(57)【要約】  本発明は、ＺｒＯ2及び／又はＡｌ2Ｏ3を含む炉ダストを含む、インベストメントキャスティング用モールドに関する。本発明はまた、ＺｒＯ2、ならびにアルミナ、シリカ及びアルミノケイ酸塩から選択される１種又は複数の物質を含む金属酸化物ダストを含むインベストメントキャスティング用モールドであって、前記金属酸化物ダストが、１０μｍ以下のｄ50を有する、インベストメントキャスティング用モールドに関する。本発明はまた、本発明のインベストメントキャスティング用モールドの生成のための組成物、インベストメントキャスティング用モールドの形成におけるダストの使用、及びインベストメントキャスティング用モールドの使用に関する。
2018520887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｒＯ2及び／又はＡｌ2Ｏ3を含む炉ダストを含む、インベストメントキャスティング用モールド。
【請求項２】
金属酸化物ダストを含むインベストメントキャスティング用モールドであって、前記金属酸化物ダストが、ＺｒＯ2、ならびにアルミナ、シリカ及びアルミノケイ酸塩から選択される１種又は複数の物質を含み、前記金属酸化物ダストが１０μｍ以下のｄ50を有する、インベストメントキャスティング用モールド。
【請求項３】
前記ダストが、モールドの全固体含有量に対して、０．５〜２５質量％の量で存在する、請求項１又は２に記載のインベストメントキャスティング用モールド。
【請求項４】
前記金属酸化物ダストが、７５質量％超のシリカ及び最大で２５質量％のＺｒＯ2を含む、請求項２に記載の、又は請求項２に従属する場合の請求項３に記載のインベストメントキャスティング用モールド。
【請求項５】
前記金属酸化物ダストが、４０質量％超のアルミナ、２５〜５０質量％のシリカ及び５〜２５質量％のＺｒＯ2を含む、請求項２に記載の、又は請求項２に従属する場合の請求項３に記載のインベストメントキャスティング用モールド。
【請求項６】
前記ダストが、アルミナ、シリカ、アルミノケイ酸塩及びＺｒＯ2以外の不純物を３質量％以下含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のインベストメントキャスティング用モールド。
【請求項７】
前記ダストが５μｍ以下のｄ50を有する、及び／又は前記ダストが５０μｍ以下のｄ90を有する、及び／又は前記ダストが１００μｍ以下のｄ99を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のインベストメントキャスティング用モールド。
【請求項８】
前記ダストが、例えばバイモーダル粒子サイズ分布などのマルチモーダル粒子サイズ分布を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のインベストメントキャスティング用モールド。
【請求項９】
前記モールドが、（メタ）カオリンをさらに含み、及び／又は前記モールドが、ヒュームドシリカをなんら含まない、請求項１〜８のいずれか１項に記載のインベストメントキャスティング用モールド。
【請求項１０】
前記金属酸化物ダストが、溶融ジルコニア又は溶融アルミナ−ジルコニアの生成からの副生成物として得られる炉ダストなどの炉ダストである、請求項２〜９のいずれか１項に記載のインベストメントキャスティング用モールド。
【請求項１１】
セラミック繊維及び／又は有機繊維をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のインベストメントキャスティング用モールド。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の金属酸化物ダストを含み、カオリン又はメタカオリンを含んでもよい、インベストメントキャスティング用モールドの生成用の組成物。
【請求項１３】
水ベーススラリー又はアルコールベーススラリーなどのスラリーである、請求項１２に記載の組成物。
【請求項１４】
６０質量％以上のフィラー充填量、及びザーン４に準拠した３５秒以下の粘度を有するスラリーである、請求項１２又は１３に記載の組成物。
【請求項１５】
セラミック繊維及び／又は有機繊維をさらに含む、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１６】
インベストメントキャスティング用モールドを生成するための、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の金属酸化物ダストの使用。
【請求項１７】
スラリーからの請求項１〜１１のいずれか１項に記載の金属酸化物ダストの施用を含む、インベストメントキャスティング用モールドを形成する方法。
【請求項１８】
キャスト物品の生成における、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のインベストメントキャスティング用モールドの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＺｒＯ2含有金属酸化物ダストを含むインベストメントキャスティング用モールド（investment casting mould）に関する。本発明はまた、インベストメントキャスティング用モールドを生成するための、ＺｒＯ2含有及び／もしくはＡｌ2Ｏ3含有金属酸化物ダスト又は炉ダストを含む組成物、ならびにこのような組成物及びインベストメントキャスティング用モールドにおいて、ある種の金属酸化物の生成法及び処理法で副生物として生成する、例えば炉ダストなどの金属酸化物ダストの使用に関する。同様に、本発明によるインベストメントキャスティング用モールドの使用、及びそれから得られる生成物も開示される。
【背景技術】
【０００２】
アーク炉技法による、例えば、溶融ジルコニア、溶融アルミナ−ジルコニア又は褐色溶融アルミナ及び半脆弱性（ｓｅｍｉ−ｆｒｉａｂｌｅ）アルミナなどの様々な溶融金属酸化物の製造により、副生物として炉ダストが得られる。ほとんどの工業先進国におけるプラントでは、環境規制に従ってこれらの炉ダストを回収し、ある方法で廃棄又は使用する必要がある。その問題の初期の議論では、米国特許第４，２９７，３０９号は、容易な保管及び輸送のために、電気炉から生じるシリカダストを圧縮して乾燥する方法を開示している。しかし、これらの副生物を再利用する用途又は機会は、ほとんど知られていない。
ロストワックスキャスティングとしても知られているインベストメントキャスティングは、公知の最も古い金属成形技法の１つである。インベストメントキャスティングにより、高精度及び再現性を備えた小型のキャスティング物の生成が可能になる。インベストメントキャスティングは、他の技法を用いて得ることが困難又は不可能と思われる、複雑な形状を得るために使用することができる。
【０００３】
一般に、インベストメントキャスティング用モールドは、（ａ）スタッコ（ｓｔｕｃｃｏ）、（ｂ）セラミックスラリーからのフィラー充填物、及び（ｃ）セラミックスラリーからの結合材の固形部分に由来する固体から形成され、パターン消耗品をセラミックスラリーに繰り返し浸漬することによって生成される。各浸漬工程の後、上記のパターンに付着しているスラリーは、乾燥されて、固形のグリーンセラミック層を形成する。乾燥前に、このスラリーは、乾燥した耐火性微粒子組成物であるスタッコにより被覆されてもよく、又は被覆されなくてもよい。このように、インベストメントキャスティング用モールドは、層ごとに生成される。その後のスラリー及びスタッコ層の施用の前には、前の層は乾燥していなければならない。インベストメントキャスティングにおいて使用するためのセラミックスラリーは、水ベース又はアルコールベース無機結合材（コロイド状シリカなど）、耐火性フィラー粉末及び有機添加物（湿潤剤、消泡剤、殺生物剤など）、ならびに／又は液状ポリマーなどのグリーン強度強化剤を用いて通常、作製される。
【０００４】
米国特許第８，０８７，４５０（Ｂ２）号は、インベストメントキャスティング用モールドを形成するためのスラリー中に、結合材及び耐火性フィラーに加えて、追加の構成成分として、例えばヒュームドシリカなどの、ヒュームド金属酸化物の使用を開示している。ヒュームド金属酸化物又は熱分解法（ｐｙｒｏｇｅｎｉｃ）金属酸化物は意図的に生成され、その生成法のためにかなり高価である。
インベストメントキャスティング用モールドを生成するために、スラリー中でマイクロシリカ又はシリカヒュームを使用することが、例えば、米国特許第６，５４０，０１３（Ｂ１）号などに広範に記載されている。インベストメントキャスティングシェルに少なくとも１種のマイクロシリカを約５質量％組み込むと、該シェルの強度及び固体レベルが、効果的に向上することが見出された。
【０００５】
国際公開第２００６／１０７３４５号は、インベストメントキャスティングシェルモールド及びその製造方法において、繊維を使用することをさらに開示している。この繊維は、小さく刻まれているか、又はミル粉砕されている有機物又は無機物とすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一層優れた強度及びより高い固体レベルを得る方法、ならびにより効率的な形成方法が、常に、求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、添付の特許請求の範囲において定義される。
特に、本発明は、ＺｒＯ2及び／又はＡｌ2Ｏ3を含む炉ダストを含むインベストメントキャスティング用モールドによって具体化される。
【０００８】
本発明は、金属酸化物ダストを含むインベストメントキャスティング用モールドによってさらに具体化され、金属酸化物ダストは、ＺｒＯ2、ならびにアルミナ、シリカ及びアルミノケイ酸塩から選択される１種又は複数の物質を含み、金属酸化物ダストは、１０μｍ以下のｄ50を有する。
本発明によるインベストメントキャスティング用モールドは、従来技術によるものよりも、改善された又は同等の強度、及び改善された又は良好な固体レベルを有することが見出された。形成方法がより迅速となることも見出された。
本発明の一実施形態によれば、金属酸化物ダスト又は炉ダストは、インベストメントキャスティング用モールド中に、該モールドの全固体含有量に対して、０．５〜２５質量％の量で存在する。金属酸化物ダストのこうした量により、利点が最も顕著に得られたことが分かった。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、インベストメントキャスティング用モールド中に存在する金属酸化物ダストは、７５質量％超のシリカ及び最大２５質量％のＺｒＯ2を含む。本発明の一実施形態によれば、インベストメントキャスティング用モールド中に存在する金属酸化物ダストは、４０質量％超のアルミナ、２５〜５０質量％のシリカ及び５〜２５質量％のＺｒＯ2を含む。このような組成物により、従来技術よりも、とりわけ大きな改善がもたらされることが分かった。
本発明の一実施形態によれば、インベストメントキャスティング用モールドに含まれる金属酸化物ダスト又は炉ダストは、アルミナ、シリカ、アルミノケイ酸塩及びＺｒＯ2以外の不純物を３質量％以下含む。より高い不純物レベルでは、従来技術を超える改善は、望まれるほど顕著ではないことが分かった。
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、インベストメントキャスティング用モールドに含まれる金属酸化物ダスト又は炉ダストは、５μｍ以下のｄ50を有する。本発明の一実施形態によれば、インベストメントキャスティング用モールドに含まれる金属酸化物ダスト又は炉ダストは、５０μｍ以下のｄ90を有する。本発明のさらなる一実施形態によれば、インベストメントキャスティング用モールドの金属酸化物に含まれる金属酸化物ダスト又は炉ダストは、１００μｍ以下のｄ99を有する。このような特定の粒子サイズ分布を有する金属酸化物ダスト又は炉ダストを特に用いると、利点が得られることが分かった。本発明によれば、ｄ50、ｄ90及びｄ99に関する明記された値は、独立して、又は組み合わせて存在することができる。
本発明の一実施形態によれば、インベストメントキャスティング用モールドに含まれる金属酸化物ダスト又は炉ダストは、例えばバイモーダル粒子サイズ分布などのマルチモーダル粒子サイズ分布を有する。このような粒子サイズ分布を用いると、良好な改善を得ることができることが分かった。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、本インベストメントキャスティング用モールドは、カオリンをさらに含む。本発明のさらなる実施形態によれば、本インベストメントキャスティング用モールドは、いかなるヒュームドシリカも含まない。カオリン、又はやはり考えられるメタカオリンの存在により、最終生成物に良好な特性がもたらされることが分かった。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、インベストメントキャスティング用モールドに含まれている金属酸化物ダストは炉ダストである。炉ダストは、例えば、電気アーク炉において、溶融ジルコニア又は溶融アルミナ−ジルコニアの生成から、副生物として得ることができる。炉ダストは、本発明における用途に好適であること、及び本発明は、前記炉ダストを再利用する方法を提供することを見出した。
本発明の一実施形態によれば、前記インベストメントキャスティング用モールドは、有機繊維及び／又はセラミック繊維をさらに含む。このような繊維を添加すると、モールドに安定性がもたらされる。
本発明はまた、インベストメントキャスティング用モールドを生成するための組成物を提供する。本発明による組成物は、上で定義されている金属酸化物ダストを含み、カオリン又はメタカオリンを含んでもよい。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、本発明の組成物は、インベストメントキャスティング用モールドを形成するためのスラリーである。例えば、本組成物は、水ベーススラリー又はアルコールベーススラリーとすることができる。インベストメントキャスティング用モールドを形成するためのスラリーにおける本発明の組成物の使用は、従来技術の組成物よりも利点があるものとして示される。
本発明の一実施形態によれば、本発明の組成物は、６０質量％以上のフィラー充填量、及びザーンカップ４に準拠した３５秒以下の粘度を有するスラリーである。より多量のフィラー充填量を含むスラリーが、インベストメントキャスティング用モールドの形成には有利である。本明細書に記載されている金属酸化物ヒュームの使用により、粘度を許容可能なレベルに維持しながら、フィラー充填量が改善された組成物になることが分かった。
本発明の一実施形態によれば、本発明の組成物は、有機繊維及び／又はセラミック繊維をさらに含む。このような繊維を添加すると、モールドに追加の安定性がもたらされる。
【００１４】
同様に、本発明の一部は、インベストメントキャスティング用モールドを生成するための、本明細書で定義されている金属酸化物ダスト又は炉ダストの使用である。この実施形態によれば、そうでなければ、廃棄しなければならないと思われる容易に入手可能な生成物を同時に再利用しながら、インベストメントキャスティング用モールドを作製するための改善された方法及び改善された組成物が得られた。同様に、本明細書で定義されている金属酸化物ダスト又は炉ダストを使用することにより、改善されたインベストメントキャスティング用モールドを得ることができる。
同様に、本発明の一部は、インベストメントキャスティング用モールドを形成する方法であって、本明細書で定義されている金属酸化物ダスト又は炉ダストを施用して、スラリーを形成することを含む、方法である。
同様に、本発明の一部は、キャスト物品の生成において本明細書に記載されているインベストメントキャスティング用モールドを使用すること、同様に、このようなインベストメントキャスティング用モールドから得られるキャスト物品である。
本発明は、以下の図面を参照することにより、さらに例示される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明において使用するための金属酸化物ダスト組成物のレーザー散乱法によって測定された粒子サイズ分布を示すグラフである（組成物Ａ）。
【図２】本発明において使用するための金属酸化物ダスト組成物のレーザー散乱法によって測定された粒子サイズ分布を示すグラフである（組成物Ｂ）。
【図３】本発明において使用するための金属酸化物ダスト組成物のレーザー散乱法によって測定された粒子サイズ分布を示すグラフである（組成物Ｃ）。
【図４】金属酸化物ダスト組成物のレーザー散乱法によって測定された粒子サイズ分布を示すグラフであり、その組成物の使用は、本発明の範囲内に収まらない（組成物Ｄ）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の説明及び図面の参照は、本発明の例示的な実施形態に関するものであり、特許請求の範囲に限定されるべきではないことが理解される。
【００１７】
本明細書で使用する場合、用語「シリカヒューム」（ＣＡＳ番号６９０１２−６４−２）又はマイクロシリカは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）のアモルファス多形を表し、これは、約１５０ｎｍ、より一般には、８０ｎｍ〜５μｍの平均一次粒子サイズを有する粉末である。シリカヒューム粒子は、最大５０μｍの直径を有する凝集体を形成する強い傾向を有する。シリカヒュームは、１５ｍ2／ｇ超、及び通常、最大３０ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積を有しており、例えば、ケイ素、フェロケイ素又は溶融シリカの生成から副生物として得ることができる。
【００１８】
本明細書で使用する場合、用語「ヒュームドシリカ」（ＣＡＳ番号１１２９４５−５２−５）又は熱分解法シリカは、凝集する傾向を有する、分岐鎖様粒子に溶融されたアモルファスシリカの微小滴を表す。一次粒子サイズは、５〜５０ｎｍの範囲であり、ＢＥＴ表面積は、通常、５０〜６００ｍ2／ｇである。ヒュームドシリカは、かなり複雑な熱分解法によって生成される。
本明細書で使用する場合、「コロイド状シリカ」は、水中又はアルコール中などの液相中で、アモルファス性の非多孔質シリカ粒子の懸濁液を表す。
本明細書で使用する場合、用語「溶融シリカ」又は溶融石英は、アモルファス性シリカのガラスを表す。
本明細書で使用する場合、用語「炉ダスト」は、例えば、溶融金属酸化物の製造において使用される電気アーク炉などの炉の作業において、副生物として得られる、任意の微細な微粒子組成物を表す。多くの行政管轄区では、炉ダストは、大気中に放出されるよりはむしろ、環境法に従って回収される。
【００１９】
本明細書で使用する場合、用語「金属酸化物ダスト」は、７０質量％超の金属酸化物、又は８０質量％超の金属酸化物、又は９０質量％超の金属酸化物、又は９５質量％超の金属酸化物、又は９９質量％超の金属酸化物を含むダストなどの、金属酸化物の大部分を含むダストを表す。金属酸化物ダストは、炉ダストとすることができ、いくつかの金属酸化物の混合物を含有していることがある。本明細書で使用する場合、金属酸化物ダストは、ｄ50が５０μｍ以下、又は３０μｍ以下、又は２０μｍ以下、又は１５μｍ以下、又は１０μｍ以下、又は５μｍ以下となるような、粒子サイズ分布を有することができる。
本明細書で使用する場合、組成物のアルミナ含有量は、組成物中の酸化アルミニウム、及びアルミノケイ酸塩の任意の酸化アルミニウム部分の量を記載している。
本明細書で使用する場合、組成物のシリカ含有量は、組成物中の二酸化ケイ素、及びアルミノケイ酸塩の任意の二酸化ケイ素部分の量を記載している。
本出願の全体にわたり、粒子サイズ分布は、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ２０００により、レーザー光散乱法を使用して測定した。測定前に、試料を水中で分散し、試料の完全な脱凝集化を行うために、超音波処理を適用した。本明細書で使用する場合、粒子サイズ分布を記載する場合の、値ｄ10、ｄ50、ｄ90及びｄ99は、場合に応じて、粒子の１０％、又は粒子の５０％、又は粒子の９０％、又は粒子の９９％が、その値よりも小さいとすることができる、粒子サイズを定義する。
【００２０】
添付の特許請求の範囲による本発明は、インベストメントキャスティングにおいて使用するためのモールドを提供する。本発明の一実施形態によれば、前記インベストメントキャスティング用モールドは、ＺｒＯ2含有及び／又はＡｌ2Ｏ3含有炉ダストを含む。本発明の一実施形態によれば、前記インベストメントキャスティング用モールドは、ＺｒＯ2含有金属酸化物ダストを含む。金属酸化物ダストは、通常、本発明によるインベストメントキャスティング用モールドに再利用され得る、炉ダストとすることができる。
【００２１】
本発明のインベストメントキャスティング用モールドの生成では、金属酸化物ダスト又は炉ダストは、モールド成形用スラリーに組み込まれる。添加物としてのこれらのダストの存在は、スラリーに可塑化作用を及ぼし、粘度の低下、又は逆に言えば、許容可能な粘度において、より多量の固体含有量及び少ない液体含有量を有する安定なスラリーが形成する可能性をもたらす。本発明によるインベストメントキャスティング用モールドを形成するためのセラミックスラリー中の金属酸化物ダスト又は炉ダストの存在により、セラミックスラリーにパターン消耗品を浸漬する工程の後ごとに、層の厚さを増大させることが可能となる。したがって、浸漬工程をほとんど使用しないで、モールドの最終厚さが得られ、これにより、製造方法において、数例を挙げると、モールドの形成方法の利便性（ｕｓｅａｂｉｌｉｔｙ）の改善、必要な時間、費用及び作業量、ならびに間違い又は事故を起こす傾向の低下をもたらす。さらに、浸漬工程間のセラミックスラリーに含有する低下した液量を蒸発させるのに、より少ないエネルギーを必要とする。最後に、パターン消耗品における鋭い表面のより均一なコーティングが、本発明によるインベストメントキャスティング用モールドで得られたことが分かった。
理論によって拘泥されることを望むものではないが、スラリーに金属酸化物ダスト又は炉ダストを添加すると、粒子の沈降過程に影響を及ぼすことによる、スラリーのレオロジーが改善されると考えられる。特に、有意な量の粗粒子を含む固体含有物の幅広い粒子サイズ分布を有するスラリーは、粗粒子の沈降速度の低下によって安定化する。
【００２２】
本発明によれば、金属酸化物ダスト又は炉ダストは、インベストメントキャスティング用モールドを形成するための浸漬用スラリー中の添加物として使用される。一実施形態では、この施用に使用するための炉ダストは、それらがＺｒＯ2含有物及び／又はＡｌ2Ｏ3含有物を含むという点で、特有なものである。一実施形態では、この施用において使用するための金属酸化物ダストは、それらがＺｒＯ2含有物、ならびにアルミナ、シリカ及びアルミノケイ酸塩から選択される１種又は複数の物質を含むこと、及びそれらが１０μｍ以下のｄ50を有するという点で、特有なものである。
【００２３】
本発明によれば、浸漬用スラリーに使用するための、金属酸化物ダスト又は炉ダストのＺｒＯ2含有量は、金属酸化物ダスト中の固体の総量に対して、１質量％〜２５質量％とすることができる。例えば、金属酸化物ダストのＺｒＯ2含有量は、金属酸化物ダスト中、２質量％〜２２．５質量％、又は３質量％〜２０質量％、又は４質量％〜１７．５質量％、又は５質量％〜１５質量％、又は１０質量％〜２５質量％、又は１０質量％〜２０質量％、又は１０質量％〜１５質量％（例えば、約２．５質量％、又は約５質量％、又は約１０質量％、又は約１５質量％など）のＺｒＯ2含有量とすることができる。
本発明によれば、インベストメントキャスティング用モールドの浸漬用スラリーに使用するための、金属酸化物ダスト又は炉ダストは、ｄ50が１０μｍ以下（例えば、ｄ50が０．５μｍ〜１０μｍ、又はｄ50が０．７５μｍ〜８μｍ、又はｄ50が１μｍ〜６μｍ、又はｄ50が１．５μｍ〜５μｍ、又はｄ50が０．５μｍ〜２．５μｍ、又はｄ50が０．５μｍ〜２．０μｍなど、例えば、ｄ50が約１μｍ、又は約２μｍ、又は約３μｍ、又は約４μｍ、又は約５μｍ、又は約６μｍ、又は約７μｍ、又は約８μｍ、又は約９μｍ、又は約１０μｍなど）を有することができる。
【００２４】
さらに、インベストメントキャスティング用モールドの浸漬用スラリーに使用するための、金属酸化物ダスト又は炉ダストは、ｄ10が１μｍ以下（例えば、ｄ10が０．０１μｍ〜１μｍ、又はｄ10が０．０５μｍ〜０．９μｍ、又はｄ10が１μｍ〜０．８μｍ、又はｄ10が０．２μｍ〜０．７μｍ、又はｄ10が０．１μｍ〜０．４μｍなど、例えば、ｄ10が約０．３μｍ、又は約０．４μｍ、又は約０．５μｍ、又は約０．６μｍ、又は約０．７μｍ、又は約０．８μｍ、又は約０．９μｍ、又は約１μｍなど）を有することができる。
さらに、インベストメントキャスティング用モールドの浸漬用スラリーに使用するための、金属酸化物ダスト又は炉ダストは、ｄ90が５０μｍ以下（例えば、ｄ90が１μｍ〜５０μｍ、又はｄ90が２．５μｍ〜４０μｍ、又はｄ90が５μｍ〜３０μｍ、又はｄ90が１０μｍ〜２５μｍなど、例えば、ｄ90が約３μｍ、又は約５μｍ、又は約１０μｍ、又は約２０μｍ、又は約３０μｍ、又は約４０μｍなど）を有することができる。
【００２５】
さらに、インベストメントキャスティング用モールドの浸漬用スラリーに使用するための、金属酸化物ダスト又は炉ダストは、ｄ99（トップカット（ｔｏｐ  ｃｕｔ））が１００μｍ以下（例えば、ｄ99が１０μｍ〜１００μｍ、又はｄ99が２０μｍ〜８０μｍ、又はｄ99が２５μｍ〜７５μｍ、又はｄ99が３０μｍ〜７０μｍなど、例えば、ｄ99が約１０μｍ、又は約２０μｍ、又は約３０μｍ、又は約４０μｍ、又は約５０μｍ、又は約６０μｍ、又は約７０μｍ、又は約８０μｍ、又は約９０μｍ、又は約１００μｍなど）を有することができる。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、インベストメントキャスティング用モールドの浸漬用スラリーに使用するための、金属酸化物ダスト又は炉ダストは、マルチモーダル粒子サイズ分布を有することができる。例えば、粒子サイズ分布はバイモーダルであってもよく、又は粒子サイズ分布はトリモーダルであってもよく、又は粒子サイズ分布はトリモーダルより高いモーダリティを有してもよい。
本明細書で使用する場合、マルチモーダル粒子サイズ分布は、レーザー光散乱法によって得られる粒子のサイズ分布の包絡曲線が、いくつかの別個のピークを示す、粒子サイズ分布である。本明細書で使用する場合、「粒子サイズ分布の包絡曲線」は、指定した試料における粒子のすべてのサイズ分布の曲線を表す。例えば、トリモーダル粒子サイズ分布の場合、レーザー光散乱法によって得られる粒子のサイズ分布の包絡曲線は、３つの別個のピークを示し、バイモーダル粒子サイズ分布の場合、レーザー光散乱法によって得られる粒子のサイズ分布の包絡曲線は、２つの別個のピークを示す。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、インベストメントキャスティング用モールドの浸漬用スラリーに使用するための、金属酸化物ダスト又は炉ダストは、ＢＥＴ表面積が５〜２０ｍ2／ｇ（例えば、１０〜１５ｍ2／ｇ、又は１０〜２０ｍ2／ｇ、又は５〜１５ｍ2／ｇなど、例えば、約７ｍ2／ｇ、又は約８ｍ2／ｇ、又は約９ｍ2／ｇ、又は約１０ｍ2／ｇ、又は約１１ｍ2／ｇ、又は約１２ｍ2／ｇ、又は約１３ｍ2／ｇ、又は約１４ｍ2／ｇ、又は約１５ｍ2／ｇ、約１６ｍ2／ｇ、又は約１７ｍ2／ｇ、又は約１８ｍ2／ｇ、又は約１９ｍ2／ｇ、又は約２０ｍ2／ｇなど）を有することができる。
一般に、本発明による使用のための金属酸化物ダスト又は炉ダストは、市販のシリカヒュームより粗くてもよい。
本発明によれば、ＺｒＯ2含有金属酸化物ダスト又は炉ダストは、シリカ、アルミナ又はアルミノケイ酸塩のうちの少なくとも１種をさらに含む。例えば、本発明中において使用するためのＺｒＯ2含有金属酸化物ダストは、例えば、ジルコニア及びシリカを含有していてもよく、又はそれは、ジルコニア及びアルミナを含有していてもよく、又はそれは、ジルコニア及びアルミノケイ酸塩を含有していてもよく、又はそれは、ジルコニア、アルミナ及びシリカを含有していてもよい。
【００２８】
本発明によれば、Ａｌ2Ｏ3含有炉ダストは、シリカ又はアルミノケイ酸塩のうちの少なくとも１種をさらに含む。例えば、本発明において使用するためのＡｌ2Ｏ3含有炉ダストは、例えば、Ａｌ2Ｏ3及びシリカを含有していてもよく、又はそれは、Ａｌ2Ｏ3及びアルミノケイ酸塩を含有していてもよく、又はそれは、Ａｌ2Ｏ3、アルミノケイ酸塩及びシリカを含有していてもよい。
【００２９】
ある種の実施形態では、本発明において使用するための金属酸化物ダスト又は炉ダストは、２５質量％超のシリカ（例えば、２５質量％〜５０質量％のシリカ、又は３０質量％〜４５質量％のシリカ、又は３５質量％〜４０質量％のシリカなど）、又は例えば７５質量％超のシリカもしくは８０質量％超のシリカ（７５質量％〜９５質量％のシリカ、又は７５質量％〜９０質量％のシリカ、又は７５質量％〜８５質量％のシリカ、又は８０質量％〜９５質量％のシリカ、又は８５質量％〜９５質量％のシリカなど）を含むことができる。例えば、本発明において使用するための金属酸化物ダストは、約２５質量％のシリカ、又は約３０質量％のシリカ、又は約３５質量％のシリカ、又は約４０質量％のシリカ、又は約４５質量％のシリカ、又は約５０質量％のシリカ、又は約５５質量％のシリカ、又は約６０質量％のシリカ、又は約６５質量％のシリカ、又は約７０質量％のシリカ、又は約７５質量％のシリカ、又は約８０質量％のシリカを含むことができる。
【００３０】
ある種の他の実施形態では、本発明において使用するための金属酸化物ダスト又は炉ダストは、４０質量％超のアルミナ（例えば、４５質量％超のアルミナ、又は５０質量％超のアルミナ、例えば４０質量％〜６０質量％のアルミナ、又は４０質量％〜５５質量％のアルミナ、又は４０質量％〜５０質量％のアルミナ、又は４５質量％〜５５質量％のアルミナ、又は５０質量％〜６０質量％のアルミナなど）を含むことができる。例えば、本発明において使用するための金属酸化物ダスト又は炉ダストは、約４０質量％のアルミナ、又は約４１質量％のアルミナ、又は約４２質量％のアルミナ、又は約４３質量％のアルミナ、又は約４４質量％のアルミナ、又は約４５質量％のアルミナ、又は約４６質量％のアルミナ、又は約４７質量％のアルミナ、又は約４８質量％のアルミナ、又は約４９質量％のアルミナ、又は約５０質量％のアルミナを含むことができる。
ケイ素原子及びアルミニウム原子は、アルミノケイ酸塩の形態の金属酸化物ダストで存在することができる。したがって、本明細書に記載されている通り、ある量のシリカの存在を示す記載はまた、これがアルミノケイ酸塩の酸化ケイ素部分に関する場合も含んでいる。同様に、本明細書に記載されている通り、ある量のアルミナの存在を示す記載はまた、これがアルミノケイ酸塩の酸化アルミニウム部分に関する場合も含んでいる。
本発明によれば、本明細書の上に記載されているＺｒＯ2、シリカ及びアルミナの量の可能な組合せのいずれかを有する金属酸化物ダスト又は炉ダストが使用され得る。
【００３１】
本発明の一実施形態によれば、金属酸化物ダスト又は炉ダストは、カオリン及びメタカオリンから選択される１種又は複数の物質をさらに含んでもよい。前記カオリンは焼成されてもよく、例えば、完全に焼成されてもよく、又は一部が焼成されてもよい。例えば、カオリン質クレイは、本発明の一実施形態によれば、前記金属酸化物ダストに含まれてもよい。
当業者は、インベストメントキャスティング用モールドが、（ａ）スタッコ、（ｂ）スラリーからのフィラー充填物、及び（ｃ）スラリーからの結合材の固形部分に由来する固体から形成され得ることを認識しているであろう。したがって、スタッコによって得られるインベストメントキャスティング用モールド中の材料の比は、例えば約６０質量％などの３０〜８０質量％の範囲にあることができる。スラリー中のフィラー部分によって得られるインベストメントキャスティング用モールド中の材料の比は、例えば約３０質量％などの１０〜５０質量％の範囲にあることができる。最後に、スラリー中の固体結合材部分によって得られるインベストメントキャスティング用モールド中の材料の比は、例えば約１０質量％などの５〜２０質量％の範囲にあることができる。
【００３２】
本発明によれば、インベストメントキャスティング用モールドは、インベストメントキャスティング用モールドの全固体含有量に対して、最大約２５質量％の前記金属酸化物ダスト、又は炉ダスト（例えば、インベストメントキャスティング用モールドの全固体含有量に対して、０．５質量％〜２０質量％、又は０．７５質量％〜１５質量％、又は１質量％〜１０質量％、又は１質量％〜８質量％など、例えば、約０．５質量％、又は約１質量％、又は約１．５質量％、又は約２質量％、又は約３質量％、又は約４質量％、又は約５質量％、又は約６質量％、又は約７質量％、又は約８質量％、又は約９質量％、又は約１０質量％、又は約１１質量％、又は約１２質量％、又は約１３質量％、又は約１４質量％、又は約１５質量％、又は約１６質量％、又は約１７質量％、又は約１８質量％、又は約１９質量％、又は約２０質量％の金属酸化物ダスト又は炉ダストなど）を含むことができる。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、本発明において使用するための金属酸化物ダストは、３質量％以下の不純物を含有し得る。本明細書で使用する場合、金属酸化物ダスト中の不純物は、ＺｒＯ2、シリカ、アルミナ又はアルミノケイ酸塩以外の何かが考えられる。例えば、本発明において使用するための金属酸化物ダストは、２質量％以下の不純物、又は１質量％以下の不純物、又は０．５質量％以下の不純物を含有し得る。同様に、本発明の一部は、本発明のインベストメントキャスティング用モールドを作製するための組成物である。これらの組成物は、水ベース又はアルコールベーススラリーとすることができる。前記組成物が、スタッコする際には、乾燥微粒子粉末で使用されることも考えられる。明記したスラリーは、本発明において使用するための金属酸化物ダスト又は炉ダストを、該スラリーのフィラー充填量に対して、最大約２５質量％の前記金属酸化物ダスト又は炉ダスト（例えば、スラリーのフィラー充填物の含有量に対して、０．５質量％〜２０質量％、又は０．７５質量％〜１５質量％、又は１質量％〜１０質量％、又は１質量％〜８質量％など、例えば、約０．５質量％、又は約１質量％、又は約１．５質量％、又は約２質量％、又は約３質量％、又は約４質量％、又は約５質量％、又は約６質量％、又は約７質量％、又は約８質量％、又は約９質量％、又は約１０質量％、又は約１１質量％、又は約１２質量％、又は約１３質量％、又は約１４質量％、又は約１５質量％、又は約１６質量％、又は約１７質量％、又は約１８質量％、又は約１９質量％、又は約２０質量％などの金属酸化物ダスト又は炉ダスト）の量で含むことができる。
【００３４】
インベストメントキャスティング用モールドを形成するためのスラリー中の、本明細書に記載されている金属酸化物ダスト又は炉ダストの存在は、スラリーに可塑化効作用を及ぼすことが本発明者らによって見出された。言い換えると、これらの金属酸化物ダスト又は炉ダストを含むスラリーは、より低い粘度を有する、又は前記金属酸化物ダストを含まないスラリーと同じ粘度の場合、フィラー充填量及びより少ない液体含有量を有することができる。これにより、より高いフィラー充填量を含むスラリーを実現することが可能となり、これにより、インベストメントキャスティング用モールドの生成法の改善をもたらし、同時に、該インベストメントキャスティング用モールドは同等の又は改善された特性を有する。
【００３５】
本発明による組成物は、６０質量％以上（例えば、固体含有量が、６０質量％〜７５質量％、又は例えば６５質量％〜７３質量％、又は例えば７０質量％〜７２質量％など、例えば、固体含有量が約６０質量％、又は約６５質量％、又は約６６質量％、又は約６７質量％、又は約６８質量％、又は約６９質量％、又は約７０質量％、又は約７１質量％、又は約７２質量％、又は約７３質量％、又は約７４質量％、又は約７５質量％など）のフィラー充填量を有するスラリーとすることができる。
本発明による組成物は、ザーン４に準拠した３５秒以下の粘度（例えば、ザーン４に準拠した粘度が、７秒〜３５秒、又は例えば、ザーン４に準拠した粘度が、８秒〜３０秒、又は９秒〜２５秒、又は１０秒〜２０秒など、例えば、約１０秒、又は約１２秒、又は約１４秒、又は約１６秒、又は約１８秒、又は約２０秒など）を有するスラリーとすることができる。
【００３６】
インベストメントキャスティング用モールドの形成に使用されるスラリーのより高いフィラー充填量により、例えば、各浸漬事象後に得られる層厚さの改善がもたらされ、ひいては、必要な厚さを有するインベストメントキャスティング用モールドが形成するまでの必要な浸漬数が低減する。同様に、スラリー中の液体量の減少は、各浸漬後に形成される層の硬化に必要な時間とエネルギーの両方の低下をもたらす。本発明により使用される金属酸化物ダストの容易な利用性が、追加の利点である。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、インベストメントキャスティング用モールド、及びこのようなインベストメントキャスティング用モールドを作製するための組成物は、セラミック繊維及び／又は有機繊維をさらに含む。このような繊維は、例えば、国際公開第２００６／１０７３４５号から公知であり、脆弱性、及び破損する傾向を低減する一助となる。有機繊維及び／又は無機繊維の存在により、より厚いコーティングの施用を行うことが可能になる。
添加される繊維は、小さく刻まれているか、又はミル粉砕されている有機物又は無機物とすることができる。それらは、セラミック繊維、又はナイロンもしくはポリプロピレンなどの有機繊維から選択することができる。
【００３８】
例えば、ウォラストナイト繊維、金属繊維、アラミド繊維、炭素繊維、耐火性繊維、及びアルミノケイ酸塩（ムライトなど）、酸化物（アルミナ及びジルコニアなど）、窒化物（窒化ケイ素など）、炭素、及び炭化物（炭化ケイ素など）、ならびにそれらの混合物などの小さく刻まれているか又はミル粉砕されているセラミック繊維などの、本発明において使用するのに好適なセラミック繊維は、約２０：１の長さと幅のアスペクト比を有することができる。小さく刻まれている及びミル粉砕されているセラミック繊維は、多数の供給元から市販されている。
本発明において使用するのに好適なガラス繊維は、Ｅ−ガラス繊維及びＳ−ガラス繊維などの、切り刻まれた及びミル粉砕されたガラス繊維、ならびにそれらの混合物を含む。ガラス繊維は、例えば、約３ｍｍ〜約６ｍｍの長さ、及び／又は約１０μｍの直径を有することができる。
本発明において使用するのに好適な有機繊維は、オレフィン、アミド、アラミド、ポリエステル及びセルロース繊維を含む。オレフィンの例は、ポリエチレン及びポリプロピレンを含むことができる。アミド繊維の例は、ナイロンを含むことができる。アラミド繊維の例は、ケブラー及びトワロンを含むことができる。
本発明による組成物中の繊維の量は、当業者に公知の通り、幅広い範囲にわたり、様々となり得る。
本発明は、本発明において言及されている特徴及び／又は限定の任意の組合せを、相互に成立し得ないこのような特徴の組合せを除いて、含むことができることに留意すべきである。上述の説明は、本発明を例示するために、本発明の特定の実施形態を対象としている。しかし、本明細書に記載されている実施形態に対して、多数の修正及び改変が可能であることが、当業者には明白であろう。このような修正及び改変は、添付の特許請求の範囲において定義されている通り、本発明の範囲内にあることが意図されている。
【実施例】
【００３９】
以下において、以下に記載されている通りに生成したシェル試料に関して、３点抗折試験装置により、破裂係数（ＣＭＯＲ）を測定した。
本明細書で使用する場合、「ザーンに準拠する」粘度は、規格ＡＳＴＭ  Ｄ４２１２に準拠して決定する。
【００４０】
２つの組成物Ａ及びＢを金属酸化物ダストとして使用した。組成物Ａは、ジルコニア生成に由来する副生物であり、組成物Ｂは、アルミナ−ジルコニア生成に由来する副生物である。組成物Ｃは、金属酸化物ダストと組み合わせて使用するための未加工のカオリンである。組成物Ｄはマイクロシリカであり、比較例で使用される。これらの特性は表Ｉに示されている。Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2及びＳｉＯ2の含有量は、ＡＲＬ  Ａｄｖａｎｔ  ＸＰ（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）でＸＲＦを使用して測定した。これらの組成物の粒子サイズ分布は、図１〜３においてグラフで示されている。
【表１】
2018520887.tif 000003
【００４１】
試験されるスラリー用のベースフィラー混合物を使用した。このベースフィラー混合物は、約５０質量％のアルミナ−シリカ（２００メッシュ）及び約５０質量％の溶融シリカ（１２０メッシュ及び５０〜１００メッシュ）を含む。水性無機結合材と一緒にスラリーにすると、ベース固体混合物は、撹拌を停止するとほとんど直ちに、より粗いフラクションの沈降を示す。
【００４２】
組成物Ａ、Ｂ、Ｃ及び／又はＤを、場合に応じて、５質量％、１０質量％又は２０質量％の組成物Ａ、Ｂ、Ｃ及び／又はＣを含むフィラーのフラクションを得るために、前記のベースフィラー混合物に混合した。組成物Ａ、Ｂ、Ｃ及び／又はＤを添加すると、スラリー中の沈降速度の減速がもたらされる。
【００４３】
これらのスラリーを、インベストメントキャスティングシェル生成において試験した。本発明による様々なスラリーを調製し、安定なスラリーとして維持することができるフィラー充填量にした。これらのスラリーの特性は、表ＩＩに列挙されている。
【表２】
2018520887.tif 000004
本発明（実施例１〜５）による組成物はすべて、比較例１（添加物なし）及び２（シリカヒューム）と比較すると、同じ粘度において、改善されているか又は同等のフィラー充填量を有している。
【００４４】
次の工程では、インベストメントキャスティングシェルを、共通のインベストメントキャスティング手順に従って生成した。ワックスのパターンを約３０秒間、それぞれのスラリーに浸漬し、次に、このパターンから過剰のスラリーを切った。まだ濡れているスラリー層の上に、スタッコ砂（アルミノケイ酸塩）をレインフォールサンダー（ｒａｉｎ−ｆａｌｌ  ｓａｎｄｅｒ）により施用した。次に、これらを４５〜５５％の相対湿度及び２０〜２２℃の温度で３〜４時間、乾燥した。シェルはすべて、合計で６回の浸漬で構築した。最初の浸漬に０．２〜０．５ｍｍの砂を用いてスタッコを施し、その後の４回の浸漬に０．５〜１．０ｍｍの砂でスタッコを施した。６回目及び最後の浸漬は、スタッコせずに、シールコーティングとして施用した。
【００４５】
この手順の後、次に、完成したシェルのシェル厚さ及び冷破裂係数（ＣＭＯＲ）を測定した。ＣＭＯＲは、グリーン生成物に対して、及び１３５０℃で焼きを行った後に測定した。それらの結果が表ＩＩＩに示されている。
【表３】
2018520887.tif 000005
【００４６】
本発明（実施例１、２、４及び５）による組成物はすべて、比較例１（添加物なし）及び２（シリカヒューム）よりも、改善されているか又は同等のシェル厚さ及び破裂係数を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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