182880. lajstromszámú szabadalom • Kötőanyagszuszpenzió preciziós öntéshez használatos héjformák előállításához
2 182 880 A találmány tárgya kötőanyagszuszpenzió precíziós öntéshez használt keramikus héjformák előállításához, alkilszilikátbázisű kötőanyagok felhasználásával történő öntésnél. Precíziós öntőformák keramikus héjrészének előállí- 5 tásához kötőanyagokat, mint például alkáliszilikátokat és/vagy kovaszolokat és/vagy alkáliszilikátoldatokat poralakú, tűzálló keramikus anyagokkal, így cirkonszilikáttal, kvarccal vagy mullittal egy iszapszerű masszává kevernek össze, amelybe a formahéjak felvitele céljából 10 előregyártott kiolvasztható modelleket mártanak be. A bemerítést követően viszonylag durvaszemcsézetű tűzálló szóróanyag réteget visznek fel a héjra és az így keletkezett bevonatréteget közbenső szárításnak vetik alá. Az eljárás többszöri megismétlésével kellő vastagságú 15 keramikus forma alakítható ki. A modellanyagot, ami túlnyomórészt viaszból áll, a keramikus formából kiolvasztással távolítják el. Ezt követően a formát égetéssel készítik elő az öntéshez. Ilyen eljárásokat ismertetnek például a 14 33 971 és a 21 64 873 számú NSzK közre- 20 bocsátási iratok. Különösképpen hátrányos a szárításhoz szükséges nagy időráfordítás, ami a merítési ciklusra is kihatással van. A szárítási fokozat az eljárás meghatározta szárítási idő útján az automatizálás fokát is befolyásolja. 25 A hosszú közbenső szárítási időtartamok kiküszöbölésére vegyi kiszilárdulási folyamatokat javasoltak, így például a gázzal történő kezelést vagy a váltakozó bemerítést, amelyeknél a bevonatokat közbenső szárítás nélkül viszik fel. Valamennyi ilyen jellegű eljárás azonban azzal 30 a hátránnyal jár, hogy a keramikus formák szilárdsága nem kielégítő. A vegyi szilárdítás nélküli eljárások automatizálása abban az esetben lehetséges, ha a közbenső szárítási időtartamok nagy szélsebességek és hőmérsékletek alkalmazásával és minimális levegőnedvességtarta- 35 lommal lerövidíthetők. Mindazonáltal, az említett eljárási paraméterek kedvező kialakításának a technológia szab határt. így tehát a keramikus héjformák előállítására szolgáló eljárásnál a közbenső szárítási időtartamok további lerövidítése csak olyan kötöanyagszuszpen- 40 ziók alkalmazásával érhető el, amelyek garantálják az optimális száradási magatartást és a maximális szilárdságot. Az alkilszilikátbázisű kötőanyagoknak a keramikus formák előállítására szolgáló eljárásokhoz való alkalma- 45 zása széles körben ismert (Ivanov-Zareckaja: Etilszilikát hidrolízis szerves oldószer nélkül, Litejnoe Proizvodsztvo, 1965/4 p. 27-30 és Szoboljev-Firszov-Breding-Ozerov: Etilszilikát hidrolízis szerves oldószer nélkül, Litejnoe Proizvodsztvo, 1978/10 p. 18-20). Azok az eljárá- 50 sok, amelyek során nagyobb vízmennyiséggel dolgoznak, mint amennyi a kötőanyag hidrolíziséhez szükséges („vízfelesleges kötőanyagok”), azzal a döntő előnnyel rendelkeznek, hogy a kötőanyag gyors koagulációja folytán még nem tökéletes közbenső szárítás esetén sem 55 keletkeznek repedések vagy felduzzadások a keramikus formákon. Az ismert vízfelesleges kötőanyagok tehát, amelyeket hidrolízis útján, oldószer hozzáadása nélkül állítanak elő, a túl nagy víztartalom következtében kedvezőtlen eljárási paramétereket mutatnak az eljárás auto- 60 matizálhatósága tekintetében. A találmánnyal célunk az, hogy a héjformák mindenkori bemerítése és beszórása utáni szárítási időket tovább lehessen rövidíteni, ugyanakkor megtartva vagy növelve a szilárdságot, és ezáltal meglehessen teremteni a lehetőséget az eljárás automatizálásához. A keramikus formák előállításánál a közbenső szárítási időket a kötőanyagszuszpenzió megváltoztatásával érjük el. A találmány szerint olyan alkilszilikát bázisú kötőanyag szuszpenziót alkalmazunk, amelynek folyadék komponense 55-95 tömeg% vízből és 5-45 tömeg% oldószerből áll. Kedvező összetételi tartománynak bizonyult a 65-85 tömeg% víz és 15-35 tömeg% oldószer arány. Az alkalmazott oldószer célszerűen etanol, az alkilszilikát bázisú kötőanyag pedig előnyösen etilszilikát. mintegy 40 tömeg% Si02 tartalommal. Megállapítottuk, hogy a víz/oldószeraránynak a magasabb víztartalmak irányában történő változtatása a kötőanyagszuszpenzió reológiai tulajdonságait oly módon változtatja meg, hogy fokozatos átmenet jön létre a dilatánstól a Newton i és a szerkezet-viszkóz folyási állapotba, ami által egyidejűleg megváltozik a bemerítéssel kialakított szuszpenziós film vastagsága is a kerámia héjformán. A különböző rétegvastagságok oly módon befolyásolják a keramikus maszkforma szilárdságát, hogy mind a nyersszilárdságnál, mind pedig a melegszilárdságnál egyértelmű maximum figyelhető meg a víz-oldószerarány találmány szerinti értéktartományán belül, míg úgy a magasabb, mint az alacsonyabb víztartalmaknál kisebb szilárdsági értékek voltak elérhetők. A szilárdsági maximumok összehasonlítható szuszpenziós fokoknál és összehasonlítható Si02 -tartalmaknál 130-150 %-át adják azoknak a szilárdsági értékeknek, amelyeket olyan alkilszilikát szuszpenzióknál kaptunk, melyek csak az alkáliszilikát teljes hidrolíziséhez szükséges vízmennyiséget tartalmazták. Ezek a maximális szilárdságok képezik az előfeltételt a keramikus formák gyártástechnikailag biztos előállításához, valamint az automatizálásához, még kevésbé optimális közbenső szárítási feltételek esetén is. A találmány szerinti eljárással előállított, kvarcliszt/kvarchomok bázisú keramikus formák tehát a kiégetés után hátsó töltés nélkül leönthetők. Megállapítottuk továbbá, hogy akiszáradás foka a keramikus formáknál a találmány szerinti tartományon belüli víz/oldószerarány alkalmazásakor, a közbenső szárítási fokozatoknál intenzív szárítási feltételek mellett maximumát éri el, ez azt jelenti, hogy az ezen tartományon belül meghatározott száradási fok magasabb, mint az alkilszilikát-vízfelesleges kötőanyagoknál, amelyek magasabb oldószertartalommal rendelkeznek. Ez az optimális száradási magatartás, amely még 30 perc alatti közbenső száradási időtartamoknál is 80 % feletti száradási fokokat biztosít, előfeltételét képezi a közbenső szárítási időtartamok minimumra való csökkentésének. Ezen túlmenően a gyártási ciklus rövidítésével lehetővé válik a hatásfok növelése és az eljárás automatizálása. A találmány további részleteit kiviteli példák segítségével ismertetjük. l.példa Kötőanyagszuszpenziót készítettünk 13,5 tömeg% etilszilikátból, - 4,3 tömeg% etanolból, 13,3 tömeg% vízből, 0,1 tömeg% koncentrált kénsavból és 0,2 tömeg% tenzidből, valamint 68,6 tömeg% kvarclisztből. A felhasznált etilszilikát Si02 tartalma 40%, atenzidnem ionos típusú dodecil-fenolpoliglikoléter és a kvarcliszt 0,01-0,063 mm szemcsefrakciójú volt. A szuszpenzió
