[发明专利]模制材料混合物，用于铸造目的的模制零件和制备模制零件的方法

说明书

本发明涉及由型砂(mould sand)、氢氧化钠溶液、基于碱性硅酸盐的粘合剂和添加剂组成的用于铸造目的的模制材料混合物，并涉及打算供铸造目的并使用模制材料混合物制成的模制零件。本发明也涉及制备模制零件的方法。 

最初提及的模制材料混合物种类可从例如DE 102004042535 A1( GmbH)得知，其中粘合剂是以碱性水玻璃连同颗粒状金属氧化物例如氧化硅、氧化铝、氧化钛或氧化锌的形式使用，以改善紧接模制和沉淀(precipitation)之后以及贮存和暴露到上升的空气湿度量后的铸模强度。金属氧化物的颗粒度优选等于小于300微米；依照实施例，留在筛格尺寸为63微米筛子上的筛渣等于小于10重量％，优选小于8重量％。 

在US 5641015中描述了模制材料混合物另外一个制备方法，其目的是为了当混合物与多磷酸盐或含硼酸盐的粘合剂结合时获得高强度。在该美国专利的第4栏第39行中提到，作为使用多磷酸盐或含硼酸盐粘合剂的干燥过程的结果，释放出水，通过添加尽可能细的二氧化硅颗粒来吸收。所述的二氧化硅由通过沉淀过程制得的多孔的初级粒子所组成，其粒度范围在10和60nm之间且可凝聚成颗粒度为几个微米的次级粒子(美国专利第3栏第64-66行)。 

在EP 109571981中叙述了一种用作模制材料的无机粘合剂体系，依照该文献，在具有氢氧化钠溶液的基于碱性硅酸盐的粘合剂情形中，通过添加8-10％质量的粘合剂，就有可能改善抗流动性。所述的改善伴随着型芯砂的更高的水含量。 

除了现有技术的改善强度值，更特别是模制零件的弯曲强度的手段之 外，有必要考虑决定模制材料混合物质量的进一步的影响因素： 

最重要的是，有必要提到的是流动性，已知流动性是当填充型芯注射设备时模制材料适用性的重要参数。 

更多的重要参数是沉淀曲线和对空气湿度敏感度的降低。 

然而，通过模制材料混合物将要获得的主要质量指标是铸件的表面质量。不幸的是，在大规模生产的条件下，现有技术工艺不够稳定，因此一次又一次地，需要再处理所导致的不合格品数量和无法接受的额外费用太高。已经发现了评估表面质量的最适宜标准是铸件上砂粘附的表面的百分率。 

由此本发明的目标是提供一种用于铸造目的的新型模制材料混合物以及模制零件，其可通过简单的干燥过程制得的，其中可以获得上面提及的标准，即好的流动特性，高的弯曲强度和高的沉淀速度，而且与此同时，通过确定砂粘附表面百分率所测得的表面质量也得到了显著的改善。 

依照本发明，通过在权利要求中所列的特征可以实现该目标。 

已经发现，使用由无定形球状的二氧化硅所组成的添加剂可以获得所希望的好处，如果最细微颗粒形式的二氧化硅颗粒以悬浮液形式以两种接近的颗粒分布以大致相同的体积百分率加入，其中采取使所述悬浮液均匀分布在模制材料混合物中的措施以及然后的干燥过程已得到特别设计的子结构。 

在权利要求相关的过程中解释了分布和干燥手段，在从属权利要求中，更多的手段被描述成优选的工艺步骤。更特别地，小心确保在混合过程中没有最细微颗粒的凝聚，而相反地，在各自的颗粒等级中，发生颗粒的均匀分布。为了这个目的，更特别地，在持续的操作中，已经发现流体混合器，且在这些当中，叶片式混合器尤其适合。 

当制造子结构时，干燥过程对在模制零件表面上形成粗糙发挥主要影响。更特别地，峰和谷结构的分布将以这样的方式受到影响，即得到一种浮雕结构，它含有最大为300nm的峰/谷差异比率。干燥过程可以是热干 燥和微波干燥，即使是在极端储存条件下在空气湿度超过78％和储存温度超过33℃的情况下，都有可能获得非常好的储存特性，更特别是在没有使用微波烘箱干燥的情况下。 

在干燥过程中，在颗粒上存在于模制材料混合物中的粘合剂层收缩，同时形成峰和谷的子结构。经过连续的预收缩和后来的收缩，形成这样的子结构形态，其特征是峰-谷最大差异300nm，作为在两步收缩过程中形成裂缝的结果。在第一步所用的物理干燥过程中，直接将能量引入到湿粘合剂包覆物(envelop)。得到的的粘合剂包覆物(表面)强化，作为后面的热干燥过程的结构，导致形成纳米范围的裂缝(子结构)。 

在后来的实施例中，对本发明进行叙述并与其他模制材料混合物以及所得到的模制零件对比。为标准化的目的，决定使用同样的基础混合物Halten型砂，粒度平均值为0.32mm。根据Brunhuber第16版第400页来确定粒度。所用的添加剂是本发明的悬浮液，含25％体积的纳米SiO₂ 和25％体积的微米SiO₂以及50％体积的水。