[发明专利]用于制备模型涂层的耐火涂料

说明书

本发明涉及耐火涂料，或者一般地涉及一种在铸造工作中用于涂覆模型零件如模型、芯和模板的模型涂覆材料。

预制待用的耐火涂料是高耐火度的细粒无机耐火材料在液体载体中的悬浮液，将这种悬浮液通过与具体情况相适应的实用方法，如刷涂、喷射、浇注或浸渍施加到模型零件上，在那里干燥并由此形成需要的涂层。

细粒高耐火度无机耐火材料是耐火涂料的组分，它决定着在铸造工作中的耐火涂料的功能。这些组分也被称作“基质材料”，并且在悬浮助剂帮助下被悬浮在液体载体中。该液体载体还含有溶解的粘合剂，在液体被除去后该粘合剂能将基质材料颗粒固定在模型零件的表面上。如果需要，还可以含有湿润剂、消泡剂和杀菌剂。

基质材料的典型实例包括（单个的，或与另一种混合使用）氧化物矿物如刚玉、菱镁矿、莫来石、石英和铬铁矿，还有硅酸盐如硅酸锆、橄榄石和耐火粘土熟料，还有焦碳和石墨。所用的悬浮助剂是可与水混合的可膨胀的片状硅酸盐或纤维素衍生物。液体载体可以是水或溶剂（如石油醚、甲醇、乙醇、异丙醇或异丁醇），合适的粘合剂是淀粉衍生物如糊精，木素衍生物如木素磺酸盐，天然树脂，合成树酯或合成的聚合物如PVA，粘合剂是根据它们在液体载体中的溶解度来选择的。

假设耐火涂料在铸造工作中能完成下面的功能：

1.提高铸造表面的平滑度。

2.将液体金属和模型零件清楚地分开。

3.避免表面缺陷如汽泡、刀形肋、铸痂，穿透或金属渗入砂型。

4.通过具有冶金活性材料影响铸造表面区域。

通过各种合适的基质材料的组合通常可以很好地完成功能1和2，功能4只是一个干挠区域，因为只是有时会使用例如含硫的具有冶金活性的耐火涂料。然而，功能3需要采取措施才能达到。

不论现在还是将来，功能3变得越来越重要，因为砂子膨胀，使得用合成树脂粘合的所有砂模和芯在高温下裂开并且随后熔体渗入模型或芯。从铸件表面除去表面裂痕很困难而且也费时间。

人们已经开发并使用了克服上述缺陷的模型涂层材料，例如叙述的参考文献J.Levelink，GieBerei，Volume66，1979，pp.456-458和D.Bartsch，Report    of    Technical    Forum，58th    World    Foundry    Congress，Krakow1991。

这种涂层的工作原理是基于用作基质材料的片状硅酸盐，如高岭土、叶蜡石、云母和滑石，在张应力作用下更容易变形。此外，将矿物材料以合适方式组合形成一种暂时的软化相，它同样地提高了涂层的延展性。

然而，已经发现的一个缺点是，这些涂层具有很致密的结构，因此对砂模的粘合剂在热分解时形成的气体透气性不够。这导致在模型和/或模芯中形成高气压，这个压强一旦超过了金属静力学平衡压就会导致金属沸腾并产生气泡。此外，压强的增大还可引起涂层的部分剥落，这些碎片又出现在铸件中。

本发明的一个目的是提供一种避免上述缺陷的改进的耐火涂料，同时保持很好的铸造性能，使得制得的涂层具有高的透气性。根据本发明，通过一种耐火涂料可以达到这个目的。该耐火涂料除含有细粒的或片状基质材料以外，还含有无机空心球（其数量占预制待用耐火涂料的1-40%（重量））。

就本发明而言“无机空心球”是指直径在5-500μm之间（优选60-250μm）的小的充气空气球，其球壳可以是硅酸盐，特别是铝、钙、镁和/或锆的硅酸盐，氧化物如氧化铝、石英、菱镁矿、莫来石、铬铁矿、氧化锆和/或氧化钛，硼化物、碳化物和氮化物如碳化硅、碳化钛、硼化钛、氮化硼和/或碳化硼，碳，玻璃或其它金属如铜，而填充的气体通常是惰性气体的混合气，例如由70%的CO₂和30%N₂组成。这些空心球最近被开发出来，并用作塑料中的轻填料。

耐火涂料中高含量的空心球可能降低形成的涂层的强度。为抵消这个作用，在发明的进一步研究中，提出除了空心球以外，还向耐火涂料中加入少量小的短纤维。这种纤维的直径为1-30μm（优选为3-10μm），长度为10-5000μm（优选100-500μm）。无机纤维，例如硅酸铝、氧化锆、氧化铝、氧化钛、碳、碳化硅、碳化钛、硼化钛、氮化硼、碳化硼、玻璃、玄武岩和矿棉可以与有机物纤维同样的方式使用。有机纤维可是所有类型的合成纤维或天然纤维如，纤维素纤维。