184632. lajstromszámú szabadalom • Kötőanyagszuszpenzió kerámiai héjjformák előállítására
1 134 632 2 A találmány tárgya kötőanyag szuszpenzió kerámia héjformák előállítására precíziós öntéshez. Precíziós öntőformák héjrészének előállításához kötőanyagokat, így pl. kolloid kovasavakat és/vagy alkáliszilikátoldatokat poralakú tűzálló anyagokkal, így pl. cirkoniumszilikáttal, kvarccal vagy mullittal iszapszerű masszává kevernek össze, amelybe a formahéjak felvitele céljából a kiolvasztási modelleket bemártják. A bemerítést követően viszonylag durvaszemcsézetű tűzálló szóróanyagból álló réteget visznek fel, majd az így létrehozott bevonati réteget közbenső szárításnak vetik alá. Az ismertetett munkamenet többszörös ismétlésével megfelelő vastagságú kerámia héjformát lehet felépíteni. A modellanyagot, ami túlnyomórészt viaszból áll, a héjformából kiolvasztással távolítják el. Ezt követően a formát égetéssel készítik elő az öntéshez. Ennél az eljárásnál különösképpen hátrányos a szárításhoz szükséges igen nagy időráfordítás, ami a bemerítési ciklust is meghatározza. A szárítási fokozat az eljárás által megkövetelt szárítási idővel megszabja az automatizálás fokát is. A hosszú szárítási idő kiküszöbölésére pl. különböző vegyi kiszilárdítási eljárásokat javasoltak, így pl. ammóniagázzal való kezelést vagy váltakozó bemerítést, aminek segítségével a bevonatrétegeket közbenső szárítás nélkül lehet felvinni. Ebbe a csoportba tartoznak például a 3 754 945 és a 3 860 476 számú USA szabadalmakban ismertetett eljárások. A 3 754 945 számú USA szabadalom szerinti eljárás olyan kötőanyag szuszpenzió réteg kémiai kemény ítését írja le, amely negatív töltésű koiloid alkáliszilikát alapú kötőanyagot tartalmaz és a kezelést polikationos szerves kikeményítő közeggel, pl. polimer vagy monomer kationos amino vagy ammónium vegyületekkel végzik. A 3 860 476 számú USA szabadalomban olyan kikeményítő eljárás szerepel, amelynél a beszóráshoz használt anyagot alkalmazás előtt kikeményítő közeggel vonják be. Kikeményítő közegként nitrogén tartalmú kationos szerves vegyületeket vagy bázikus alumínium sókat használnak. Mindezen eljárások azonban azzal a hátránnyal járnak, hogy az alkalmazásukkal nyert kerámia héjformák nem rendelkeznek kellő szilárdsággal. A kémiai kiszilárdítás nélküli eljárások automatizálására akkor van lehetőség, ha a közbenső szárítási időtartamot magas szélsebességek és hőmérsékletek alkalmazásával, a levegő minimális nedvességtartalma mellett le tudjuk rövidíteni. Mindazonáltal ezen eljárási paraméterek kedvező kialakításának a technológia szab határt. A szuszpenziónak a modellen történő megfelelő nedvesítése érdekében szükség esetén kis mennyiségű tenzid hozzáadagolása szokásos. A megfelelő nedvesítéshez szükséges tenzid mennyiség általában kevesebb, mint 0,1%. Erre a célra többnyire anion aktív vagy nem ionos tenzideket használnak. A 407 623 számú szovjet szerzői tanúsítványból ismert azonban kationaktív, nitrogén tartalmú tenzid alkalmazása is. A tenzidek fajtáját és mennyiségét a kötőanyagszuszpenzió időállóságának és megfelelő nedvesítésének figyelembevétele alapján választják ki. Az alkilszilikát alapú kötőanyagszuszpenzióban lévő kötőanyag- és töltőanyagszemcsék hidrofobizálása azonban az adott megoldás szerint nem lehetséges, mivel legfeljebb 0,1 %nyit tartalmazhat a tenzidbőí. A 167 541 számú magyar szabadalomból olyan eljárás is ismert, amely szerint 0,1- 0,5% bentonitbázisú kötőanyaghoz cetilpiridiniumbromidot alkalmaznak. Ennek a tenzidnek az a szerepe, hogy a kötőanyag és a foimázókeverék képlékenységét fokozza. Az ilyen jellegű formázókeverékeket a precíziós öntészetben sem lehet felhasználni, minthogy itt a héjformákat különleges tűzálló kötőanyag szuszpenzió és tűzálló szóróanyag segítségével több rétegben és több lépésben alakítják ki. A találmánnyal célunk a mindenkori bemerítést és a héjformák beszórását követő szárítási idő további lerövidítése, egyidejűleg megtartva, sőt növelve a héjformák szilárdságát, ily módon megteremtve az eljárás automatizálásának lehetőségét. A találmány szerint a szárítási időtartam lerövidítését a kötőanyagok szuszpenziójának megváltoztatásával éljük el. Megállapítottuk, hogy a kitűzött cél azáltal érhető el, ha a kolloidál kovasavbázisú és/vagy alkáliszil íkátbázisú és kationaktív hidrofób hatású tenzideket tartalmazó ismert kötőanyagszuszpenziókban kvaterner ammónium sót tartalmazó nitrogén tenzideket alkalmazunk 0,5-2% mennyiségben. Különösképpen alkalmasak erre a célra a kvaterner vagy dikvatemer nitrogénvegyületek, amelyek 1-2 alkilláncot tartalmaznak 10-22 szénatommal egy láncon belül. A találmány szerinti kötőanyag szuszpenzió előnyös hatása elsősorban abban jelentkezik, hogy a hidrofobizáló hatású kationaktív tenzidek beadagolt mennyisége lényegesen nagyobb, mint amennyi a megfelelő nedvesítéshez szükséges. Ez a fölöslegben történő tenzidbeadagolás teszi lehetővé, hogy a kötőanyagszuszpenzióban lévő kötőanyag- és töltőanyag szemcséket tökéletesen bevonjuk tenzidréteggel és hidrofóbizáljuk őket. Ezáltal egy minőségileg új kötőanyagszuszpenzió alakítható ki, amely számos előnyt biztosít. A találmány szerinti nitrogéntenzidek hozzáadásával a felszűrt anyag jobban tapad a héjformára úgy, hogy a szélsebességet a szárítási idő lerövidítése céljából 100%-kal, tehát 4 m/s-ről 8 m/s-ra lehet növelni. Ugyanakkor a nitrogéntenzidek hidrofób hatása folytán a visszamaradó nedvességtartalom még csekély szélsebesség mellett is csökkenthető, ami által a héjformák nagyobb szilárdsága érhető el. A találmány szerint a nitrogéntenzideknek a javasolt mennyiségben történő hozzáadásával szerkezet-viszkóz és tixotróp folyási hatások hozhatók létre a kötőanyag szuszpenzióban. Ezáltal a bemerítést követően jobb minőségű szuszpenziós filmet hozhatunk létre, ami előnyös tulajdonságokkal rendelkezik, így pl. a szóróanyag jobban tapad, a kialakítástól függő, egyenletes vastagságú réteg jön létre, ami lehetővé teszi, hogy a bemerítések számát csökkentsük. Ezen túlmenően a folyási magatartást a hidrofób hatású kationtenzidek hozzáadásával oly mértékben lehet javítani, hogy a merevebb szuszpenzió folytán nagyobb szilárdság, különösképpen mintegy 50 %-kal nagyobb nyersszilárdság érhető el. Végezetül pedig a találmány értelmében alkalmazott tenzidek nagy mértékben visszaszorítják a poralakú tűzálló töltőanyagok leülepedésre való hajlamát. A találmány szerinti eljárást az alábbi példák segítségével részletesen ismertetjük. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 80 65 2
