors: John Vandermeer
Original assignee: Buntrock Ind Inc
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2009-05-29
Also published as: ES2247194T3; BR0115261A; CA2426326C; AU2020202A; PL362994A1; JP2004522581A; CN1287929C; US6991022B2; HUP0302347A2; HUP0302347A3; PT1339512E; WO2002038308A1; CA2426326A1; ATE301517T1; JP4359430B2; EP1339512A1; US20030168200A1; BR0115261B1; WO2002038308A9; MXPA03004096A

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania formy do odlewania metod a traconego wosku. Sposób wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze tworzy si e pierwsz a such a blend e z w lókna ogniotrwa lego i w lókna szklanego, tworzy si e drug a such a blend e z w lókna ogniotrwa lego i w lókna szklanego, która mo ze by c tak a sam a lub inn a such a blend a ni z pierwsza sucha blenda, miesza si e pierw- sz a such a blend e z mieszank a wodnej krzemionki koloidalnej z wype lniaczem ogniotrwa lym i tworzy si e zawiesin e ognio- trwa la pow loki podk ladowej, miesza si e drug a such a blend e z mieszank a wodnej krzemionki koloidalnej i wype lniaczem ogniotrwa lym i tworzy si e zawiesin e ogniotrwa la pow loki wierzchniej, nanosi si e pow lok e z zawiesiny pow loki podk la- dowej na jednorazowy model z materia lu termoplastycznego i tworzy si e pokryt a pow lok a podk ladow a preform e, nanosi si e tynk z materia lu ogniotrwa lego na pokryt a pow lok a pod- k ladow a preform e, wysusza si e otrzyman a otynkowan a i pokryt a pow lok e podk ladow a preformy, nanosi si e pow lok e z zawiesiny ogniotrwa lej pow loki wierzchniej na otynkowan a i pokryt a pow lok a podk ladow a preform e i tworzy si e preform e pokryt a ogniotrwa la pow lok a wierzchni a, nanosi si e tynk z materia lu ogniotrwa lego na pokryt a pow lok a wierzchni a preform e i tworzy si e otynkowan a i pokryt a pow lok a wierzch- ni a preform e, wysusza si e otynkowan a i pokryt a ogniotrwa- la powlok a wierzchni a preform e, usuwa si e jednorazowy modelu z pokrytej ogniotrwala pow lok a wierzchni a preformy i tworzy si e swie za form e skorupow a . . . . . . . PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

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

Wynalazek dotyczy udoskonalonych sposobów i kompozycji przeznaczonych do technologii odlewania metodą traconego wosku.

Początki odlewania w procesie traconego wosku sięgają starożytnego Egiptu i Chin. Jednakże proces stosowany w czasach obecnych jest stosunkowo nową technologią, datowaną na lata 30-te i stanowi on szybko rozwijającą się gałąź gospodarki i nauki. Technologia odlewania metodą traconego wosku upraszcza proces wytwarzania skomplikowanych kształtów metalowych poprzez odlewanie roztopionego metalu do jednorazowych ceramicznych form, wykonanych wokół modeli z przeznaczonego do usunięcia wosku, które odtwarzają pożądany kształt metalu. Określeniem odnoszącym się do tej technologii jest „precyzyjne odlewanie metodą traconego wosku”, to jest PIC (ang. „Precision Investment Casting”).

Typowy proces PIC zawiera sześć podstawowych etapów.

Przygotowanie modelu.

Jednorazowy model pożądanego odlewu metalowego przygotowuje się z materiału termoplastycznego, takiego jak wosk, który ulegnie całkowitemu stopieniu, odparowaniu lub spaleniu, tak aby nie pozostawił resztek zanieczyszczeń w pozbawionej wosku ceramicznej formie. Pozytywowy model przygotowywany jest poprzez wstrzyknięcie materiału termoplastycznego do negatywowej, segmentowej matrycy metalowej lub „narzędzia” zaprojektowanego do wytwarzania modeli kształtu, wymiarów i wykoń czenia powierzchni, wymaganych dla metalowego odlewu. Pojedyncze lub liczne modele mogą być składane poprzez stopienie ich do „systemu wlewowego” jednorazowego wosku, który zasila stopiony metal w celu napełnienia skorupy formy.

Budowa skorupy poprzez

- zanurzenie zespoł u modelu w zawiesinie ogniotrwał ej, zawierającej drobne ziarna ogniotrwał e w wodnym roztworze stabilizowanego alkalicznie spoiwa z krzemionki koloidalnej, w celu utworzenia na modelu powłoki materiału ogniotrwałego,

- zetknię cie powł oki ogniotrwałej z grubym ziarnem ogniotrwał ym lub „tynkiem” w celu utworzenia powłoki zawierającej tynk, a także

- wysuszenie powietrzne w celu utworzenia „ś wież ej” wysuszonej powietrznie, nierozpuszczalnej, związanej powłoki.

Procesy te mogą być powtarzane w celu zbudowania „świeżej” suszonej formy skorupowej o pożądanej gruboś ci, poprzez nakł adanie kolejnych powł ok.

Usunięcie wosku.

Jednorazowy model woskowy jest usuwany ze „świeżej” wysuszonej powietrznie formy skorupowej poprzez autoklawowanie parą wodną, zanurzenie świeżej skorupy formy w piecu rozgrzanym do temperatury 537,8 - 1037,8°C (1000°F - 1900°F) lub w dowolny inny sposób, który gwałtownie rozgrzewa i skrapla wosk, tak aby nadmierne ciśnienie nie spowodowało pęknięcia skorupy formy.

Prażenie.

Pozbawiona wosku skorupa formy wygrzewana jest w temperaturze około 871,11 - 1093,3°C (1600°F - 2000°F) w celu usunięcia lotnych resztek i utworzenia stabilnych wiązań ceramicznych w skorupie formy.

Odlewanie.

Wygrzana skorupa formy jest wyciągana z pieca i umieszczana w celu wlania roztopionego metalu. Metal może być roztopiony w wyniku rozgrzewania gazowego, łuku pośredniego lub indukcyjnego. Roztopiony metal może być odlewany w powietrzu lub w komorze próżniowej. Metal może być nalewany statycznie lub wirowo oraz z kadzi lub bezpośrednio z tygla. Roztopiony metal jest schładzany w celu uzyskania zestalonego metalowego odlewu w formie.

Odzyskiwanie odlewu.

Po zastygnięciu metalu forma jest rozbijana a metalowe odlewy są oddzielane od ceramicznego materiału skorupy. Odlewy mogą być oddzielane od systemu wlewowego poprzez piłowanie lub cięcie przy użyciu dysków ściernych. Odlewy mogą być oczyszczone poprzez bębnowanie, śrutowanie lub oczyszczanie strumieniowo-ścierne.

Formy skorupowe do odlewania metodą traconego wosku mają skłonność do kruchości i są podatne na pękanie. W ramach wysiłków mających na celu poprawę wytrzymałości form skorupowych do odlewania metodą traconego wosku, do wodnych zawiesin ogniotrwałych dodawano niewielkie

PL 202 025 B1 ilości siekanych włókien ogniotrwałych oraz siekanych włókien organicznych. Zawiesiny ogniotrwałe, które zawierają niewielkie ilości siekanych włókien ogniotrwałych umożliwiają nakładanie na preformę grubszych powłok. Zawiesiny te, jednakże, wymagają znacznych ilości polimeru w celu uzyskania zadowalającej wytrzymałości na wilgotno i właściwości płynnych zawiesiny.

Sposób wytwarzania formy do odlewania metodą traconego wosku, według wynalazku charakteryzuje się tym, że tworzy się pierwszą suchą blendę z włókna ogniotrwałego i włókna szklanego, tworzy się drugą suchą blendę z włókna ogniotrwałego i włókna szklanego, która może być taką samą lub inną suchą blendą niż pierwsza sucha blenda, miesza się pierwszą suchą blendę z mieszanką wodnej krzemionki koloidalnej z wypełniaczem ogniotrwałym i tworzy się zawiesinę ogniotrwałą powłoki podkładowej, miesza się drugą suchą blendę z mieszanką wodnej krzemionki koloidalnej i wypełniaczem ogniotrwałym i tworzy się zawiesinę ogniotrwałą powłoki wierzchniej, która może być taką samą lub inną zawiesiną ogniotrwałą powłoki podkładowej, nanosi się powłokę z zawiesiny powłoki podkładowej na jednorazowy model z materiału termoplastycznego i tworzy się pokrytą powłoką podkładową preformę, nanosi się tynk z materiału ogniotrwałego na pokrytą powłoką podkładową preformę, wysusza się otrzymaną otynkowaną i pokrytą powłokę podkładową preformy, nanosi się powłokę z zawiesiny ogniotrwałej powłoki wierzchniej na otynkowaną i pokrytą powłoką podkładową preformę i tworzy się preformę pokrytą ogniotrwałą powłoką wierzchnią , nanosi się tynk z materiału ogniotrwałego na pokrytą powłoką wierzchnią preformę i tworzy się otynkowaną i pokrytą powłoką wierzchnią preformę, wysusza się otynkowaną i pokrytą ogniotrwałą powłoką wierzchnią preformę, usuwa się jednorazowy modelu z pokrytej ogniotrwałą powłoką wierzchnią preformy i tworzy się świeżą formę skorupową, a także wygrzewa się świeżą formę skorupową w temperaturze wystarczającej do wytworzenia wypalonej ceramicznej formy skorupowej.

Sposób wytwarzania formy do odlewania metodą traconego wosku, według wynalazku charakteryzuje się tym, że tworzy się pierwszą suchą blendę z włókna i włókna ogniotrwałego i tworzy się drugą suchą blendę z włókna i włókna ogniotrwałego, która może być taką samą lub inną niż pierwsza sucha blenda, miesza się pierwszą suchą blendę z wodną krzemionką koloidalną i tworzy się zawiesinę ogniotrwałą powłoki podkładowej, miesza się drugą suchą blendę z wodną krzemionką koloidalną i tworzy się zawiesinę ogniotrwałą powłoki wierzchniej, która może być taką samą lub inną niż zawiesina ogniotrwała powłoki podkładowej, nanosi się powłokę z zawiesiny powłoki podkładowej na jednorazowy model z materiału termoplastycznego i tworzy się preformę pokrytą powłoką podkładową, nanosi się tynk z materiału ogniotrwałego na preformę pokrytą powłoką podkładową, suszy się uzyskaną otynkowaną i pokrytą powłoką podkładową preformy, nanosi się powłokę z zawiesiny ogniotrwałej powłoki wierzchniej na otynkowaną i pokrytą powłoką podkładową preformę i tworzy się preformę pokrytą ogniotrwałą powłoką wierzchnią, nanosi się tynk z materiału ogniotrwałego na preformę pokrytą powłoką wierzchnią i tworzy się otynkowaną i pokrytą powłokę wierzchnią preformy, suszy się otynkowaną i pokrytą ogniotrwałą powłokę wierzchnią preformy, usuwa się jednorazowy model z pokrytej ogniotrwałą powłoką wierzchnią preformy i tworzy się świeżą formę skorupową, a także wygrzewa się świeżą formę skorupową w temperaturze wystarczającej do wytworzenia wypalonej ceramicznej formy skorupowej.

Korzystnie pierwsza blenda zawiera dodatkowo włókno szklane.

Włókno ogniotrwałe jest włóknem ceramicznym, a wypełniacz ogniotrwały zawiera ziarna ceramiczne o wielkość cząstki od 325 do 25 rozmiaru sita. Włókno ceramiczne stanowi od 1% wagowo do 10% wagowo względem wagi suchej blendy, włókno szklane stanowi od 0,5% wagowo do 10% wagowo względem wagi suchej blendy, zaś wypełniacz ogniotrwały stanowi od 80% wagowo do 98,5% wagowo względem wagi suchej blendy.

Korzystnie pierwsza sucha blenda zawiera włókno polimerowe.

Korzystnie włókno ceramiczne stanowi od 1% wagowo do 10% wagowo względem wagi suchej blendy, włókno szklane stanowi od 0,5% wagowo do 10% wagowo względem wagi suchej blendy, wypełniacz ogniotrwały stanowi od 80% wagowo do 98,5% wagowo względem wagi suchej blendy, zaś włókno polimerowe stanowi od 0,3% wagowo do 4% wagowo względem wagi suchej blendy.

Włókno szklane wybrane jest z grupy składającej się ze włókna szklanego typu E i włókna szklanego typu S, zaś włókno polimerowe z grupy składającej się z włókien olefinowych, nylonowych i aramidowych.

Korzystnie włókno ogniotrwałe zawiera także popiół z łusek ryżowych.

PL 202 025 B1

Korzystnie włókno ogniotrwałe jest włóknem ogniotrwałym Wallastonite, a wodna krzemionka koloidalna ma zawartość cząstek stałych 45%, współczynnik pH 9,5 i zawartość miareczkowalnego

Na2O 0,2%.

Pierwsza sucha blenda zawiera 100 g włókna ogniotrwałego Wallastonite, 20 g włókna szklanego, zaś wypełniacz ogniotrwały zawiera 1430 g szkła kwarcowego.

Korzystnie pierwszą suchą blendę miesza się z 1000 g krzemionki koloidalnej.

Wodna krzemionka koloidalna ma zawartość cząstek stałych 40%, i zawartość miareczkowalnego Na2O 0,33%, średnią wielkość cząstki 40 nm, rozkład wielkości cząstek od 6 nm do 190 nm i odchylenie standardowe wielkości cząstek o wartości 20 nm dla tworzenia zawiesiny ogniotrwałej powłoki podkładowej.

Blenda zawiera 1430 g szkła kwarcowego, 100 g popiołu z łusek ryżowych oraz 20 g włókna szklanego.

Sucha blenda mieszana jest z 1000 g krzemionki koloidalnej.

Korzystnie wypełniacz ogniotrwały zawiera szkło kwarcowe o rozmiarze sita 200, mulit o rozmiarze 35 oraz mulit o rozmiarze 48.

Przedmiotem wynalazku jest również produkt otrzymany sposobem według wynalazku.

Wynalazek umożliwia uzyskanie form skorupowych do odlewania metodą traconego wosku o zwiększonej wytrzymałości i pozwala na uniknięcie wad występujących w stanie techniki.

Wynalazek dotyczy sposobu szybkiego formowania ceramicznej formy skorupowej na jednorazowym elemencie nośnym, a także ceramicznych form skorupowych otrzymywanych przy zastosowaniu tego procesu.

Sposób według wynalazku umożliwia uzyskanie wielu korzyści przy wytwarzaniu ceramicznych form skorupowych względem rozwiązań ze stanu techniki. Przykładowo, wykonanie suchej blendy z ogniotrwałych włókien i wypełniacza ogniotrwałego umożliwia łatwe dodanie wypełniacza ogniotrwałego i włókien ogniotrwałych do spoiwa na bazie krzemionki koloidalnej bez potrzeby nieustannego mieszania lub ponownego wymieszania krzemionki koloidalnej i blendy wstępnej z włóknem przed jej zastosowaniem. Inną zaletą jest to, że włókna nie muszą być wstępnie rozpraszane w ciekłym spoiwie lub łączone z polimerem przed dodaniem wypełniacza ogniotrwałego. Kolejną zaletą jest to, że nie są wymagane polimerowe dodatki w celu osiągnięcia lepszej wytrzymałości na wilgotno. Innymi zaletami są uniknięcie problemów występujących w stanie techniki z aglomeracją włókien podczas mieszania w warunkach wysokich sił ścinających oraz zdolność do budowania grubszych powłok przy zanurzeniu.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pozytywowy jednorazowy model 1 pożądanego metalowego odlewu, fig. 2 przedstawia widok izometryczny świeżej skorupy 10 przed usunięciem modelu 1, fig. 3 przedstawia widok izometryczny pozbawionej wosku, wysuszonej świeżej skorupy ceramicznej 20.

W pierwszej postaci wynalazku, przygotowywana jest sucha blenda wypełniacza ogniotrwałego, włókna ogniotrwałego i włókna szklanego. Blenda ta jest mieszana ze spoiwem na bazie krzemionki koloidalnej w celu przygotowania zawiesiny ogniotrwałej. Powstała zawiesina ogniotrwała wykorzystywana jest do przygotowania form skorupowych do odlewania metodą traconego wosku.

W innej postaci, formowana jest sucha blenda z włókna ogniotrwałego i włókna szklanego. Ta sucha blenda mieszana jest z mieszanką, która zawiera wodną krzemionkę koloidalną oraz wypełniacz ogniotrwały. Powstała zawiesina ogniotrwała stosowana jest do przygotowania form skorupowych do odlewania metodą traconego wosku.

W innej postaci wynalazku przygotowywana jest sucha blenda z włókna ogniotrwałego i włókna szklanego, ewentualnie z włóknem polimerowym. Ta sucha blenda łączona jest z mieszanką krzemionki koloidalnej i wypełniacza ogniotrwałego w celu wytworzenia zawiesiny ogniotrwałej. Zawiesina ta także może być wykorzystana do przygotowania form skorupowych do odlewania metodą traconego wosku.

W innej postaci wynalazku, w suchej blendzie zawarty jest popiół z łusek ryżu, który mieszany jest z krzemionką koloidalną w celu utworzenia zawiesiny. Zawiesina ta także może być zastosowana do przygotowania form skorupowych do odlewania metodą traconego wosku.

Do wypełniaczy ogniotrwałych, jakie mogą być zastosowane w suchych blendach, należy szerokie spektrum materiałów. Do przykładów przydatnych wypełniaczy ogniotrwałych, ale bez ograniczenia tylko do nich, należą ziarna, na przykład szkło kwarcowe, tlenek glinu oraz glinokrzemiany, takie jak mulit, cyjanit, molochit oraz ich mieszanki.

PL 202 025 B1

Włókno ogniotrwałe, które może być zastosowane w suchych blendach, ma zazwyczaj, ale bez ograniczenia do tego, współczynnik kształtu długości do szerokości o wartości około 20:1. Do przykładów użytecznych włókien ogniotrwałych należą włókno Orleans One z Wallastonite firmy Orleans Resource Group z Quebec w Kanadzie, włókno NIAD G z Wallastonite firmy NYCO Minerals Co. z Willsboro, stan Nowy Jork, włókna metaliczne, włókna aramidowe, włókna węglowe, jak również siekane lub mielone włókna z glinokrzemianów, takich jak mulit, tlenków, takich jak tlenek glinu i dwutlenek cyrkonu, azotki, jak azotek krzemu, węgiel i węgliki, jak węglik krzemu, a także ich mieszanki. Siekane i mielone w łókno ceramiczne oferowane jest przez licznych dostawców, jak na przykład Thermal Ceramics Corp.

Do włókna szklanego, jakie może być zastosowane w suchych blendach, należy siekane i mielone włókno szklane. Siekane włókno szklane, jakie może być wykorzystane, może być włóknem szklanym typu E oraz typu S, a także ich mieszankami. Do przykładów włókna szklanego typu E, które może być zastosowane, należą, ale bez ograniczenia, włókna, które mierzą od około 3 mm do około 6 mm długości i mają średnicę około 10 mikrometrów, jak na przykład włókno oferowane przez PPG Industries, z Shelby, NC pod nazwą handlową Chop Vantage 8610. Do przykładów włókna szklanego typu S, które może być zastosowane, należą, ale bez ograniczenia, włókna, które mierzą od około 3 mm do około 6 mm długości i mają średnicę około 10 mikrometrów, jak na przykład włókno oferowane przez AGY Inc. z Aiken, S.C. Do przykładów mielonego włókna szklanego typu E, które może być zastosowane, należą, ale bez ograniczenia, 3 milimetrowe kłaczkowate włókna 731ED, które mają długość około 3,175 mm (0,125 cala) i mają średnicę około 15,8 mikrometrów, a także gęstość 0,17 g/cm³, jak na przykład włókno oferowane przez Owens Corning Co.

Do włókien organicznych, jaki mogą być zastosowane w suchych blendach, należy szeroki zakres materiałów, takich jak olefiny, włókna nylonowe oraz włókna aramidowe. Przykładami olefin, które mogą być zastosowane są polietylen, a także polipropylen, jak na przykład materiały oferowane przez firmę Minifibers, Inc. Przykładami włókien nylonowych są włókna oferowane przez firmę Wex Chemical Co. Przykładami włókien aramidowych są na przykład włókna Kevlar firmy Du Pont. Do innych włókien organicznych, jakie mogą być zastosowane, należą włókna poliestrowe, jak na przykład włókna firmy Wex Chemical Co. oraz włókna celulozowe, na przykład firmy Interfibre Corp.

Ilość włókna ogniotrwałego, włókna szklanego, wypełniacza ogniotrwałego i ewentualnie włókna polimerowego w suchych blendach może zmieniać się w szerokich granicach. Gdy sucha blenda zawiera włókno ogniotrwałe, włókno szklane i wypełniacz ogniotrwały, ilość włókna ogniotrwałego może wynosić od około 1% wagowo do około 10% wagowo względem wagi suchej blendy, ilość włókna szklanego może wynosić od około 0,5% wagowo do około 10% wagowo względem wagi suchej blendy, zaś ilość wypełniacza ogniotrwałego może wynosić od około 80% wagowo do około 98,5% wagowo względem wagi suchej blendy. Wypełniacz ogniotrwały może posiadać szeroki zakres rozmiarów cząstek, na przykład od rozmiaru sita około 325 do około 25.

Gdy sucha blenda zawiera włókno ogniotrwałe, włókno szklane, wypełniacz ogniotrwały oraz włókno polimerowe, ilość włókna ogniotrwałego może wynosić od około 1% wagowo do około 10% wagowo względem wagi suchej blendy, ilość włókna szklanego może wynosić od około 0,5% wagowo do około 10% wagowo względem wagi suchej blendy, zaś ilość wypełniacza ogniotrwałego może wynosić od około 76% wagowo do około 98% wagowo względem wagi suchej blendy, a ilość włókna polimerowego może wynosić od około 0,3% wagowo do około 4% wagowo względem wagi suchej blendy.

Spoiwo na bazie krzemionki koloidalnej, które łączone jest z suchą blendą w celu utworzenia zawiesiny ogniotrwałej, jest korzystnie wodną krzemionką koloidalną oferowaną pod nazwą handlową Megasol^® przez firmę Wesbond, Inc. z Wilmington, DE. Wodne krzemionki koloidalnej Megasol^® są dostępne w szerokim zakresie wartości współczynnika pH, zawartości miareczkowalnego Na2O, jak też zawartości cząstek stałych. Wodne krzemionki koloidalne typu Megasol® odznaczają się średnią wielkością cząstki około 40 nm, zakresem wielkości cząstki od około 6 nm do około 190 nm, a także odchyleniem standardowym wielkości cząsteczek o wartości około 20 nm. Współczynnik pH wodnych krzemionek koloidalnych Megasol^® może zmieniać się od około 8,0 do około 10,0, korzystnie od około 9,0 do około 9,5, zaś zawartość miareczkowalnego Na2O może zmieniać się od około 0,02% do około 0,5%, korzystnie od około 0,1% do około 0,25%, najkorzystniej od około 0,20% do około 0,22%, zaś zawartość cząstek stałych od około 30% do około 50%, korzystnie od około 40% do 47%, korzystniej około 45%.

PL 202 025 B1

Jak już wspomniano, wykorzystywanym spoiwem na bazie krzemionki koloidalnej jest Megasol® firmy Wesbond, Inc. Możliwe do zastosowania są jednak także inne wodne zole krzemionki koloidalnej, jak na przykład MegaPrime firmy Buntrock Industries, Inc. z Williamsburg, VA, Nyacol 830 firmy EKA Chemical Co., Nalcoag 1130 oraz Nalcoag 1030 firmy Nalco Chemical Co., jak również

Ludox SM30 oraz Ludox HS-30 firmy W.R Grace & Co.

Przygotowanie zawiesiny ogniotrwałej

Zawiesiny ogniotrwałe tworzone są poprzez wymieszanie wymienionej wyżej suchej blendy oraz spoiwa na bazie wodnej krzemionki koloidalnej. Ilości suchej blendy i wodnej krzemionki koloidalnej, korzystnie Megasol^®, mogą zmieniać się w szerokich granicach. Zwykle zawartość suchej blendy może wynosić od około 57% wagowo do około 64% wagowo względem całkowitej wagi zawiesiny, zaś resztę stanowi krzemionka koloidalna.

Wytwarzanie zawiesin ogniotrwałych, ilustrujące wynalazek, opisane zostało poniżej poprzez odniesienie do następujących, nie ograniczających przykładów.

P r z y k ł a d 1

Ten przykład ilustruje formowanie zawiesiny ogniotrwałej poprzez wymieszanie suchej blendy, która zawiera wypełniacz ogniotrwały, włókno ogniotrwałe i włókno szklane, a także wymieszanie tej suchej blendy z wodną krzemionką koloidalną.

Wymieszano 100 gramów włókna ogniotrwałego Orleans One z Wallastonite, 20 g mielonego włókna szklanego typu E 731 ED 3,175 mm (1/8), a także wypełniacz ogniotrwały, który zawiera 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 120 (szkło kwarcowe o rozmiarze sita 120 firmy C-E Minerals Co., z Greenville, TN) i 715 g szkł a kwarcowego Fused Silica 200 (szk ł o kwarcowe o rozmiarze sita 120 firmy C-E Minerals Co., z Greenville, TN).

Powyższa sucha blenda mieszana jest z 1000 g krzemionki Megasol®, która odznacza się zawartością cząstek stałych 45%, współczynnikiem pH o wartości 9,5 oraz zawartością miareczkowalnego Na2O wynoszącą 0,2%, w celu utworzenia zawiesiny ogniotrwałej.

P r z y k ł a d 2

Ten przykład ilustruje formowanie zawiesiny ogniotrwałej poprzez wymieszanie suchej blendy, która zawiera wypełniacz ogniotrwały, włókno ogniotrwałe i włókno szklane oraz organiczne włókno polimerowe, a także wymieszanie tej suchej blendy z wodną krzemionką koloidalną.

Wymieszano 100 gramów włókna ogniotrwałego Orleans One z Wallastonite, 20 g mielonego włókna szklanego typu E 731 ED 3,175 mm (1/8), a także wypełniacz ogniotrwały, który zawiera 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 120 i 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 200 z 20 gramami włókna polietylenowego o długości 1 mm i średnicy 0,5 mikrometra.

Sucha blenda mieszana jest z 1000 g krzemionki Megasol® z przykładu 1 w celu utworzenia zawiesiny ogniotrwałej.

P r z y k ł a d 3

Ten przykład ilustruje formowanie zawiesiny ogniotrwałej poprzez wymieszanie suchej blendy, która zawiera wypełniacz ogniotrwały, włókno ogniotrwałe oraz organiczne włókno polimerowe, a także wymieszanie tej suchej blendy z wodną krzemionką koloidalną.

Wymieszano 100 gramów włókna ogniotrwałego Orleans One z Wallastonite, 20 g włókna polietylenowego o długości 1 mm i średnicy 1 mikrometra, a także wypełniacz ogniotrwały, który zawiera 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 120 i 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 200.

P r z y k ł a d 4

Ten przykład ilustruje formowanie zawiesiny ogniotrwałej poprzez wymieszanie suchej blendy, która zawiera wypełniacz ogniotrwały, włókno szklane oraz organiczne włókno polimerowe, a także wymieszanie tej suchej blendy z wodną krzemionką koloidalną.

Wymieszano 100 gramów mielonego włókna szklanego typu E typu E 731 ED 3,175 mm (1/8), 20 g włókna polietylenowego o długości 1 mm i średnicy 1 mikrometra, a także wypełniacz ogniotrwały, który zawiera 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 120 i 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 200.

PL 202 025 B1

P r z y k ł a d 5

Ten przykład ilustruje formowanie zawiesiny ogniotrwałej poprzez wymieszanie suchej blendy, która zawiera włókno ogniotrwałe i włókno szklane, a także wymieszanie tej suchej blendy z blendą wodnej krzemionki koloidalnej i wypełniacza ogniotrwałego.

Wymieszano 100 gramów włókna ogniotrwałego Orleans One z Wallastonite i 20 g mielonego włókna szklanego typu E 731 ED 3,175 mm (1/8) w celu utworzenia suchej blendy.

Powyższa sucha blenda wymieszana została z mieszanką, którą zawiera 1000 g krzemionki Megasol® z przykładu 1 oraz wypełniacz ogniotrwały, który zawiera 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 120 i 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 200 w celu utworzenia zawiesiny ogniotrwałej.

P r z y k ł a d 6

Ten przykład ilustruje formowanie zawiesiny ogniotrwałej poprzez wymieszanie suchej blendy, która zawiera włókno ogniotrwałe, włókno szklane oraz organiczne włókno polimerowe, a także wymieszanie tej suchej blendy z mieszanką wodnej krzemionki koloidalnej i wypełniacza ogniotrwałego.

Wymieszano 100 gramów włókna ogniotrwałego Orleans One z Wallastonite, 20 g włókna polietylenowego o długości 1 mm i średnicy 0,5 mikrometra oraz 100 g mielonego włókna szklanego typu E 731 ED 3,175 mm (1/8) w celu utworzenia suchej blendy.

Powyższa sucha blenda wymieszana została z mieszanką, która zawiera 1000 g krzemionki Megasol® z przykładu 1 oraz wypełniacz ogniotrwały, który zawiera 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 120 i 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 200 w celu utworzenia zawiesiny ogniotrwałej.

P r z y k ł a d 7

Ten przykład ilustruje formowanie zawiesiny ogniotrwałej poprzez wymieszanie suchej blendy, która zawiera wypełniacz ogniotrwały i włókno szklane, a także wymieszanie tej suchej blendy z wodną krzemionką koloidalną.

Wymieszano 100 gramów mielonego włókna szklanego typu E 731 ED 3,175 mm (1/8) i wypełniacz ogniotrwały, który zawiera 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 120 i 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 200 w celu utworzenia suchej blendy.

P r z y k ł a d 8

Ten przykład ilustruje formowanie zawiesiny ogniotrwałej poprzez wymieszanie suchej blendy, która zawiera wypełniacz ogniotrwały i włókno ogniotrwałe, a także wymieszanie tej suchej blendy z wodną krzemionką koloidalną .

Wymieszano 100 gramów włókna ogniotrwałego Orleans One z Wallastonite i wypełniacz ogniotrwały, który zawiera 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 120 i 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 200 w celu utworzenia suchej blendy.

Powyższa sucha blenda wymieszana została z 1000 g krzemionki Megasol^® z przykładu 1 w celu utworzenia zawiesiny ogniotrwałej.

P r z y k ł a d 8A

Wymieszano 20 gramów mielonego włókna szklanego typu E 731 ED 3,175 mm (1/8) i wypełniacz ogniotrwały, który zawiera 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 120 i 715 g szkła kwarcowego Fused Silica 200 w celu utworzenia suchej blendy.

Powyższą sucha blenda wymieszana została z 1000 g krzemionki Megasol^® z przykładu 1 w celu utworzenia zawiesiny ogniotrwałej.

Przygotowanie powłok podkładowych i powłok wierzchnich.

Zawiesiny ogniotrwałej powłoki podkładowej oraz zawiesiny ogniotrwałej powłoki wierzchniej przygotowywane są przez umieszczenie spoiwa na bazie krzemionki koloidalnej, korzystnie Megasol^®, w czystym, przepł ukanym wodą zbiorniku oraz dodaniu materiał u suchej blendy przy jednoczesnym mieszaniu. W zbiorniku tym zastosowane mogą być rozmaite, znane w stanie techniki urządzenia mieszające. Do urządzeń tych należą na przykład mieszadła śmigłowe, młyny wstrząsowe, miksery dyspersyjne o dużej prędkości oraz mieszadła na stołach obrotowych ze stałą łopatką. Sucha blenda dodawana jest przy jednoczesnym mieszaniu, aż do osiągnięcia odpowiedniej lepkości.

Dla zawiesin ogniotrwałych powłok podkładowych odpowiednia lepkość wynosi zwykle około 192,4 - 370 mm²/s (18 - 30 sekund w lepkościomierzu Zahn o średnicy otworu wypływowego 4 mm),

PL 202 025 B1 korzystnie 222 - 370 mm²s (20 - 30 sekund), najkorzystniej 281,2-370 mm²/s (24 - 30 sekund). Dla zawiesin ogniotrwałych powłok wierzchnich, odpowiednie lepkości wynoszą około 74 - 192,4 mm²/s (10 - 18 sekund w lepkościomierzu Zahn o średnicy otworu wypływowego 4 mm), korzystnie około 74 - 192,4 mm²/s (10 - 16 sekund w lepkościomierzu Zahn o średnicy otworu wypływowego 4 mm), najkorzystniej około 105,6 - 148 mm²/s (12 - 15 sekund w lepkościomierzu Zahn o średnicy otworu wypływowego 4 mm). Dla każdej z zawiesin ogniotrwałych powłok podkładowych i zawiesin ogniotrwałych powłok wierzchnich, wykonane może zostać dodatkowe mieszanie, mające na celu usunięcie uwięzionego powietrza oraz osiągnięcie stanu równowagi.

Końcowe dopasowanie lepkości może być wykonane poprzez dodanie dodatkowej krzemionki Megasol^® lub materiału ogniotrwałego. Dodane mogą być też niejonowe środki powierzchniowo czynne.

Ziarna tynku ogniotrwałego

W charakterze tynku na zawiesinach ogniotrwał ych powł ok podkł adowych jak i powł ok wierzchnich zastosowane mogą być rozmaite ziarna ogniotrwałe. Przykładami przydatnych ziaren ogniotrwałych, ale bez ograniczenia, są mulit, kalcynowana glinka biała i inne glinokrzemiany, szkło kwarcowe i krystaliczna krzemionka, tlenek glinu, cyrkon i chromit. Ziarna ogniotrwał e są korzystnie wolne od zanieczyszczeń jonowych w ilościach, które mogłyby przyczyniać się do niestabilności ziaren ogniotrwałych oraz wywoływać termiczne zmiany fazowe w trakcie odlewania metalu. Jak wiadomo, ziarna ogniotrwałe, które są wolne od zanieczyszczeń w ilościach, które mogłyby przyczyniać się do niestabilności ziaren ogniotrwałych, mogą być wytwarzane poprzez oczyszczanie, z kalcynowaniem lub bez kalcynowania.

Ceramiczna forma skorupowa

Przy formowaniu formy skorupowej, w zawiesinie ogniotrwałej powłoki podkładowej zanurzany jest jednorazowy model, korzystnie model termoplastyczny, a jeszcze korzystniej model woskowy, w celu pokrycia powierzchni modelu cią g łą warstwą zawiesiny ogniotrwa ł ej powł oki podkł adowej. Zazwyczaj nanoszonych jest od jednej do trzech powłok zawiesiny ogniotrwałej powłoki podkładowej. Naniesione ogniotrwałe powłoki podkładowe mogą mieć grubość od około 0,508 mm do 5,08 mm (0,02 do 0,2), korzystnie od 1,016 mm do 5,08 mm (0,04 do 0,2), najkorzystniej od 1,016 mm do 2,54 mm (0,04 do 0,1). Pokryty model jest dokładnie odsączany w celu usunięcia nadmiernej ilości zawiesiny, po czym tynkowany drobnoziarnistym tynkiem ogniotrwałym w celu utworzenia otynkowanej powłoki podkładowej. Otynkowana powłoka podkładowa jest następnie suszona przed naniesieniem dodatkowej powłoki podkładowej. Na otynkowaną powłokę podkładową nakładana jest powłoka wierzchnia. Otynkowana powłoka wierzchnia jest następnie suszona przed nałożeniem dodatkowej powłoki wierzchniej. Naniesienie powłok wierzchnich jest powtarzane, aż do osiągnięcia zamierzonej grubości i wytrzymałości powstającej na modelu skorupy.

Czas suszenia między kolejnymi powłokami podkładowymi i powłokami wierzchnimi zależy od złożoności kształtu jednorazowego modelu. Jednorazowe modele, które posiadają głębokie wgłębienia, w których przepływ powietrza jest minimalny, wymagają dłuższego czasu schnięcia między powłokami. Suszenie może być prowadzone w temperaturze od około 15,66°C do około 32,2°C (60°F - 90°F), korzystnie od około 21,1°C do około 23,9°C (70°F - 75°F). Suszenie może być prowadzone w warunkach przyspieszonych w niskiej wilgotności i wysokiej temperaturze przy szybkim ruchu powietrza. Grubość ceramicznej formy skorupowej od około 5,08 do około 12,7 mm (0,2 - 0,5) jest wystarczająca dla większości odlewów. Dwie powłoki podkładowe oraz 4 - 5 powłok wierzchnich dają zwykle ceramiczną formę skorupową o grubości 6, 4 mm (0,25), która ma wytrzymałość wystarczającą do tego, aby wytrzymać procesy usuwania wosku i prażenia.

Materiały

Gdy stosowany jest model woskowy, jest on korzystnie wykonany z obciążonej lub nieobciążonej parafiny na bazie gatunkowego wosku do odlewania metodą traconego wosku lub wosku mikrokrystalicznego.

W zawiesinach ogniotrwałych powłok podkładowych i wierzchnich stosowane mogą być rozmaite kompozycje. Poszczególne zawiesiny ogniotrwałe powłok podkładowych i powłok wierzchnich określone są przez właściwości pożądane dla ceramicznej formy skorupowej, stosowanej do wykonania metalowego odlewu o pożądanych wymiarach i wykończeniu powierzchni. Przydatne zawiesiny ogniotrwałe powłok podkładowych wykorzystują drobne ziarna ogniotrwałe, zwykle o rozmiarze sita od około -200 do około -325. Przykładami przydatnych zawiesin ogniotrwałych powłok podkładowych są krzemionka Megasol^® razem z blendą szkła kwarcowego o rozmiarze sita -200 i cyrkonowego ziarna ogniotrwałego o rozmiarze -325. Cyrkonowe ziarno ogniotrwałe nadaje wysoką odporność na roztoPL 202 025 B1 piony metal. Drobna wielkość cyrkonu ułatwia także produkcję odlewów, które mają gładkie, precyzyjne wykończenia powierzchni.

W przypadku zawiesin ogniotrwałych powłok podkładowych, które wykorzystują krzemionkę Megasol^®, a także wypełniacz ogniotrwały ze szkła kwarcowego i cyrkonu, szkło kwarcowe może mieć korzystnie rozmiary sita na przykład około -100, około -120, około -140, około -170, około -270 i około -325, najkorzystniej od około -120 do około -200. Cyrkon może mieć korzystnie wielkość cząsteczek około -200, około -325 i około -400, korzystnie około -200, najkorzystniej około -325.

Zawiesiny ogniotrwałe powłok podkładowych mogą ewentualnie zawierać jeden lub większą liczbę niejonowych środków powierzchniowo czynnych. Szczególnie przydatnym niejonowym środkiem powierzchniowo czynnym jest PS9400, oferowany przez Buntrock Industries, z Wiliamsburg, VA. Ten środek powierzchniowo czynny poprawia zdolność zawiesiny ogniotrwałej powłoki podkładowej do zwilżania woskowego modelu i pomaga w odsączeniu. Środki powierzchniowo czynne mogą być dodawane do zawiesiny ogniotrwałej powłoki podkładowej w ilości do około 0,2% względem wagi krzemionki Megasol^®.

Zawiesiny ogniotrwałe powłoki wierzchniej wykorzystują grubsze ziarno ogniotrwałe niż te, które stosowane jest w zawiesinach ogniotrwałych powłok podkładowych. Dla przykładu, w zawiesinach ogniotrwałych powłok wierzchnich, w których w charakterze wypełniacza ogniotrwałego stosowane jest szkło kwarcowe, szkło kwarcowe odznacza się zwykle wielkością cząstek o rozmiarze sita od około -80 do około -270, korzystnie od około -100 do około -200, najkorzystniej od około -100 do około -120.

Ziarna ogniotrwałe, przeznaczone do nałożenia w postaci tynku na powłokę podkładową mogą być, ale bez ograniczenia, ziarnami piasku cyrkonowego o rozmiarze sita od około -70 do około 200, korzystnie od około -70 do około 140. Ziarna ogniotrwałe, które mogą być wykorzystywane w charakterze tynku na powłokach wierzchnich, mogą mieć wielkość w zakresie od około -10 do około 200, korzystnie od około -20 do około 50. Najkorzystniej mogą mieć wielkość od około -30 do około 50.

W alternatywnym przykł adzie wykonania, na jednorazowy model pokryty tynkiem na powł oce podkładowej, nałożony może zostać materiał ogniotrwały tynku pośredniego, korzystnie cyrkon lub glinokrzemian o wielkości ziarna pośredniej między drobnoziarnistym tynkiem powłoki podkładowej a grubym tynkiem powłoki wierzchniej, na przykład o wielkości ziarna od około -50 do około +100 rozmiaru sita, przed nałożeniem powłoki z zawiesiny ogniotrwałej powłoki wierzchniej. Przejściowa powłoka tynku może być zastosowana w celu zwiększenia wytrzymałości i zminimalizowania ryzyka rozwarstwienia między końcową powłoką zawiesiny powłoki podkładowej a pierwszą powłoką wierzchniej zawiesiny ogniotrwałej.

Usunięcie wosku

Ceramiczne formy skorupowe mogą zostać pozbawione wosku przy zastosowaniu takich znanych sposobów jak zanurzenie we wrzącej wodzie, obróbka w autoklawie z parą wodną lub odwoskowanie rzutowe. Obróbka w autoklawie z parą wodną może być wykonana poprzez:

- Zastosowanie tak dużego ciś nienia pary wodnej jak to tylko moż liwe, korzystnie okoł o 4,14 kPa (60 PSI) lub więcej, korzystniej 5,518 - 6,207 kPa (80-90 PSI).

- Zamknię cie autoklawy i zwię kszenie ciśnienia tak szybko jak to moż liwe, korzystnie w czasie krótszym niż 15 - 20 sekund.

- Wystawienie wysuszonej w powietrzu, świeżej skorupy na działanie pary wodnej na okres od około 10 do około 15 minut.

- Zmniejszenie ciśnienia w autoklawie w cią gu około 30 - 60 sekund.

Odwoskowanie rzutowe może zostać dokonane poprzez zanurzenie wysuszonej w powietrzu świeżej skorupy w piecu rozgrzanym do około 537,8°C do około 1037,8°C (1000°F - 1900°F). W tych temperaturach wosk znajdujący się w pobliżu ściany ceramicznej skorupy topi się gwałtownie, tak że ciśnienie wywołane przez rozszerzenie się wosku, nie powoduje pęknięcia ceramicznej skorupy. Ceramiczna skorupa może zostać następnie przesunięta do chłodniejszej strefy o temperaturze od około 93, 33°C do około 315,6°C (200°F-600°F) w celu zakończenia usuwania wosku. Roztopiony wosk może sączyć się przez dolny otwór w komorze topnienia do kąpieli wodnej lub zbiornika w celu jego odzyskania.

Prażenie

Prażenie obejmuje wygrzewanie pozbawionej wosku ceramicznej formy skorupowej w temperaturze od około 871,11°C do około 1093, 3°C (1600°F - 2000°F), w celu usunięcia lotnych resztek oraz wytworzenia ceramicznej wypalonej formy skorupowej o wysokiej wytrzymałości. Pozbawiona wosku

PL 202 025 B1 ceramiczna forma skorupowa trzymana jest w piecu w celu osiągnięcia stanu równowagi, po czym jest wyciągana i napełniana pożądanym roztopionym metalem.

Wytwarzanie ceramicznych form skorupowych zilustrowane jest najlepiej w odniesieniu do następujących, nie ograniczających przykładów:

P r z y k ł a d 9

Woskowy model o postaci sztabki o wymiarach 203,2 mm (8) na 22, 3 mm (7/8) na 9,525 mm (3/8) zanurzany jest w zawiesinie ogniotrwałej z przykładu 1. Dla wygody, w tym przykładzie wykonania stosowana jest ta sama zawiesina ogniotrwała dla powłok podkładowych jak i powłok wierzchnich.

Woskowy model 1 zanurzany jest w zawiesinie ogniotrwałej na 8 sekund, wyciągany i pozostawiany do odsączenia na 10 sekund w celu utworzenia pierwszej powłoki podkładowej. Na pierwszą powłokę podkładową, w charakterze tynku, nanoszony jest piasek cyrkonowy o wielkości ziarna -70 do 140 rozmiaru sita, oferowany przez DuPont Corp.

Otynkowany i zawierający powłokę podkładową woskowy model jest suszony przez 30 minut w temperaturze 23,9°C (75°F), po czym ponownie zanurzany w zawiesinie ogniotrwałej na 8 sekund w celu uformowania drugiej powłoki podkładowej i ponownie jest tynkowany piaskiem cyrkonowym o wielkości cząstek -70 do 140.

Model woskowy 1 zawierający dwie otynkowane powłoki podkładowe jest następnie zanurzany w zawiesinie ogniotrwałej na 8 sekund i odsączany przez 10 sekund. Powleczony produkt jest tynkowany szkłem kwarcowym Tecosil o wielkości cząstek -50+100, oferowanym przez C-E Minerals, w celu utworzenia pośredniego otynkowanego modelu. Pośredni otynkowany model jest następnie suszony przez 30 minut w temperaturze 23,9°C (75°F). Pośrednio otynkowany model zanurzany jest w zawiesinie ogniotrwałej i tynkowany szkłem kwarcowym Tecosil o wielkości ziaren -30+50, w celu utworzenia otynkowanej powłoki wierzchniej. Otynkowany model z powłoką wierzchnią jest następnie suszony w temperaturze 23,9°C (75°F). Taki cykl zanurzania, tynkowania i suszenia jest powtarzany w celu uzyskania w sumie pięciu powłok wierzchnich.

Po naniesieniu każdej z powłok podkładowych, powłok pośrednich oraz powłok wierzchnich, części pionowych boków 5 i boków poprzecznych 1B modelu 1, są skrobane w celu usunięcia powłok i tynku, w celu utworzenia ceramicznej formy skorupowej 10, jak pokazano na fig. 2. Ceramiczna forma skorupowa 10 ponownie zanurzana jest w zawiesinie ogniotrwałej w celu utworzenia powłoki uszczelniającej na modelu. Uszczelniona ceramiczna forma skorupowa 10 jest suszona w temperaturze 24°C przez jedną noc. Powstała w rezultacie wysuszona, ceramiczna skorupa zanurzana jest we wrzącej wodzie w celu usunięcia modelu 1. Powstała odwoskowana, świeża ceramiczna skorupa 20, przedstawiona na fig. 3, cięta jest w pół długości i suszona w temperaturze 23,9°C (75°F) przez 4 godziny.

Odcinek ceramicznej skorupy 20 o wymiarach 2,54 cm (1) szerokości na 15,24 cm (6) długości i 7,62 mm (0,3) jest badany pod kątem wytrzymałości poprzez obciążenie przęsła tego odcinka o długości 5,08 cm w celu doprowadzenia do jego uszkodzenia pod wpływem ugięcia, w celu wyznaczenia wytrzymałości na zginanie. Wytrzymałość na zginanie („MOR - modulus of rupture) ceramicznej skorupy obliczana jest przy zastosowaniu wzoru:

R = (3WI) / (2bd²), gdzie:

₂

R - wytrzymałość na zginanie, kg/cm²

W - obciążenie w kilogramach, przy którym próbka pękała

I - odległość (rozpiętość) w cm pomiędzy liniami środkowymi dolnych krawędzi dźwigających b - szerokość próbki w cm d - głębokość próbki w cm

Wytrzymałość na zginanie dla świeżej skorupy z przykładu 9 wynosi 0,0702 kPa (1,018 PSI). Świeża skorupa prażona jest w temperaturze 1010°C (1850°F) przez jedną godzinę. Wytrzymałość na zginanie powstałej wypalonej formy skorupowej wynosi 72,005 kPa (1044 PSI).

P r z y k ł a d 10

Proces z przykładu 9 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że stosowana jest zawiesina z przykładu 8. Wytrzymałość na zginanie świeżej skorupy wynosi 47,452 kPa (688 PSI). Świeża skorupa jest wypalana w temperaturze 1010°C (1850°F) przez jedną godzinę. Wytrzymałość na zginanie powstałej wypalonej formy skorupowej wynosi 64,901 kPa (941 PSI).

PL 202 025 B1

P r z y k ł a d 11

Proces z przykładu 9 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że stosowana jest zawiesina z przykładu 8A. Wytrzymałość na zginanie świeżej skorupy wynosi 44,486 kPa (645 PSI). Świeża skorupa jest wypalana w temperaturze 1010°C (1850°F) przez jedną godzinę. Wytrzymałość na zginanie powstałej wypalonej formy skorupowej wynosi 47,866 kPa (694 PSI).

W innej postaci wynalazku, stosowana jest ceramiczna zawiesina, która zawiera popiół z ł usek ryżowych. Korzystnie, popiół z łusek ryżowych stanowi w 95% amorficzną krzemionkę, reszta węgiel. Ten rodzaj popiołu z łusek ryżowych oferowany jest przez firmę Agrilectric Power, Inc., z Houston, TX. Stosowane jest spoiwo krzemionkowe MegaPrime, oferowane przez Buntrock Industries, Inc. W poniższych nieograniczających przykładach zilustrowano użycie popiołu z łusek ryżowych.

P r z y k ł a d 12

Proces z przykładu 9 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że stosowana zawiesina ogniotrwała zawiera 1000 gram spoiwa krzemionkowego MegaPrime o współczynniku pH 10,5, zawartości cząstek stałych 40%, zawartości miareczkowalnego Na2O 0,33%, średniej wielkości cząstek około 40 nm, rozkładzie wielkości cząstek od około 6 nm do około 190 nm i standardowym odchyleniu wielkości cząstek o wartości około 20 nm, zaś suchą blendę stanowi wypełniacz ogniotrwały w ilości 1430 g szkła kwarcowego Fused Silica 200. Wartość MOR świeżej skorupy wynosi 42,83 kPa (621 PSI).

P r z y k ł a d 13

Proces z przykładu 9 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że stosowana zawiesina ogniotrwała zawiera 1000 gram spoiwa krzemionkowego MegaPrime z przykładu 12, zaś suchą blendę stanowi wypełniacz ogniotrwały w ilości 1430 g szkła kwarcowego Fused Silica 200 i 200 gram popiołu z łusek ryżowych. Wartość MOR świeżej skorupy wynosi 55,452 kPa (804 PSI).

P r z y k ł a d 14

Proces z przykładu 9 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że stosowana zawiesina ogniotrwała zawiera 1000 gram spoiwa krzemionkowego MegaPrime z przykładu 12, zaś suchą blendę stanowi wypełniacz ogniotrwały w ilości 1430 g szkła kwarcowego Fused Silica 200, 200 gram popiołu z łusek ryżowych oraz 16 gram mielonego włókna szklanego typu E 731 ED 3,175 mm (1/8). Wartość MOR świeżej skorupy wynosi 57,453 kPa (833 PSI).

P r z y k ł a d 15

Proces z przykładu 9 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że stosowana zawiesina ogniotrwała zawiera 1000 gram spoiwa krzemionkowego MegaPrime z przykładu 12, zaś suchą blendę stanowi wypełniacz ogniotrwały w ilości 1430 g szkła kwarcowego Fused Silica 200, 100 gram popiołu z łusek ryżowych, 16 gram mielonego włókna szklanego typu E 731 ED 3,175 mm (1/8) i 4 g siekanego włókna szklanego typu E 3,175 mm (1/8) Chop Yantage 8610. Wartość MOR świeżej skorupy wynosi 80.075 kPa (1161 PSI).

P r z y k ł a d 16

Proces z przykładu 9 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że stosowana zawiesina ogniotrwała zawiera 1000 gram spoiwa krzemionkowego Megasol o współczynniku pH 9,5, zawartości cząstek stałych 45%, zawartości miareczkowalnego Na2O 0,2%, zaś suchą blendę stanowi 1300 g szkła kwarcowego Fused Silica 200 i 100 g popiołu z łusek ryżowych. Wartość MOR świeżej skorupy wynosi 57,315 kPa (831 PSI).

P r z y k ł a d 17

Proces z przykładu 9 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że stosowana zawiesina ogniotrwała zawiera 875 gram spoiwa krzemionkowego MegaPrime z przykładu 12, zaś suchą blendę stanowi 1485 g szkła kwarcowego Fused Silica 120, 100 g popiołu z łusek ryżowych oraz 100 g włókna polietylenowego o długości 1 mm i średnicy 0,5 mikrometra.

P r z y k ł a d 18

Proces z przykładu 9 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że stosowana zawiesina ogniotrwała zawiera 1000 gram spoiwa krzemionkowego MegaPrime o współczynniku pH 10,5, zawartości cząstek stałych 40%, zawartości miareczkowalnego Na2O 0,33%, średniej wielkości cząstek około 40 nm, rozkładzie wielkości cząstek od około 6 nm do około 190 nm i standardowym odchyleniu wielkości cząstek o wartości około 20 nm, zaś suchą blendę stanowi wypełniacz ogniotrwały w ilości 1430 g szkła kwarcowego Fused Silica 200 i 100 g popiołu z łusek ryżowych.

P r z y k ł a d 19

Proces z przykładu 9 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że stosowana zawiesina ogniotrwała zawiera 1000 gram spoiwa krzemionkowego MegaPrime o współczynniku pH 10,5, zawartości cząstek

PL 202 025 B1 stałych 40%, zawartości miareczkowalnego Na2O 0,33%, średniej wielkości cząstek około 40 nm, rozkładzie wielkości cząstek od około 6 nm do około 190 nm i standardowym odchyleniu wielkości cząstek o wartości około 20 nm, zaś suchą blendę stanowi wypełniacz ogniotrwały, który zawiera 50% szkła kwarcowego o wielkości sita 325, 25% szkła kwarcowego o wielkości sita i 25% szkła kwarcowego o wielkości 50.

P r z y k ł a d 20

Proces z przykładu 19 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że w suchej blendzie znajduje się także 100 gramów popiołu z łusek ryżowych.

P r z y k ł a d 21

Proces z przykładu 9 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że stosowana zawiesina ogniotrwała zawiera 1000 g spoiwa Megasol^® o zawartości cząstek stałych 45%, współczynniku pH 9,5, zawartości miareczkowalnego Na2O 0,2%, średniej wielkości cząstek około 40 nm, rozkładzie wielkości cząstek od około 6 nm do około 190 nm i standardowym odchyleniu wielkości cząstek o wartości około 20 nm, zaś suchą blendę stanowi mieszanka wypełniacza ogniotrwałego i włókna ogniotrwałego. Włóknem ogniotrwałym jest włókno Wallastonite One, obecne w ilości 100 gramów, zaś wypełniacz ogniotrwały obecny jest w ilości 1430 gramów i zawiera 700 g szkła kwarcowego Fised silica 120, 700 g szkła kwarcowego Fused silica 200, 100 g mulitu o wielkość sita 100. Wartość MOR wynosi 62,763 kPa (910 PSI).

P r z y k ł a d 22

Proces z przykładu 21 jest powtarzany za wyjątkiem tego, że w suchej blendzie znajduje się także 100 gramów popiołu z łusek ryżowych.

P r z y k ł a d 23

Ten przykład ilustruje wytwarzanie ceramicznych form skorupowych bez zastosowania tynku.

Woskowy model 1 o postaci sztabki, jak pokazano na fig. 1, o wymiarach 203,2 mm (8) na 22,3 mm (7/8) na 9,525 mm (3/8), zanurzany jest w zawiesinie ogniotrwałej, która zawiera 1000 g spoiwa Megasol, stosowanego w przykładzie 1, 2135 g wypełniacza ogniotrwałego, a także 213 g włókna ogniotrwałego Wallastonite. Dla wygody, w tym przykładzie wykonania stosowana jest ta sama zawiesina ogniotrwała dla powłok podkładowych jak i powłok wierzchnich. Wypełniacz ogniotrwały zawiera 1485 g szkła kwarcowego o wielkości 200, 250 g mulitu o wielkości 35 oraz 400 g mulitu o wielkości 48.

Woskowy model 1 zanurzany jest w zawiesinie ogniotrwałej na 8 sekund, wyciągany i pozostawiany do odsączenia na 10 sekund w celu utworzenia pierwszej powłoki podkładowej.

Woskowy model z powłoką podkładową jest suszony przez 30 minut w temperaturze 23,9°C (75°F), po czym jest ponownie zanurzany w zawiesinie ogniotrwałej na 8 sekund w celu utworzenia drugiej powłoki podkładowej.

Woskowy model 1 z dwiema powłokami podkładowymi jest następnie zanurzany ponownie w zawiesinie ogniotrwałej na 8 sekund i odsączany przez dziesięć sekund. Pokryty model jest wtedy suszony przez 30 minut w temperaturze 23,9°C (75°F). Taki cykl zanurzania, odsączania i suszenia jest powtarzany w celu uzyskania w sumie pięciu powłok wierzchnich.

Po naniesieniu każdej z powłok podkładowych i wierzchnich, części pionowych boków 5 i boków poprzecznych 1B modelu 1 są zdrapywane w celu usunięcia powłok w celu wytworzenia ceramicznej formy skorupowej 10, przedstawionej na fig. 2. Ceramiczna forma skorupowa 10 ponownie zanurzana jest w zawiesinie ogniotrwałej w celu uzyskania powłoki uszczelniającej na modelu. Pokryta powłoką uszczelniającą, ceramiczna forma skorupowa 10 jest suszona w temperaturze 24°C przez jedną noc. Powstała wysuszona ceramiczna forma skorupowa jest zanurzana we wrzącej wodzie w celu usunięcia modelu 1, w celu utworzenia odwoskowanej, wysuszonej, świeżej formy skorupowej. Świeża forma skorupowa jest następnie prażoną w temperaturze 1010°C w celu wytworzenia wypalonej ceramicznej formy skorupowej.

P r z y k ł a d 24

Powtarzana jest procedura z przykładu 23, za wyjątkiem tego, że sucha blenda zawiera także 213 g włókna szklanego typu E.

P r z y k ł a d 25

Powtarzana jest procedura z przykładu 23, za wyjątkiem tego, że sucha blenda zawiera także

100 g popiołu z łusek ryżowych.

P r z y k ł a d 26

Powtarzana jest procedura z przykładu 24, za wyjątkiem tego, że sucha blenda zawiera także

100 g popiołu z łusek ryżowych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania formy do odlewania metod ą traconego wosku, znamienny tym, że tworzy się pierwszą suchą blendę z włókna ogniotrwałego i włókna szklanego, tworzy się drugą suchą blendę z włókna ogniotrwałego i włókna szklanego, która może być taką samą lub inną suchą blendą niż pierwsza sucha blenda, miesza się pierwszą suchą blendę z mieszanką wodnej krzemionki koloidalnej z wypełniaczem ogniotrwałym i tworzy się zawiesinę ogniotrwałą powłoki podkładowej, miesza się drugą suchą blendę z mieszanką wodnej krzemionki koloidalnej i wypełniaczem ogniotrwałym i tworzy się zawiesinę ogniotrwałą powłoki wierzchniej, która może być taką samą lub inną zawiesiną ogniotrwałą powłoki podkładowej, nanosi się powłokę z zawiesiny powłoki podkładowej na jednorazowy model z materiału termoplastycznego i tworzy się pokrytą powłoką podkładową preformę, nanosi się tynk z materiału ogniotrwałego na pokrytą powłoką podkładową preformę, wysusza się otrzymaną otynkowaną i pokrytą powłokę podkładową preformy, nanosi się powłokę z zawiesiny ogniotrwałej powłoki wierzchniej na otynkowaną i pokrytą powłoką podkładową preformę i tworzy się preformę pokrytą ogniotrwałą powłoką wierzchnią, nanosi się tynk z materiału ogniotrwałego na pokrytą powłoką wierzchnią preformę i tworzy się otynkowaną i pokrytą powłoką wierzchnią preformę, wysusza się otynkowaną i pokrytą ogniotrwałą powłoką wierzchnią preformę, usuwa się jednorazowy modelu z pokrytej ogniotrwałą powłoką wierzchnią preformy i tworzy się świeżą formę skorupową, a także wygrzewa się świeżą formę skorupową w temperaturze wystarczającej do wytworzenia wypalonej ceramicznej formy skorupowej.
2. Sposób wytwarzania formy do odlewania metod ą traconego wosku, znamienny tym, że tworzy się pierwszą suchą blendę z włókna i włókna ogniotrwałego i tworzy się drugą suchą blendę z włókna i włókna ogniotrwałego, która może być taką samą lub inną niż pierwsza sucha blenda, miesza się pierwszą suchą blendę z wodną krzemionką koloidalną i tworzy się zawiesinę ogniotrwałą powłoki podkładowej, miesza się drugą suchą blendę z wodną krzemionką koloidalną i tworzy się zawiesinę ogniotrwałą powłoki wierzchniej, która może być taką samą lub inną niż zawiesina ogniotrwała powłoki podkładowej, nanosi się powłokę z zawiesiny powłoki podkładowej na jednorazowy model z materiał u termoplastycznego i tworzy się preformę pokrytą powł oką podkładową , nanosi się tynk z materiał u ogniotrwał ego na preformę pokrytą powł oką podkł adową , suszy się uzyskaną otynkowaną i pokrytą powłoką podkładową preformy, nanosi się powłokę z zawiesiny ogniotrwałej powłoki wierzchniej na otynkowaną i pokrytą powłoką podkładową preformę i tworzy się preformę pokrytą ogniotrwałą powłoką wierzchnią, nanosi się tynk z materiału ogniotrwałego na preformę pokrytą powłoką wierzchnią i tworzy się otynkowaną i pokrytą powłokę wierzchnią preformy, suszy się otynkowaną i pokrytą ogniotrwałą powłokę wierzchnią preformy, usuwa się jednorazowy model z pokrytej ogniotrwałą powłoką wierzchnią preformy i tworzy się świeżą formę skorupową, a także wygrzewa się świeżą formę skorupową w temperaturze wystarczającej do wytworzenia wypalonej ceramicznej formy skorupowej.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwsza blenda zawiera dodatkowo włókno szklane.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że włókno ogniotrwałe jest włóknem ceramicznym, a wypełniacz ogniotrwały zawiera ziarna ceramiczne o wielkość cząstki od 325 do 25 rozmiaru sita.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że włókno ceramiczne stanowi od 1% wagowo do 10% wagowo względem wagi suchej blendy, włókno szklane stanowi od 0,5% wagowo do 10% wagowo względem wagi suchej blendy, zaś wypełniacz ogniotrwały stanowi od 80% wagowo do 98,5% wagowo względem wagi suchej blendy.
6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwsza sucha blenda zawiera włókno polimerowe.
7. Sposób wedł ug zastrz. 4, znamienny tym, ż e wł ókno ceramiczne stanowi od 1% wagowo do 10% wagowo względem wagi suchej blendy, włókno szklane stanowi od 0,5% wagowo do 10% wagowo względem wagi suchej blendy, wypełniacz ogniotrwały stanowi od 80% wagowo do 98,5% wagowo względem wagi suchej blendy, zaś włókno polimerowe stanowi od 0,3% wagowo do 4% wagowo względem wagi suchej blendy.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że włókno szklane wybrane jest z grupy składającej się ze włókna szklanego typu E i włókna szklanego typu S, zaś włókno polimerowe z grupy składającej się z włókien olefinowych, nylonowych i aramidowych.

PL 202 025 B1
9. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że włókno ogniotrwałe zawiera także popiół z łusek ryżowych.
10. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że włókno ogniotrwałe jest włóknem ogniotrwałym Wallastonite, a wodna krzemionka koloidalna ma zawartość cząstek stałych 45%, współczynnik pH 9,5 i zawartość miareczkowalnego Na2O 0,2%.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że pierwsza sucha blenda zawiera 100 g włókna ogniotrwałego Wallastonite, 20 g włókna szklanego, zaś wypełniacz ogniotrwały zawiera 1430 g szkła kwarcowego.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że pierwszą suchą blendę miesza się z 1000 g krzemionki koloidalnej.
13. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wodna krzemionka koloidalna ma zawartość cząstek stałych 40%, i zawartość miareczkowalnego Na2O 0,33%, średnią wielkość cząstki 40 nm, rozkład wielkości cząstek od 6 nm do 190 nm i odchylenie standardowe wielkości cząstek o wartości 20 nm dla tworzenia zawiesiny ogniotrwałej powłoki podkładowej.
14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że blenda zawiera 1430 g szkła kwarcowego, 100 g popiołu z łusek ryżowych oraz 20 g włókna szklanego.
15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że sucha blenda mieszana jest z 1000 g krzemionki koloidalnej.
16. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wypełniacz ogniotrwały zawiera szkło kwarcowe o rozmiarze sita 200, mulit o rozmiarze 35 oraz mulit o rozmiarze 48.