[发明专利]低热膨胀铸造介质

说明书

背景技术

本发明涉及低热膨胀系数铸造介质，以及生产该介质的方法和材 料。

铸造介质在金属铸造工业中被用于各种各样铸造过程。在铸造过程 中，熔融金属在铸造介质的存在下被倒入到模制区域中以制造设计形 状、大小和尺寸的铸件。随着熔融金属被倒入到模具中，铸造介质受热 并膨胀。当金属和模具冷却至室温时，金属和模具将收缩。此种冷缩热 胀可导致所得金属铸件内产生缺陷。

可能发生的膨胀程度随铸造介质的类型不同而异。热膨胀系数代表 材料热胀或冷缩的程度。高热膨胀系数介质的使用要求较高程度地付出 零件尺寸设计和添加剂方面的前期工程成本，以尽可能周到地考虑膨胀 的影响。热膨胀系数值较小的铸造介质，在作为熔融金属模具材料使用 时将具有较小膨胀和收缩，因此在最终金属零件中将造成较少缺陷。

石英砂，这种在金属铸造应用中使用得最普遍的介质具有大于10 (10^-6英寸每英寸每℃)的热膨胀系数。锆砂，这种在金属铸造应用中 使用得最普遍的特种砂具有约4.2((10^-6英寸每英寸每℃)的热膨胀系 数。另一种公知的铸造介质包括合成陶瓷介质，由CARBO陶瓷公司以 商品名市售供应。

高热膨胀性能可限制生产要求高尺寸精度水平的薄壁或非常复杂 零件的能力。高膨胀介质可能要求缓冲介质膨胀的添加剂或高机加工和 清理花费，以校正造成的不良铸造性能。低热膨胀铸造介质可对铸造工 业的好处在于：(1)减少铸造缺陷；(2)减少前期工程花费；(3) 增强薄壁能力；(4)增强生产高复杂性铸件的能力；(5)减少高成本 膨胀缓冲添加剂的使用；或(6)减少费钱、费时的冲洗以及与之相关 的设备和人工的使用。

附图简述

图1是氧化镁-氧化铝-二氧化硅相图的示意图。

图2图示了传统铸造介质和本发明实施方案的铸造介质CTE(热膨 胀系数)以及线型变化百分率随温度而变化的比较。

图3图示了一个铝宝塔轮的断面，它是用本发明烧结丸粒(实施例 4)制造的型芯铸成的，显示出没有焊透(penetration)或毛刺缺陷(veining defect)。

图4图示了一个铝宝塔轮的断面，它是用锆砂制造的型芯铸成的， 显示出几圈轻微焊透缺陷但没有毛刺缺陷。

图5图示了一个铁宝塔轮的断面，它是用具有石墨涂层的、由本发 明实施方案(实施例4)的烧结丸粒制造的型芯铸成的，显示出很少或 没有焊透且没有毛刺缺陷。

图6图示了一个铁宝塔轮的断面，它是用带有锆砂涂层的石英砂制 造的型芯铸成的，显示出几圈轻微焊透缺陷，以及中等到严重毛刺缺陷。

图7图示了一种实施采用流化床的连续方法制备本发明实施方案的 铸造介质用的示例性系统的示意图。

图8图示了一种干燥室的示意图，它提供采用喷雾干燥方法形成本 发明描述的铸造介质所用的并流与逆流的组合。

图9图示了一种干燥室的示意图，它提供采用喷雾干燥方法形成本 发明描述的铸造介质所用的并流。

发明详述

描述制造低热膨胀系数铸造介质的方法及如此制造的铸造介质。某 些实施方案描述的制造铸造介质的方法包括：由包含氧化镁源、二氧化 硅源和氧化铝源的原料形成基本上圆形和球状生丸粒，以及随后将该生 丸粒烧结形成铸造介质。某些实施方案描述制造铸造介质的方法以及如 此制成的铸造介质，其热膨胀系数，从约100℃到约1100℃，小于石英 砂、锆砂和橄榄石砂至少之一的热膨胀系数。某些其它实施方案描述一 种制造铸造介质的方法及如此制成的铸造介质，其热膨胀系数从约100 ℃到约1100℃，小于约4.0(10^-6英寸每英寸每℃)。

某些其它实施方案描述制造铸造介质的方法及如此制成的铸造介 质，其中该铸造介质的热膨胀系数，从约100℃到约1100℃，选自：小 于约15(10^-6英寸每英寸每℃)、小于约12(10^-6英寸每英寸每℃)、 小于约7(10^-6英寸每英寸每℃)、小于约6(10^-6英寸每英寸每℃)、 小于约5(10^-6英寸每英寸每℃)，以及小于约4.0(10^-6英寸每英寸每 ℃)。