[发明专利]包含粒状形式的铝和锆的金属氧化物的模具材料混合物

说明书

技术领域

本发明涉及与耐火模具基础材料和水玻璃类粘合剂系统组合的、包含作为粒状混合金属氧化物的铝的氧化物和锆的氧化物的模具材料混合物。粒状混合金属氧化物在本发明的意义上是至少两种氧化物的混合物、至少一种混合氧化物和至少一种氧化物的混合物或混合氧化物的混合物。这些混合金属氧化物在室温下表现出少量或没有与碱性水玻璃反应的趋势。该模具材料混合物，也以多组分系统的形式，用于生产用于铸造业的模具和芯(core)。

背景技术

铸模基本上由多组模具和芯组成，其代表有待生产的铸件的阴模(negativeforms)。这些芯和模具由耐火材料(例如，石英砂)和合适的粘合剂组成，在从模制工具脱除后该粘合剂赋予铸模足够的机械强度。因此，将用合适的粘合剂包裹的耐火模具基础材料用于生产铸模。优选地以自由流动的形式使用耐火模具基础材料，使得它可以填充合适的中空模具并在此压实。粘合剂产生模具基础材料的颗粒之间的牢固结合，使得铸模将实现所需的机械稳定性。

铸模必须满足多种要求。在实际的铸造过程中，它们首先必须表现出足够的强度和热稳定性以容纳由一个或多个铸模(部分模具)组成的中空模具中的液体金属。在固化过程开始之后，铸件的机械稳定性由沿着铸模壁形成的一层固化金属保证。铸模材料现在必须在由金属释放的热的影响下分解，使得它失去它的机械强度，从而耐火材料的各颗粒之间的结合消失。在理想情况中，铸模再次破碎成可以从铸件中容易脱除的细砂。

此外，近年来，越来越要求在尽可能的情况下，在铸件生产和冷却过程中不应当释放CO₂或烃形式的空气污染，以保护环境并限制由于烃(主要是芳香族的)引起的环境中的异味。为了满足这些要求，在过去的几年中，已经发展或进一步发展了无机粘合剂系统，使用其使金属模具生产过程中避免CO₂和烃的排放或至少将其降至最低成为可能。然而，使用无机粘合剂系统往往造成其他缺点，这将在以下的讨论中详细描述。

无机粘合剂与有机粘合剂相比具有由它们生产的铸模具有相对低强度的缺点。这在紧接着从工具脱除铸模之后特别明显。然而，此时良好的强度对于复杂的和/或薄壁模制品的生产及它们的安全处理是特别重要的。与有机粘合剂相比，耐大气湿度性也显著较低。

DE102004042535A1(US7770629B2)公开了通过使用耐火模具基础材料、水玻璃类粘合剂和选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛和氧化锌的组中的一部分(share)的粒状金属氧化物可以实现较高的初始强度和较高的耐大气湿度性。添加细节是使用粒状无定形二氧化硅。

无机粘合剂系统与有机粘合剂系统相比具有另外的缺点，由它们生产的铸模往往导致铸件上明显的砂粘附和渗透，其与相当大的清洁努力及因此用于铸造的较高成本相关。

除了去核化行为之外，即，在由纯的无机材料(例如，使用水玻璃作为粘合剂的那些)生产的铸模的情况中相比于在用有机粘合剂生产的铸模的情况中，金属铸造之后铸模快速碎裂(当应用机械应力后)成自由流动形式的能力经常令人不太满意。当使用倾倒完成之后理论上难以脱除的薄壁或精致或复杂的铸模时，该最后命名的性质，较为不良的去核化行为，是尤其不利的。例如，可以提及用于生产内燃机的某些区域所需的所谓的水套芯(waterjacketcore)。

还已知可以将在热金属的影响下经历热解或反应且因此在一方面通过形成孔在铸造之后促进铸模的碎裂，以及在另一方面可以导致改善的铸件表面的有机组分添加至模具材料混合物。然而，在模具材料混合物中使用有机组分导致倾倒过程中CO₂和其他热解产物的排放。

US3203057公开了由细耐火材料、液体粘合剂和含Al₂O₃的活性物质组成的模具材料混合物，其中，液体粘合剂尤其是碱性硅酸盐溶液，以及含Al₂O₃的活性物质在金属铸造之后改善铸模的去核化行为。将含Al₂O₃的活性物质定义为纯的氧化铝，已知的混合氧化物如硅酸铝，粘土矿物质如膨润土或蒙脱石，天然存在的含Al₂O₃的活性物质如铝矾土以及其他矿物质如水泥和高岭土。此处仅以非常概括的方式描述了含Al₂O₃的活性物质，且对于这些物质特别适用于铸模的去核化能力、模具材料混合物的加工时间或谈论铸件的铸件表面质量没有准确信息。