JP2021049584A - 水ガラスを含有するバインダーを用いて鋳型および中子を逐次層構築するための方法ならびに水ガラスを含有するバインダー - Google Patents
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Abstract
Description
a)構築材料混合物の成分として耐火成形基材を準備するステップと;
b)0.05mmから3mm、好ましくは0.1mmから2mm、特に好ましくは0.1mmから1mmの構築材料混合物の層厚を有する構築材料混合物の薄層を塗布するステップと;
c)薄層の選ばれた区域に、
−アルカリケイ酸塩水溶液の形の水ガラスと、
−好ましくは、少なくとも部分的な、特に完全な水溶液中に溶解した形の少なくとも1種のリン酸塩もしくは少なくとも1種のホウ酸塩またはリン酸塩およびホウ酸塩と、
を含むバインダーを印刷するステップと;
d)ステップb)およびc)を繰り返し反復するステップと
を含む。
1.特に熱硬化後の良好な強度
2.鋳造プロセス時に鋳型の変形を防ぐのに十分な、特に金属鋳造に適した熱安定性
3.良好な貯蔵安定性
4.金属鋳造後の良好な崩壊特性
5.逐次層施用された粒状材料または水ガラスバインダーの中に有機添加物が存在しないかぎり、鋳造操作および冷却時にCO2または他の有機熱分解生成物の排出がない。
(a)非晶質二酸化ケイ素は、構築材料混合物にだけ加えられる。
(b)非晶質二酸化ケイ素は、1m2/gから200m2/gの間、好ましくは1m2/g以上かつ30m2/g以下、特に好ましくは15m2/g以下のBET表面積を有する。
(c)非晶質シリカは、沈殿ケイ酸、火炎加水分解によるかまたは電気アーク中で製造される焼成二酸化ケイ素、ZrSiO4の火炎分解によって製造される非晶質二酸化ケイ素、酸素含有ガスを用いる金属ケイ素の酸化によって製造される二酸化ケイ素、石英結晶の融解および急再冷によって製造される球状粒子を有する石英ガラス粉体、およびそれらの混合物からなる群から選ばれ、好ましくはZrSiO4の熱分解によって製造される非晶質二酸化ケイ素である。
(d)非晶質二酸化ケイ素は、それぞれ耐火成形基材を基準として好ましくは0.1重量%から2重量%、特に好ましくは0.1重量%から1.5重量%の量で用いられる。
(e)非晶質二酸化ケイ素は、5重量%未満、特に好ましくは1重量%未満の含水率を有する。
(f)非晶質二酸化ケイ素は、好ましくは0.05μmから10μmの間、特に0.1μmから5μmの間、特に好ましくは0.1μmから2μmの間の動的光散乱によって決定された平均一次粒子直径を有する、粒状非晶質二酸化ケイ素である。
Claims (28)
- 少なくとも、
a)構築材料混合物の成分として耐火成形基材を準備するステップと;
b)0.05mmから3mm、好ましくは0.1mmから2mm、特に好ましくは0.1mmから1mmの層厚を有する前記構築材料混合物の薄層を塗布するステップと;
c)前記薄層の選ばれた区域に、
− アルカリケイ酸塩水溶液の形の水ガラスと、
− 少なくとも1種のリン酸塩もしくは少なくとも1種のホウ酸塩またはリン酸塩およびホウ酸塩と
を含むバインダーを印刷するステップと;
d)ステップb)およびc)を繰り返し反復するステップと
を含む、物体を逐次層構築するための方法。 - 前記印刷された区域を、特に、好ましくはマイクロ波および/または赤外光によって生じる温度上昇によって硬化させるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記印刷された区域を硬化させる前記ステップは、1層から10層の印刷された層、好ましくは3層から8層の印刷された層の前記構築材料混合物を構築した後にそれぞれ行われる、請求項2に記載の方法。
- i)前記逐次層構築の完了後に前記物体を炉の中でまたはマイクロ波を用いて硬化させるステップと、それに続く
ii)前記少なくとも部分的に硬化した鋳型から結合していない前記構築材料混合物を取り除くステップと
をさらに含む、先行請求項の少なくとも1項に記載の方法。 - 前記耐火成形基材は、ケイ砂、ジルコン砂またはクロム鉱砂、橄欖石、バーミキュライト、ボーキサイト、耐火粘土、ガラスビーズ、粒状ガラス、中空ケイ酸アルミニウムマイクロスフェアおよびそれらの混合物を含み、好ましくは、前記耐火成形基材を基準として50重量%より多いケイ砂からなる、先行請求項の少なくとも1項に記載の方法。
- 前記構築材料混合物の80重量%超、好ましくは90重量%超、特に好ましくは95重量%超が耐火成形基材である、先行請求項の少なくとも1項に記載の方法。
- 前記耐火成形基材は、篩分分析によって決定すると50μmから600μm、好ましくは80μmから300μmの平均結晶粒直径を有する、先行請求項の少なくとも1項に記載の方法。
- 前記水ガラスは、溶媒/希釈剤を含めて、前記成形基材を基準として0.5重量%から7重量%の間、好ましくは0.75重量%から6重量%の間、特に好ましくは1重量%から5.0重量%の間の量で用いられる、先行請求項の少なくとも1項に記載の方法。
- 前記構築材料混合物に水ガラス系バインダー用無機硬化剤が加えられ、前記無機硬化剤は、好ましくはリン酸塩である、先行請求項の少なくとも1項に記載の方法。
- 前記バインダーに対する前記硬化剤の割合は、5重量%以上から25重量%未満、好ましくは8重量%以上から20重量%未満、特に好ましくは10重量%以上から15重量%未満である、請求項9に記載の方法。
- それぞれ前記成形基材を基準として0.05重量%から2重量%の間、好ましくは0.1重量%から1重量%の間、特に好ましくは0.1重量%から0.6重量%の間の前記無機硬化剤が用いられる、請求項9に記載の方法。
- 前記印刷するステップは、複数のノズルを有する印刷ヘッドを用いて行われ、前記ノズルは、好ましくは個別選択的に制御可能である、先行請求項の少なくとも1項に記載の方法。
- 前記印刷ヘッドは、コンピュータによって制御されて少なくとも1つの面内で移動可能であり、前記ノズルは、前記液体バインダーを逐次層施用する、請求項12に記載の方法。
- 前記印刷ヘッドは、バブルジェット(登録商標)技術または圧電技術によるドロップ・オン・デマンド印刷ヘッドである、請求項12または請求項13に記載の方法。
- 前記少なくとも1種のリン酸塩は、25℃において少なくとも水溶性であり、好ましくはアルカリリン酸塩、特に好ましくはポリリン酸ナトリウムもしくはメタリン酸ナトリウムまたは両方である、先行請求項の少なくとも1項に記載の方法。
- 前記バインダーは、リン酸塩を、好ましくは0.01超かつ0.5未満のP2O5/SiO2のモル比(前記バインダー中のSiO2に対するP2O5として計算される)で含有する、先行請求項の少なくとも1項に記載の方法。
- 前記バインダーは、ホウ酸塩を含有し、好ましくはB2O3/SiO2のモル比(前記バインダー中のB2O3およびSiO2として計算される)は、0.01から0.5である、先行請求項の少なくとも1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのホウ酸塩は、25℃において少なくとも水溶性であり、好ましくはアルカリホウ酸塩、より好ましくは四ホウ酸二ナトリウム10水和物である、先行請求項の少なくとも1項に記載の方法。
- 請求項1から18の少なくとも1項によって製造可能な、金属鋳物、特に、鉄、鋼、銅またはアルミニウム鋳物用鋳型または中子。
- バインダーであって、
− 0.4超、好ましくは0.5超、より好ましくは0.6超、特に好ましくは0.7超のNa2O/M2Oのモル比と、1.4超から2.8未満、好ましくは1.6超から2.6未満、好ましくは1.8超から2.5未満、より好ましくは1.9超かつ2.4未満のモル率SiO2/M2Oと、を有し、M2Oは、前記バインダー中に含有される前記非晶質アルカリケイ酸塩、アルカリ酸化物、アルカリ水酸化物、アルカリリン酸塩および/またはアルカリホウ酸塩にそれぞれ基づいて酸化物として計算されたリチウム、ナトリウムおよびカリウムの前記モル量の和である水ガラスを含み;
− 前記バインダーは、25mPas未満の25℃における動粘度を有し;
− 前記バインダー中のいずれの粒子成分も70μm未満のD90値を有し;前記バインダーは、
− 少なくとも1種のリン酸塩もしくは少なくとも1種のホウ酸塩またはリン酸塩およびホウ酸塩を含有する
バインダー。 - 前記バインダーは、22重量%超から40重量%未満、好ましくは24重量%超から38重量%未満、好ましくは26重量%超から36重量%未満、特に好ましくは28重量%超から35重量%未満の固形分を有する、請求項20に記載のバインダー。
- あれば、前記バインダー中の粒子は、
− 40μm未満、好ましくは30μm未満、特に好ましくは25μm未満、より好ましくは20μm未満のD90値を有し、および/または
− 250μm未満、好ましくは120μm未満、好ましくは50μm未満、より好ましくは40μm未満、特に好ましくは35μm未満、より好ましくは30μm未満のD100値を有する、
請求項20または21に記載のバインダー。 - 前記少なくとも1種のリン酸塩は、25℃において少なくとも水溶性であり、好ましくはアルカリリン酸塩、特に好ましくはポリリン酸ナトリウムもしくはメタリン酸ナトリウムまたは両方である、請求項20から22の少なくとも1項に記載のバインダー。
- 前記バインダーは、好ましくは0.01超かつ0.5未満のP2O5/SiO2のモル比(前記バインダー中の前記SiO2に対するP2O5として計算される)のリン酸塩を含有する、請求項20から23の少なくとも1項に記載のバインダー。
- 前記バインダーは、ホウ酸塩を含有し、好ましくは、モル比B2O3/SiO2(前記バインダー中のB2O3およびSiO2として計算される)は、0.01から0.5である、請求項20から24の少なくとも1項に記載のバインダー。
- 前記少なくとも1種のホウ酸塩は、25℃において少なくとも水溶性であり、好ましくはアルカリホウ酸塩、特に好ましくは四ホウ酸二ナトリウム10水和物である、請求項20から25の少なくとも1項に記載のバインダー。
- 前記バインダーは、特に、0.01重量%から4.0重量%の間、好ましくは0.1重量%から3.0重量%の間の界面活性物質、好ましくは界面活性剤をさらに含有する、請求項20から26の少なくとも1項に記載のバインダー。
- 前記バインダーは、請求項20から27の少なくとも1項によってさらに定義される、請求項1から19の少なくとも1項に記載の方法。
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