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TW202126402A - 壓鑄用芯部 - Google Patents

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TW202126402A
TW202126402A TW109140801A TW109140801A TW202126402A TW 202126402 A TW202126402 A TW 202126402A TW 109140801 A TW109140801 A TW 109140801A TW 109140801 A TW109140801 A TW 109140801A TW 202126402 A TW202126402 A TW 202126402A
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賽布麗娜 瑪麗亞 安德騰
瑪麗亞 斯雀偉勒夫斯
克里斯蒂安 盧斯蒂格
克勞斯 席格
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德商哈登斯 雅伯特斯化學威基有限公司
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Abstract

本文描述了將漿料組成應用於製造壓鑄用芯部，一種用於製造壓鑄用芯部的試劑盒，一種製造壓鑄用芯部的方法，應用在壓鑄中的芯部，以及此類芯部在壓鑄中、特別是輕金屬之壓鑄中的應用。

Description

壓鑄用芯部
本發明係有關於用於製造壓鑄用芯部的漿料組成的應用，一種用於製造壓鑄用芯部的試劑盒，一種製造壓鑄用芯部的方法，適於應用在壓鑄中的芯部，以及此類芯部在壓鑄中、特別是輕金屬之壓鑄中的應用。本發明之更多細節參閱所附申請專利範圍以及下文的描述及實施例。
在需要具有空腔、底切或諸如此類的工件的金屬鑄造過程中，將芯部嵌入鑄模，從而使得模具之對應區域不含金屬熔體。
壓力鑄造或壓鑄係指一工業鑄造法，其中為實現鑄件之批量及大量製造，將金屬熔體在高壓(10 MPa至200 MPa)下並且以較高之注模速度(至多達12 m/s)送入兩分式或多組件式永久模，金屬熔體在該處凝固。特別是低熔點金屬，例如鋁及鎂，以及含有鋁及/或鎂的合金適於進行壓鑄。
就在用金屬工件的壓鑄過程中嵌入模具，使得在用熔體填充模具的過程中保持設於工件中之空腔的芯部而言，在鑄造操作期間在機械及熱負荷下的形狀穩定性以及在鑄造操作後易於自空腔移除方面，對芯部有較高要求。
WO 2011/151420 A1揭示過基於鹽(例如氯化鈉)的芯部，其係可透過對由至少一個鹽、至少一個黏合劑(例如水玻璃)以及視情況而定的諸如添加劑、潤濕劑及催化劑的助劑構成的芯部材料混合物進行成型及壓縮來製造，其中鹽、黏合劑以及視情況而定採用的助劑係無機物，此等芯部材料係可藉由充當溶劑的水溶解，透過射芯或擠壓對部件進行成型及壓縮，並且透過鑄滲將經壓縮之芯部穩定化。可為芯部額外地配設漿料。然而，鹽芯的製造相對較為複雜，且使用鹽芯會帶來一些缺點，如高重量、脆性、以及因水溶性鹽之吸濕性造成的低貯藏穩定性。在透過鹽芯之溶解來對鑄件進行去芯的過程中會產生溶液，需要將此溶液乾燥來重新獲得鹽，或需要對溶液進行廢棄處理。
US 2018/0318912 A1揭示過一種用於應用在鋁之壓鑄中的芯部，其中此芯部包括由合成陶瓷模製原料、含有矽酸鈉之無機黏合劑以及含有粒子非晶二氧化矽之添加劑構成之組合。此芯部可具有漿料覆層，目的在於防止在壓鑄期間熔化之鋁透過表面滲入芯部。適用於漿料的耐火材料為細粉形式的氧化鋯及氧化鋁。
WO 2013/044904 A1揭示過一種漿料組成，含有 (A) 至少下列黏土 (A1) 1至10重量份的坡縷石， (A2) 1至10重量份的水輝石，以及 (A3) 1至20重量份的鈉膨土，基於組分(A1 )、(A2)及(A3)相對彼此的比例，以及 (B) 含有水的運載液體，其係可在至多160℃及1013 mbar的條件下完全蒸發，以及(C)不同於(A)的耐火材料。 漿料之總黏土含量A1、A2及A3較佳為相對漿料組成之固體含量的0.1至4.0 wt%。耐火材料(C)較佳為石英、氧化鋁、二氧化鋯、矽酸鋁、鋯砂、矽酸鋯、橄欖石、滑石、雲母、石墨、焦炭、長石、矽藻土、高嶺土、經煅燒之高嶺土、高嶺石、變高嶺石、氧化鐵、鋁礬土及/或其混合物。若採用形式為濃縮物的漿料組成，則相對漿料組成之固體比例而言，漿料組成中之耐火材料(C)的比例大於70 wt%，較佳大於80 wt%。
DE 10 2005 041 863 A1揭示過一種用於製造針對鑄造工業的鑄模的模封料，至少包括耐火的模製材料、用於模封料之固化的黏合劑、以及硼矽玻璃之比例。
DE 10 2014 004 914 A1揭示過一種鑄模，以及一種由型砂構成之針對金屬鑄造的鑄模芯，其中在型砂之型砂粒之表面上設有第一層，其中此第一層係經固化並且由水玻璃及/或磷酸鹽玻璃構成。
WO 2013/044904 A1、DE 10 2005 041 863 A1以及DE 10 2014 004 914 A1不涉及壓鑄技術領域。
在鑄造工業中，一直存在對適用於壓鑄的芯部、適合的原材料、以及製造適用於壓鑄的芯部的方法的需求。
本發明之第一態樣係有關於一種用於製造應用於壓鑄之芯部的試劑盒。本發明之試劑盒作為獨立組分而含有 (A) 模製原料，其選自由以下組成之群組：石英砂、鉻礦砂、橄欖砂、矽酸鋁砂及其混合物； (B) 粒子非晶二氧化矽或者含有粒子非晶二氧化矽的添加劑混合物； (C) 包括水玻璃的溶液或分散體或者含有用於製造包括水玻璃的溶液或分散體之原料的試劑盒； (D) 用於製造覆層的組成，其中該組成包括 (D1) 運載液體，其選自由以下組成之群組：水以及水與一或多個醇的混合物 (D2) 某種成分，其選自由以下組成之群組： (D2a) 溶於該運載液體中的一或多個酸，其中該運載液體透過溶於其中之酸而形成的水相具有5或更小的PH值 (D2b) 公式(I)的一或多個有機化合物
Figure 02_image001
， 其中R1及R2 皆為單價基團，其彼此獨立地分別含有1至26個碳原子，其中該基團R1透過一個在該基團R1中含有的碳原子或者透過一個在該基團R1中含有的氧原子而鍵合，並且該基團R2透過一個在該基團R2中含有的碳原子而鍵合， 或者 如此地透過形成環形結構而彼此連結，使得該環形結構共包括4至7個環原子並且該等基團R1及R2共包括2至26個碳原子，其中該基團R1透過一個在該基團R1中含有的碳原子或者透過一個在該基團R1中含有的氧原子而鍵合，並且該基團R2透過一個在該基團R2中含有的碳原子而鍵合； (D3) 一或多個形式為片狀粒子的耐火材料 (D4) 一或多個形式為粒狀粒子的耐火材料 其中相對組分(D)中耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，該等耐火材料(D3)的比例為15%至80%，較佳為30%至60%。
在本發明之試劑盒中，該等組分(A)、(B)、(C)及(D)獨立地存在，亦即，在空間上彼此分離，舉例而言，該等組分(A)、(B)、(C)及(D)中的每個皆處於獨立容器中。
本發明之試劑盒的組分(A)、(B)及(C)係用於製造模製材料混合物，透過成型及熱固化來用該模製材料混合物製造用於芯部之本體。本發明之試劑盒的組分(D)為漿料組成或用於製造漿料組成之濃縮物。該漿料組成為塗層組成且用於在本體上製造覆層(漿料覆層)，其至少在芯部之在鑄造過程中與金屬熔體發生接觸的整個表面上延伸。較佳地，該覆層在該芯部的整個表面上延伸。
本發明意外發現，在壓鑄過程中使用本發明之芯部的情況下，即使金屬熔體壓力較大，亦能基本上防止芯部表面被金屬熔體滲入。此點係透過本發明之芯部的漿料覆層而實現。
本發明之試劑盒的組分(A)係提供由該試劑盒之組分(A)、(B)及(C)製成之模製材料混合物的模製原料。較佳係採用AFS顆粒細度數特別是50至100，尤佳AFS顆粒細度數為60至80的細粒模製原料。其中，根據1999年十月的VDG-Merkblatt(「德國鑄造專家協會」作業規範)P 34第5.2點來確定AFS顆粒細度數。在該處，AFS顆粒細度數透過公式
Figure 02_image003
來定義，其中 gi    為各顆粒等級的質量分數 M3i 為相應顆粒等級的AFS乘數(根據VDG作業規範P34表格3)，以及 g     為顆粒總質量。
本發明所用之模製原料選自由以下組成之群組：石英砂、鉻礦砂、橄欖砂、矽酸鋁砂及其混合物。模製原料(A)較佳為石英砂。
尤佳之模製原料係AFS顆粒細度數特別是50至100，尤佳AFS顆粒細度數為60至80的石英砂。
本發明之試劑盒的組分(B)及(C)形成由該試劑盒之組分(A)、(B)及(C)製成之模製材料混合物的黏合劑。
組分(B)中之非晶粒子二氧化矽較佳選自由以下組成之群組： - 粒子合成非晶二氧化矽，其作為次要成分而至少具有碳，其中相對粒子合成非晶二氧化矽與次要成分之總質量而言，二氧化矽之比例為90%或更高，較佳可透過在電弧爐中還原石英製成； - 粒子合成非晶二氧化矽，其作為次要成分而具有鋯氧化物且較佳可透過ZrSiO4 之熱分解製成； - 粒子合成非晶二氧化矽，其可透過藉由含氧氣體氧化金屬矽製成； - 粒子合成非晶二氧化矽，其可透過二氧化矽熔體之淬火製成； - 熱解矽酸，其較佳可透過四氯化矽之熱解而製成； 以及上述之混合物。
術語「粒子」(「微粒狀」)表示固體粉末(包括粉塵)，或者較佳可流淌從而可過篩的粒料。
粒子非晶二氧化矽較佳係合成。本文所述及的合成的粒子非晶二氧化矽表明，該非晶二氧化矽 - 為按計劃實施的用於技術性合成粒子非晶二氧化矽之化學反應製程的目標產物 或者 - 按計劃實施的用於技術性合成目標產物之化學反應製程的副產物，該目標產物並非為粒子非晶二氧化矽。
目標產物為粒子非晶二氧化矽之反應製程的一個示例為四氯化矽之火焰水解。以該工藝製成的粒子非晶SiO2 (「二氧化矽」)亦被稱為「熱解SiO2 」(「熱解二氧化矽」)或熱解矽酸或「矽灰」(CAS RN 112945-52-5)。
粒子非晶二氧化矽為副產物之反應製程的一個示例為，藉由焦炭在電弧爐中還原石英時以製造矽或矽鐵作為目標產物。在此過程中形成的粒子非晶SiO2 (「二氧化矽」)亦被稱為矽塵、二氧化矽粉塵或SiO2 煙凝物，或者被稱為「矽灰」或微矽粉(CAS RN 69012-64-2)。
合成粒子非晶二氧化矽之另一反應製程為，例如將ZrSiO4 熱分解為ZrO2 及SiO2 。
粒子非晶二氧化矽亦可透過藉由含氧氣體氧化金屬矽(詳情參閱DE 10 2012 020 510 A1)以及透過二氧化矽熔體之淬火而獲得。
在文獻中，同樣既將由四氯化矽之火焰水解形成之非晶二氧化矽，又將例如藉由焦炭在電弧爐中還原石英時作為副產物產生之非晶二氧化矽，以及由ZrSiO4 之熱分解形成的非晶二氧化矽稱為「熱解SiO2 」(「熱解二氧化矽」)或熱解矽酸。
(在製造矽鐵或矽時)透過在電弧爐中用碳(例如焦炭)還原石英所製成的類型的粒子非晶二氧化矽因製造工藝而作為次要成分具有碳，其中相對粒子合成非晶二氧化矽與次要成分之總質量而言，二氧化矽之比例為90%或更高。
透過將ZrSiO4 熱分解而製成之類型的粒子非晶二氧化矽因製造工藝而作為次要成分具有鋯氧化物，特別是二氧化鋯。
可透過藉由含氧氣體氧化金屬矽製成之粒子合成非晶二氧化矽及可透過二氧化矽熔體之淬火製成之粒子合成非晶二氧化矽皆指僅具極少無法避免的(即製造相關的)雜質之極純的SiO2 。
在本發明範圍內尤佳地應用的粒子非晶二氧化矽包括用CAS RN 69012-64-2或CAS RN 112945-52-5表示之類型的粒子非晶二氧化矽。它們可透過前文之方式獲得。其中，「CAS RN」代表CAS註冊號及CAS登記號，英文為CAS Registry Number，CAS = Chemical Abstracts Service(化學文摘社)。
透過將ZrSiO4 熱分解成ZrO2 來由ZrSiO4 製成的SiO2 以及透過四氯化矽之火焰水解獲得的SiO2 同樣為尤佳方案。
較佳係採用粒度分佈之中值(d50 值)處於0.7至1.5 µm範圍內藉由雷射散射測得之粒子非晶二氧化矽。此種藉由雷射散射來測定粒度分佈係基於粒子大小與該粒子所散射的光之角度及強度的關係。根據樣品中含有之粒子所散射的雷射輻射之測得角度及強度，便可藉由基於米氏散射理論(Mie scattering theory)的算法來獲得粒度資訊。
在某些情形下，本發明之試劑盒的組分(B)由非晶粒子二氧化矽構成。
在其他情形下，組分(B)為含有粒子非晶二氧化矽及其他成分的粉末狀添加劑混合物。此等其他成分例如指 - 微粒狀無機材料(參見下文)， - 鹼金屬氫氧化物 - 有機矽化合物，如矽烷、矽及矽氧烷； - 蠟； - 石蠟； - 金屬皂； - 碳水化合物，其中該等碳水化合物較佳選自由寡糖、多糖及其混合物組成之群組，尤佳選自由纖維素、纖維素酯、澱粉及糊精組成之群組。
上述微粒狀非晶材料亦指添加劑，將其添加進具有黏合劑水玻璃的模製材料混合物係先前技術中之習知方案。微粒狀非晶材料選自由以下組成之群組： - 較佳係а相之氧化鋁；鋁土礦；鋁/矽混合氧化物； - 鋯氧化物，較佳(IV)氧化鋯； - 氧化鋅； - 硫酸鋇； - 含磷化合物，其中該等含磷化合物較佳選自由鹼金屬磷酸鹽與鹽M5 (PO4 )3 OH組成之群組，其中M為鹼土金屬，較佳為Ca； - 層狀矽酸鹽； - 石墨、碳黑； - 玻璃球，陶瓷空心球； - 鎂氧化物。
在特定情形下，本發明之試劑盒的組分(B)為含有以下之粉末狀添加劑混合物 - 粒子非晶二氧化矽，其中相對粉末狀添加劑混合物(B)之總質量而言，粒子非晶二氧化矽的總濃度較佳為25%至99.5%，尤佳為40%至95% 以及 - 一或多個氧化硼化合物，較佳選自由以下組成之群組：硼酸鹽、硼酸、硼酸酐、矽酸硼、磷酸硼及硼磷矽酸鹽，其中相對粉末狀添加劑混合物(B)之總質量而言，氧化硼化合物的總濃度較佳為0.5%至8%，尤佳為2%至5%。
藉由組分(B)中之氧化硼化合物，由模製材料混合物製成之模製體的耐水性及耐空氣濕度性有所增強。高耐水性極為重要，可基本上防止在塗層組成(D)的鍍覆過程中，運載液體(D1)中含有的水對模製體造成侵蝕。較高的耐空氣濕度性可增強模製體的貯藏穩定性。
本發明之試劑盒的組分(C)要麼是包括水玻璃的溶液或分散體，要麼是含有用於製造包括水玻璃的溶液或分散體之原料的試劑盒。
「水玻璃」係指例如透過石英砂與碳酸鈉或碳酸鉀在1400℃至1500℃條件下熔化或者透過水熱法而獲得的鹼金屬矽酸鹽。此等鹼金屬矽酸鹽通常為水溶性。
本發明所用之水玻璃較佳含有選自鋰、鈉及鉀之一或多個鹼金屬的陽離子。
水玻璃之莫耳模數SiO2 /M2 O較佳為1.6至4.0，其中M2 O表示鹼金屬M氧化物的總量。
較佳地，本發明之試劑盒的組分(C)具有鹼金屬矽酸鹽(即水玻璃)之含量，相對組分(C)之總質量而言，該含量為20%至60%，較佳為25%至55%。
在本發明之試劑盒的組分(C)的一種較佳方案中，一或多個氧化硼化合物較佳選自由硼酸鹽、硼酸及硼酸酐，尤佳四硼酸鈉十水合物組成之群組，其中相對組分(C)之總質量而言，作為B2 O3 之氧化硼化合物的總濃度為0.4%至1.0%，尤佳為0.5%至0.8%。
藉由組分(C)中之氧化硼化合物，由模製材料混合物製成之模製體的耐水性及耐空氣濕度性有所增強。
在另一較佳方案中，本發明之試劑盒的組分(C)為包括含鋰水玻璃的溶液或分散體，其中相對組分(C)之總質量而言，作為Li2 O之鋰的總濃度較佳為0.4%至1.0%，尤佳為0.4%至0.7%。「含鋰水玻璃」在此係指含有鋰離子且視情況含有更多鹼金屬之離子(通常為鈉離子及/或鉀離子)的鹼金屬矽酸鹽。尤佳地，此處之包括含鋰水玻璃的溶液或分散體的莫耳模數SiO2 /M2 O為1.6至3.5，較佳為1.8至3.0，其中Li2 O與M2 O的莫耳比例為0.05至0.60，較佳為0.1至0.4，其中M2 O分別表示氧化鋰、氧化鈉及氧化鉀的總量。
藉由含鋰水玻璃，由模製材料混合物製成之模製體的耐水性及耐空氣濕度性有所增強。
在另一較佳方案中，本發明之試劑盒的組分(C)為含有用於製造包括含鋰水玻璃的溶液或分散體的原料之試劑盒。在此方案中，本發明之試劑盒的組分(C)作為獨立成分而含有 (C1) 包括水玻璃的水性溶液或分散體，其中在成分(C1)中相對該溶液或分散體之總質量而言，SiO2 的含量為20%至34%， 其中成分(C1)之PH值較佳為10.0至13.0，尤佳為11.0至12.5， (C2) 包括溶於水之鋰離子的無水玻璃的第一溶液或分散體，其中在成分(C2)中 - 鋰離子的濃度為0.3 mol/L至5.3 mol/L - 並且鋰離子、鈉離子及鉀離子的總濃度為0.3 mol/L至28.0 mol/L， - 其中成分(C2)之PH值較佳為8.0至14.0，尤佳為11.5至12.3， 以及可選地 (C3) 包括溶於水之鉀離子的無水玻璃的第二溶液或分散體，其中在成分(C3)中 - 鋰離子的濃度低於成分(C2)中的濃度並且較佳為0.1 mol/L至5.0 mol/L，尤佳為0.1 mol/L至2.0 mol/L； - 並且鋰離子、鈉離子及鉀離子的總濃度為0.3 mol/L至28.0 mol/L - 並且成分(C3)中鋰離子、鈉離子及鉀離子的總濃度與成分(C2)中鋰離子、鈉離子及鉀離子的總濃度的差別不超出20% 其中成分(C3)之PH值較佳為8.0至14.0，尤佳為11.5至13.5。
在本發明之試劑盒的組分(C)的此種方案中，成分(C1)、(C2)及-若存在-(C3)獨立地存在，如存在於獨立的容器中。
在成分(C1)之水玻璃中，鋰離子的濃度遠低於在待製成之含鋰水玻璃中的濃度。較佳地，成分(C1)不含鋰離子。
用前述材料製造含鋰水玻璃的工藝參閱專利申請案WO 2019/002452 A1。
在本發明之試劑盒的組分(D)中，成分(D1)、(D2a)或(D2b)、(D3)及(D4)相對組分(D)之總質量而言的濃度如下： (D1) 20%至75% (D2a) 0.1%至10%或(D2b) 0.1%至10% (D3) 10%至58% (D4) 14%至64%。
在組成(D)中存在水相(含水之液相)，其中，水之質量與水相之總質量之比大於50%，較佳大於70%，尤佳大於90%。該水相包括運載液體(D1)以及溶於其中之成分。
如前所述，組成(D)既包括可供使用之漿料組成又包括用於形成可供使用之漿料組成的濃縮物。可供使用之漿料組成具有足夠高的運載液體(D1)含量，故可將其直接施覆於本體以形成覆層。在可供使用之漿料組成中，相對該組成的總質量而言，運載液體(D1)的質量為40%至75%，較佳為60%至75%。與可供使用之漿料組成相比，用於製造可供使用之漿料組成的濃縮物所含運載液體(D1)之量小得多。在濃縮物中，相對該組成之總質量而言，運載液體(D1)之總質量為40%或更小。可供使用之漿料組成可透過用運載液體(D1)稀釋該濃縮物來獲得。為了稀釋該濃縮物，通常使用某種運載液體(D1)，其包含在濃縮物之運載液體(D1)中，較佳係水。
組分(D)相對該組分(D)之總質量而言的固體含量小於80%，較佳小於75%。組分(D)之固體含量主要包括成分(D3)及(D4)。固體係指組分(D)之某些成分，其在組分(D)中以固體形式存在，亦即，並非溶於運載液體(D1)，而是懸浮於其中。在可供使用之漿料組成中，相對該漿料組成之總質量而言，成分(D3)及(D4)的比例為25%至60%。在用於製造可供使用之漿料組成的濃縮物中，相對組分(D)之總質量而言，固體比例大於40%，但小於80%。
作為運載液體(成分(D1))，本發明之試劑盒的組分(D)含有水或者水與一或多個醇(如乙醇、甲醇、異丙醇)的混合物。
運載液體(D1)僅用作用於將懸浮或溶解於其中之物質施覆至待製造芯部之本體的介質，並且會在按前述方式塗佈有組成(D)之本體乾燥後被移除(詳情參閱下文描述之本發明之方法中的揭露內容)。該運載液體在正常條件(20℃，1013.25 hPa)下呈液態並且可在常壓(1013.25 hPa)下在80℃至200℃時蒸發。
作為成分(D2)，本發明之試劑盒的組分(D)通常含有 (D2a) 溶於該運載液體中的一或多個酸，其中該運載液體透過溶於其中之酸而形成的水相具有5或更小的PH值 或者 (D2b) 公式(I)的一或多個有機化合物
Figure 02_image005
， 其中R1及R2 皆為單價基團，其彼此獨立地分別含有1至26個碳原子，其中該基團R1透過一個在該基團R1中含有的碳原子或者透過一個在該基團R1中含有的氧原子而鍵合，並且該基團R2透過一個在該基團R2中含有的碳原子而鍵合， 或者 如此地透過形成環形結構而彼此連結，使得該環形結構共包括4至7個環原子並且該等基團R1及R2共包括2至26個碳原子，其中該基團R1透過一個在該基團R1中含有的碳原子或者透過一個在該基團R1中含有的氧原子而鍵合，並且該基團R2透過一個在該基團R2中含有的碳原子而鍵合。 較佳地，公式(I)的化合物係在成分(2b)中，其中R1及R2 - 皆為單價基團，其彼此獨立地為直鏈或支鏈並且含有1至16個，較佳1至12個碳原子，該等碳原子可分別被氧及/或羥基單重至四重(即單重、雙重、三重或四重)地替換及/或取代，其中該基團R1透過一個在該基團R1中含有的碳原子或者透過一個在該基團中含有的氧原子而鍵合，並且R2透過一個在該基團R2中含有的碳原子而鍵合， 或者 - 如此地透過形成環形結構而彼此連結，使得該環形結構共包括4至7個，較佳5至7個選自氧及碳的環原子，並且該等基團R1及R2共同地共包括2至16個，較佳3至8個碳原子，其為直鏈或支鏈並且可被氧及/或羥基單重至四重(即單重、雙重、三重或四重)地，較佳單重至雙重地替換及/或取代，其中該基團R1透過一個在該基團R1中含有的碳原子或者透過一個在該基團R1中含有的氧原子而鍵合，並且基團R2透過一個在該基團R2中含有的碳原子而鍵合。
實踐表明，成分(D2a)或(D2b)可提高配設有漿料覆層之芯部的強度。目前認為，透過本發明之試劑盒的組分(D)之成分(D2a)或者透過成分(D2b)之水解來提供酸，該酸能夠透過酸鹼反應來使得水玻璃鍵合之本體的可能被該塗層組成之水性運載液體(D1)侵蝕的鹼金屬矽酸鹽骨架重新固化(修復)。同樣，由成分(D2a)構成之酸或者成分(D2b)之水解所形成之酸與本體之鹼金屬矽酸鹽骨架的酸鹼反應會增強漿料覆層與本體的鍵合。
在組分(D)含有上文定義之成分(D2a)的情況下，該等酸在25℃條件下較佳具有pKa ＜ 5，尤佳具有pKa ＜ 4。該等酸尤佳選自由以下組成之群組： - 有機酸，其選自由以下組成之群組：一元羧酸、二羧酸及三羧酸，較佳在25℃及101.3 kPa條件下之固態一元羧酸、二羧酸及三羧酸，尤佳檸檬酸及草酸， - 及無機酸，其選自由以下組成之群組：鹽酸、硝酸、磷酸及酸性磷酸鹽，尤佳選自由鹽酸、硝酸及磷酸組成之群組。
在組分(D)含有上文定義之成分(D2b)的情況下，公式(I)的有機化合物選自由以下組成之群組：酯、內酯及酸酐。較佳係採用水溶性酯、內酯及酸酐。尤佳地，公式(I)的化合物選自由以下組成之群組：甲酸甲酯、甲酸乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁內酯、雙醋精、三醋精、二元酯、醋酸酐、碳酸甲酯及ε-己內酯。尤佳採用碳酸丙烯酯。
組分(D)之成分(D3)及(D4)為耐火材料。將符合相關領域通常知識者之常規理解(參閱DIN 51060:2000-06)的質量塊、材料及礦物稱為「耐火的」，其可至少短暫地承受鑄造時或鐵水凝固時的熱負荷。「高度耐火的」表示可短暫地承受鋼水鑄造熱的質量塊、材料及礦物。鋼水鑄造時出現的溫度通常高於鐵水或鑄鐵水鑄造時出現的溫度。耐火的質量塊、材料及礦物(耐火材料)及高度耐火的質量塊、材料及礦物例如由DIN 51060:2000-06而為相關領域通常知識者所知。耐火材料尤指熔點高於所用金屬熔體之溫度至少200℃以及/或者不與金屬熔體發生反應的材料。本文所用之術語「耐火材料」亦包括高度耐火的材料。
本發明中之片狀粒子(D3)係指具有三個彼此垂直之維度(長度、寬度、厚度)的粒子，其中長度為最大維度，厚度為最小維度，其中長度與寬度差別不大，厚度/長度之比為0.2或更小。較佳地，片狀粒子(D3)之長度為1 µm至600 µm，進一步較佳為5 µm至500 µm，進一步較佳為5 µm至 200 µm，尤佳為10 µm至200 µm，特別是10 µm至150 µm、10 µm至100 µm，或10 µm至80 µm。依據ISO 13322-2來確定粒子尺寸。例如可以相關領域通常知識者熟知的方式藉由Camsizer粒度分析儀來測定此等粒子的尺寸。此類粒子亦稱絮凝體、薄片、鱗片或片劑。片狀粒子(D3)例如可透過(例如在研磨過程中)對層狀矽酸鹽或層狀結構之石墨進行分層來獲得。
適宜之層狀矽酸鹽係指屬於層狀矽酸鹽之群組的黏土礦，以及雲母、滑石、高嶺土、變高嶺土、經煅燒之高嶺土、葉蠟石、伊利石及膨潤土。適宜之石墨係指粗晶天然石墨以及粗晶合成石墨。粗晶天然石墨以及粗晶合成石墨形式為裸眼可見之晶體(薄板、薄片、鱗片或片劑)，其位於c平面內的延伸度為100 µm至數毫米。
合成石墨係根據艾奇遜法，或者透過以添加黏合劑(煤焦油瀝青)的方式對石油焦進行模壓及燃燒(800-1300℃)並進行電塗石墨來獲得。合成石墨形式為晶體，其位於c平面內的延伸度為數個 100 Å(數個10 nm)至數毫米。形式為位於c平面內的延伸度為100 µm至數毫米的晶體的粗晶合成石墨可用作本發明中之耐火材料(D3)，而微晶合成石墨可用作本發明中之耐火材料(D4)(參見下文)。
天然石墨既可呈粗晶之片狀又可呈微晶之土狀。天然石墨的粗晶之片狀可用作本發明中之耐火材料(D3)，而微晶之土狀可用作本發明中之耐火材料(D4)(參見下文)。
形式為片狀粒子的耐火材料(D3)較佳選自由粗晶石墨、α-氮化硼及層狀矽酸鹽組成之群組。較佳之層狀矽酸鹽係指黏土粉(由屬於層狀矽酸鹽之群組的黏土礦構成)、雲母、滑石、高嶺土、變高嶺土、經煅燒之高嶺土、葉蠟石、伊利石及膨潤土。尤佳採用葉蠟石及黏土粉。
本發明中之粒狀粒子(D4)係指具有三個彼此垂直之維度(長度、寬度、厚度)的粒子，其中厚度與寬度差別不大，厚度/長度之比為0.8至1。由此，本發明中之粒狀粒子(D4)亦包括球狀粒子(詳情參見下文)。較佳地，粒狀粒子(D4)之長度為10 nm至250 µm，較佳為50 nm至200 µm，尤佳為50 nm至100 µm，特別是100 nm至50 µm或100 nm至20 µm。依據ISO 13322-2來確定粒子尺寸。例如可以相關領域通常知識者熟知的方式藉由Camsizer粒度分析儀來測定此等粒子的尺寸。
邊緣尖銳之粒狀粒子在實踐中亦稱裂片狀粒子，其屬於本發明中之粒狀粒子。粒狀，特別是裂片狀之粒子(D4)例如可透過(例如在研磨過程中)使得玻璃、單晶砂或者多晶砂或岩石發生斷裂來獲得。
形式為粒狀粒子之耐火材料(D4)較佳選自由以下組成之群組：微晶石墨、碳黑、焦炭、矽酸鋯、紅柱石、矽錳礦、藍晶石、石英、石英玻璃、莫來石、耐火土、氧化鋁、鋁土礦、矽灰石、二氧化鈦、橄欖石、組成M5 (PO4 )3 OH之鹼土金屬磷酸鹽，其中M為鹼土金屬，較佳為Ca、氮化矽及金紅石。尤佳採用矽酸鋯及微晶石墨。
碳黑為碳的一種形式，其會在含碳之蒸汽狀物質不充分燃燒或熱分解時形成。焦炭係透過在氣密條件下將硬煤、褐煤或泥煤加熱至約800℃之溫度而獲得。
適宜之微晶石墨為微晶天然石墨(土狀天然石墨)以及微晶合成石墨。微晶天然石墨以及微晶合成石墨以晶體的形式存在，其在c平面內的延伸度小於100 µm，因而單個晶體僅能在顯微鏡下看到。
在本發明之試劑盒的組分(D)中，相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，耐火材料(D3)的比例為15%至80%，較佳為30%至60%，耐火材料(D4)的比例為85%至20%，較佳為70%至40%。此點亦適用於透過稀釋本發明之試劑盒的組分(D)而製成的可供使用之漿料組成。
例如可透過粒子之二維顯微影像來區別片狀粒子(D3)與粒狀粒子(D4)。亦可透過沈澱法或粒度分析來區別片狀粒子(D3)與粒狀粒子(D4)。此等方法已被相關領域通常知識者所知。
在一種較佳方案中，本發明之試劑盒的組分(D)的成分(D4)還包括 (D4a) 非晶粒子二氧化矽。
本發明意外發現，成分(D4a)有助於提高配設有漿料覆層之芯部的強度並且增強漿料覆層與本體的鍵合，該本體同樣含有非晶粒子二氧化矽(源於組分(B))。較佳地，相對耐火材料(D4)之總質量而言，非晶粒子二氧化矽(D4a)的比例為3%至30%。
在非晶粒子二氧化矽的特徵及選擇適宜類型之非晶粒子二氧化矽方面，此前關於本發明之試劑盒的組分(B)的闡述同樣適用。較佳地，在本發明之試劑盒的組分(B)中以及在本發明之試劑盒的組分(D)的成分(D4)中使用相同類型之非晶粒子二氧化矽。
前述之製造過程完畢後，非晶二氧化矽之初始微粒(「初始粒子」)通常呈黏聚狀，即作為初始粒子的黏聚體。粒子非晶二氧化矽(D4a)之初始粒子的微粒形狀較佳大體呈球狀，其中球度為0.9或更高。在本發明中，球度定義為粒子的等效圓投影面積的周長(Equivalent Projection Area of a Circle，簡稱EQPC)除以粒子的實際周長。就粒度小於5 μm之粒子而言，較佳依據標準測試法ISO 13322-1:2014來測定粒子周長以便確定球度，就粒度大於5 μm之粒子而言，較佳係採用標準測試法ISO 13322-02:2006。現代的市售電子顯微系統或光顯微系統能夠進行數字影像分析，進而方便地確定粒子形狀。較佳採用數字影像分析來檢驗球度。較佳藉由商用影像分析軟體，如Media Cybernetics公司的Image-Pro Plus來進行數字影像分析。數字影像分析用樣本製備時需要注意粒子的隨機定向。視情況可製造薄切片。
較佳係採用 (D3) 形式為片狀粒子的耐火材料選自由粗晶石墨、α-氮化硼及層狀矽酸鹽組成之群組，其中該等層狀矽酸鹽較佳選自由以下組成之群組：黏土粉(由屬於層狀矽酸鹽之群組的黏土礦構成)、雲母、滑石、高嶺土、變高嶺土、經煅燒之高嶺土、葉蠟石、伊利石及膨潤土， 以及 (D4) 形式為粒狀或裂片狀粒子之耐火材料選自由以下組成之群組：微晶石墨、碳黑、焦炭、矽酸鋯、紅柱石、矽錳礦、藍晶石、石英、石英玻璃、莫來石、耐火土、氧化鋁、鋁土礦、矽灰石、二氧化鈦、橄欖石、組成M5 (PO4 )3 OH之鹼土金屬磷酸鹽，其中M為鹼土金屬，較佳為Ca、氮化矽及金紅石。
在一種尤佳方案中，成分(D3)由層狀矽酸鹽，如葉蠟石及/或黏土粉，構成，成分(D4)由微晶石墨及矽酸鋯(質量比為2:3至3:2)構成。相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，耐火材料(D3)的比例較佳為40%至60%。較佳地，成分(D4)另含有(D4a)非晶粒子二氧化矽。
透過組分(D)中粒子狀成分(D3)與(D4)之本發明的組合，使得漿料組成(D)或者透過稀釋該組分(D)而製成之漿料組成將覆蓋式漿料(覆蓋漿料)與滲入式漿料的作用結合在一起。覆蓋漿料較佳通常含有片狀耐火材料，滲入式漿料通常主要含有粒狀耐火材料。在施覆至由模製材料混合物按前述方式形成之本體時，覆蓋漿料中含有之粒子狀耐火材料會在本體之模製材料上形成覆蓋層，其在鑄造過程中與熔體發生直接接觸，亦即，將本體的表面密封。亦即，在將覆蓋漿料施覆至由模製材料混合物按前述方式形成之本體時，覆蓋漿料中含有之粒子狀耐火材料會在本體之模製材料上形成覆蓋層，其在鑄造過程中與熔體發生直接接觸，亦即，將本體的表面密封。覆蓋漿料以小於約2 mm的程度滲入模製材料。而滲入式漿料更深地滲入模製材料，使得此種漿料中含有之粒子狀耐火材料將模製材料中的孔隙填滿。透過施覆漿料組成，其含有粒子狀成分(D3)與(D4)之本發明的組合，便能既將模製材料中的孔隙填滿，又能在模製材料上形成與熔體發生直接接觸的覆蓋層(參閱下文中關於本發明之芯部的闡述)。
本發明之試劑盒的組分(D)可包括更多通常包含在用於製造漿料覆層之組成(D)中的成分，特別是選自由以下組成之群組的成分：潤濕劑、流變添加劑、黏合劑、調節劑及生物殺滅劑。適宜之潤濕劑、流變添加劑、黏合劑、調節劑及生物殺滅劑以及其功能及作用已被相關領域通常知識者所知。在此等成分(如流變添加劑)中的一個如前所述定義了形式為片狀粒子(D3)的耐火材料或者如前所述定義了形式為粒狀粒子(D4)的耐火材料的情況下，該成分如前所述被分配給成分(D3)或(D4)。
在一種替代方案中，本發明之試劑盒作為獨立組分而含有 (A) 模製原料，其選自由以下組成之群組：石英砂、鉻礦砂、橄欖砂、天然矽酸鋁砂及其混合物 (B) 粒子非晶二氧化矽或者含有粒子非晶二氧化矽的添加劑混合物 (C) 包括水玻璃的溶液或分散體或者含有用於製造包括水玻璃的溶液或分散體之原料的試劑盒 (D) 用於製造覆層的組成，其中該組成包括 (D1) 運載液體，其選自由以下組成之群組：水以及水與一或多個醇的混合物 (D2) 某種成分，其選自由以下組成之群組： (D2a) 溶於該運載液體中的一或多個酸，其中該運載液體透過溶於其中之酸而形成的水相具有5或更小的PH值 (D2b) 公式(I)的一或多個有機化合物
Figure 02_image007
， 其中R1及R2 皆為單價基團，其彼此獨立地分別含有1至26個碳原子，其中該基團R1透過一個在該基團R1中含有的碳原子或者透過一個在該基團R1中含有的氧原子而鍵合，並且該基團R2透過一個在該基團R2中含有的碳原子而鍵合， 或者 如此地透過形成環形結構而彼此連結，使得該環形結構共包括4至7個環原子並且該等基團R1及R2共包括2至26個碳原子，其中該基團R1透過一個在該基團R1中含有的碳原子或者透過一個在該基團R1中含有的氧原子而鍵合，並且該基團R2透過一個在該基團R2中含有的碳原子而鍵合。 (D3) 一或多個耐火材料，其選自由粗晶石墨、α-氮化硼及層狀矽酸鹽組成之群組； (D4) 一或多個耐火材料選自由以下組成之群組：微晶石墨、碳黑、焦炭、矽酸鋯、紅柱石、矽錳礦、藍晶石、石英、石英玻璃、莫來石、耐火土、氧化鋁、鋁土礦、矽灰石、二氧化鈦、橄欖石、組成M5 (PO4 )3 OH之鹼土金屬磷酸鹽，其中M為鹼土金屬，較佳為Ca、氮化矽及金紅石； 其中相對組分(D)中耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，該等耐火材料(D3)的比例為15%至80%，較佳為30%至60%。
在組分(A)至(C)以及組分(D)的成分(D1)、(D2a)及(D2b)以及在組分(D)之選自潤濕劑、流變添加劑、黏合劑、調節劑及生物殺滅劑的更多可選成分方面，此前之闡述同樣適用。
在本發明之試劑盒的組分(D)中，相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，耐火材料(D3)的比例為15%至80%，較佳為30%至60%，耐火材料(D4)的比例為85%至20%，較佳為70%至40%。此點亦適用於透過稀釋本發明之試劑盒的組分(D)而製成的可供使用之漿料組成。
適宜之層狀矽酸鹽(D3)係指屬於層狀矽酸鹽之群組的黏土礦，以及雲母、滑石、高嶺土、變高嶺土、經煅燒之高嶺土、葉蠟石、伊利石及膨潤土。成分(D3)尤佳係指葉蠟石及黏土粉(由屬於層狀矽酸鹽之群組的黏土礦構成)。成分(D4)尤佳係指微晶石墨及矽酸鋯。
在一種較佳方案中，本發明之試劑盒之前述替代方案的組分(D)的成分(D4)還包括 (D4a) 非晶粒子二氧化矽。
較佳地，相對耐火材料(D4)之總質量而言，非晶粒子二氧化矽(D4a)的比例為3%至30%。
在非晶粒子二氧化矽的特徵及選擇適宜類型之非晶粒子二氧化矽方面，此前關於本發明之試劑盒的組分(B)的闡述同樣適用。較佳地，在本發明之試劑盒的該替代方案的組分(B)中與在本發明之試劑盒的該替代方案的組分(D)的成分(D4)中使用相同類型之非晶粒子二氧化矽。
在一種較佳方案中，成分(D3)由層狀矽酸鹽，如葉蠟石及/或黏土粉，構成，成分(D4)由微晶石墨及矽酸鋯(質量比為2:3至3:2)構成。相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，耐火材料(D3)的比例較佳為40%至60%。較佳地，成分(D4)另含有(D4a)非晶粒子二氧化矽。
本發明之試劑盒的該替代方案的組分(D)可包括更多通常包含在用於製造漿料覆層之組成中的成分，特別是選自由以下組成之群組的成分：潤濕劑、流變添加劑、黏合劑、調節劑及生物殺滅劑。適宜之潤濕劑、流變添加劑、黏合劑、調節劑及生物殺滅劑以及其功能及作用已被相關領域通常知識者所知。在此等成分(如流變添加劑)中的一個如前所述定義了形式為片狀粒子(D3)的耐火材料或者如前所述定義了形式為粒狀粒子(D4)的耐火材料的情況下，該成分如前所述被分配給成分(D3)或(D4)。
本發明之第二態樣係有關於一種製造應用於壓鑄之芯部的方法，包括以下步驟 (a) 透過將該等組分(A)、(B)及(C)混合在一起來製造模製材料混合物， (b) 將該模製材料混合物成型 (c) 對該成型的模製材料混合物實施熱固化，其中形成待製造芯部之本體 (d) 將 - 組成(D) - 或者透過用運載液體(D1)稀釋組成(D)而形成的塗層組成 施覆至該本體並且隨後進行乾燥，從而在該本體上製成覆層，其中形成芯部，該芯部包括該本體及佈置在該本體上的覆層，該覆層至少在該芯部之在鑄造過程中與金屬熔體發生接觸的整個表面上延伸。
在本發明之方法的步驟(a)中，將本發明之試劑盒的在空間上彼此獨立的組分(B)及(C)同時或先後地混入該模製原料(本發明之試劑盒的組分(A))。
在特定情形下較佳地，首先將本發明之試劑盒的組分(B)混入該模製原料(本發明之試劑盒的組分(A))，從而形成包括本發明之試劑盒的組分(A)及(B)的預混合物，並且將本發明之試劑盒的組分(C)(即前述之含有水玻璃的水性溶液或分散體或者用於製造包括水玻璃的溶液或分散體之原料)混入透過上述方式而獲得的預混合物，從而獲得該模製材料混合物。
在其他情形下較佳地，首先將本發明之試劑盒的組分(C)(即含有水玻璃的水性溶液或分散體或者用於製造包括水玻璃的溶液或分散體之原料)混入該模製原料(本發明之試劑盒的組分(A))，從而形成包括本發明之試劑盒的組分(A)及(C)的預混合物，並且將本發明之試劑盒的組分(B)混入透過上述方式而獲得的預混合物，從而獲得該模製材料混合物。
該模製原料(前述之本發明之試劑盒的組分(A))較佳占步驟(a)所制模製材料混合物之總質量的80 WT%以上，較佳90 WT%以上，尤佳95 WT%以上。
在本發明之方法的步驟(a)所制模製材料混合物中，相對模製原料之總質量而言，由本發明之試劑盒的組分(B)構成之粒子非晶二氧化矽的濃度較佳為0.05%至3.0%，進一步較佳為0.1%至2.0%，尤佳為0.3%至1.5%。
在本發明之方法的步驟(a)中，相對模製原料之總質量而言較佳添加0.2%至3%，尤佳0.3%至2%之量的本發明之試劑盒的組分(C)。
在本發明之方法的步驟(a)中製成的模製材料混合物較佳以可流淌形式存在，使其易於填入成型模具並被壓縮，以便成型。在成型模具中壓縮模製材料混合物之作用在於提高用模製材料混合物製成之鑄造模具或鑄造芯部的強度。
通常在成型模具中實施本發明之方法的步驟(b)中之模製材料混合物成型。較佳藉由壓縮空氣將模製材料混合物送入成型模具。
較佳在100℃至300℃，尤佳100℃至250℃的溫度條件下實施本發明之方法的步驟(c)中之熱固化。
黏合劑系統之熱固化係透過該黏合劑系統之成分間的化學反應而實施，從而產生模製體(待製造芯部之本體)。黏合劑系統之熱固化的主要原因在於水玻璃之冷凝，即水玻璃之矽酸鹽單元間的連結(反應機制已在專業文獻中廣泛描述過)。為此而透過熱處理將水自黏合劑系統移除。
例如可在成型模具中將成型之模製材料混合物加熱以實施熱固化，該成型模具的溫度為超過100℃，較佳100℃至300℃，尤佳120℃至250℃。成型之模製材料混合物中之黏合劑系統的熱固化較佳完全地或至少部分地在用於工業製造模製體之常見成型模具中實施。
成型之模製材料混合物中之黏合劑系統的熱固化可在適宜之設備中及/或以使用適宜之儀器(如管線、泵等)的方式實施，在該等儀器中，透過以經調溫的空氣對成型的模製材料混合物實施針對性的氣體處理來對熱固化進行輔助。在此過程中，將空氣調至較佳100℃至250℃，尤佳110℃至180℃。雖然空氣含有二氧化碳，但此點在本發明範圍內並不相當於先前技術所披露之用於固化水玻璃的CO2 固化法，此法之前提在於特別是在適宜之設備中及/或以使用適宜之儀器(如管線、泵等)的方式用富含CO2 的氣體對成型之模製材料混合物實施針對性的氣體處理。在本發明之熱固化範圍內或結合本發明之熱固化，較佳不採用以含有濃度大於空氣中之濃度的CO2 的氣體對成型之模製材料混合物實施氣體處理的方案。
熱固化之時間段，即加熱成型之模製材料混合物及以經調溫的室內空氣對其實施針對性的氣體處理的時間段可根據個別情形之需要而發生變化，且例如取決於成型之模製材料混合物的大小及幾何性質。對成型之模製材料混合物實施針對性的氣體處理時，較佳如此地設定經調溫的空氣之流速及/或體積流量，使得在對工業應用而言可接受、較佳極短的時間段內對成型之模製材料混合物進行固化，以便實現進一步加工或應用(詳情參見下文)。在本發明的範圍內，小於5分鐘之時間段係較佳，尤佳小於2分鐘。但在極大的模製體中，視個別情形之具體需求可能需要更長的時間段。
成型之模製材料混合物可能在成型模具中便已基本上固化。
但黏合劑系統在熱處理期間完全固化並非本發明之方法的前提條件。如前所述，本發明之方法中之「熱固化」亦將不完全固化包括在內。此點符合相關領域通常知識者對術語「固化」之理解，因為出於反應動力方面的考慮，無法指望成型之模製材料混合物之整個體積中的黏合劑系統皆在相對較短的熱處理時間段內發生反應。就此而言，相關領域通常知識者例如認識到(例如經熱固化的)黏合劑系統在模製體(如鑄造模具或鑄造芯部)中的後固化現象。
因而根據本發明，黏合劑系統亦可在成型模具中首先僅在成型之模製材料混合物的邊緣區域內固化，使其具有足以將成型之模製材料混合物自成型模具取出的強度(生強度)。隨後，可透過進一步除去水(例如在爐中或者透過在減小的壓力下蒸發水或者在微波爐中)來進一步固化成型之模製材料混合物。
亦可透過將微波或者電磁輻射(特別是紅外輻射)施加於成型之模製材料混合物來引起熱固化或對熱固化進行輔助。
同樣可透過較佳均勻地且尤佳恆定地使得電流穿過成型之模製材料混合物或者使得電磁場較佳均勻地且尤佳恆定地穿過或施加於成型之模製材料混合物來引起熱固化或對熱固化進行輔助。如此便將模製材料混合物加熱，較佳均勻地加熱，從而特別均勻地因而高品質地將其固化。細節內容參閱DE 10 2017 217098 B3及其所引用之文獻。
在本發明之方法的步驟(d)中，將組成(D)或者透過用運載液體(D1)稀釋組成(D)而形成的塗層組成施覆至該本體的表面。在本發明之試劑盒的組分(D)並非實施為可供使用之漿料，而是濃縮物(相對組成(D)之總質量而言，運載液體(D1)的比例為40%或更低)的情況下，首先透過用運載液體(D1)稀釋該濃縮物來製造某種塗層組成(可供使用之漿料)，其中運載液體(D1)相對該塗層組成之總質量的比例為40%至75%，或者製造某種塗層組成，其中成分(D3)及(D4)相對該塗層組成之總質量的比例為25%至60%，並且將透過上述方式形成之塗層組成施覆至該本體的表面。為了稀釋該濃縮物，通常使用某種運載液體(D1)，其包含在濃縮物之運載液體(D1)中，通常為水。
在步驟(d)中所施覆之塗層組成中，相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，耐火材料(D3)的比例為15%至80%，較佳為30%至60%，耐火材料(D4)的比例為85%至20%，較佳為70%至40%。
施覆組成(D)或由此形成之塗層組成時，該本體的溫度有利者係低於80℃，較佳為15℃至35℃。在該本體在熱固化(步驟(c))完畢後冷卻至低於80℃，較佳15℃至35℃時，本體中的黏合劑具有足夠的強度，使得水玻璃鍵合之本體在與水性塗層組成發生接觸時具有足夠的耐水性。
可採用任一適宜之技術將組成(D)或由此形成之塗層組成施覆至本體的表面。較佳如此地將該組成施覆至本體的表面，從而產生具有覆層的芯部，該覆層由組成(D)或由此形成之塗層組成形成，該覆層至少在該芯部之在鑄造過程中與金屬熔體發生接觸的整個表面上延伸。較佳地，該覆層在該芯部的整個表面上延伸。較佳地，透過選自由以下組成之群組的方法來將組成(D)或由此形成之塗層組成施覆至本體的表面：噴鍍、浸沒、灌入及塗抹，尤佳係浸沒。
較佳如此地施覆組成(D)或由此形成之塗層組成，從而產生25 nm至600 µm，較佳150 nm至350 µm的濕層厚度。
在將組成(D)或由此形成之塗層組成施覆至本體的表面後，透過乾燥來移除運載液體(D1)，從而在本體上形成覆層。從而形成芯部，其包括該本體及佈置在該本體上的覆層，該覆層至少在該芯部之在鑄造過程中與金屬熔體發生接觸的整個表面上延伸。較佳地，該覆層在該芯部的整個表面上延伸。較佳在80℃至220℃，進一步較佳在100℃至140℃，尤佳在105℃至120℃的溫度條件下，對施覆至本體表面的組成(D)或者透過稀釋該組成(D)而製成之塗層組成進行乾燥。
本發明之第三態樣係有關於一種應用在壓鑄中的芯部。本發明之芯部包括 (i) 本體，其包括 (A) 模製原料，其選自由以下組成之群組：石英砂、鉻礦砂、橄欖砂、矽酸鋁砂及其混合物 以及 (B) 粒子非晶二氧化矽 藉由水玻璃鍵合 以及 (ii) 佈置在該本體上的覆層，該覆層至少在該芯部之在鑄造過程中與金屬熔體發生接觸的整個表面上延伸，其中該覆層包括： (D3) 一或多個形式為片狀粒子的耐火材料 (D4) 一或多個形式為粒狀粒子的耐火材料 其中相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，該等耐火材料(D3)的比例為15%至80%，較佳為30%至60%。
在本發明之芯部的本體(i)的組分(A)及(B)以及在覆層(ii)的成分(D3)及(D4)方面，此前關於本發明之試劑盒的對應組分及成分的闡述同樣適用。
在本發明之芯部的覆層(ii)中，相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，耐火材料(D3)的比例為15%至80%，較佳為30%至60%，耐火材料(D4)的比例為85%至20%，較佳為70%至40%。
耐火材料(D3)較佳選自由粗晶石墨(如前所述)、α-氮化硼及層狀矽酸鹽組成之群組適宜之層狀矽酸鹽(D3)係指屬於層狀矽酸鹽之群組的黏土礦，以及雲母、滑石、高嶺土、變高嶺土、經煅燒之高嶺土、葉蠟石、伊利石及膨潤土。
成分(D3)尤佳係指葉蠟石及黏土粉(由屬於層狀矽酸鹽之群組的黏土礦構成)。成分(D4)尤佳係指微晶石墨及矽酸鋯。
形式為粒狀粒子之耐火材料(D4)較佳選自由以下組成之群組：微晶石墨、碳黑、焦炭、矽酸鋯、紅柱石、矽錳礦、藍晶石、石英、石英玻璃、莫來石、耐火土、氧化鋁、鋁土礦、矽灰石、二氧化鈦、橄欖石、組成M5 (PO4 )3 OH之鹼土金屬磷酸鹽，其中M為鹼土金屬，較佳為Ca、氮化矽及金紅石。尤佳採用矽酸鋯及微晶石墨。
在一種較佳方案中，前述本發明之芯部的覆層的組分(D)的成分(D4)還包括 (D4a) 非晶粒子二氧化矽。
較佳地，相對耐火材料(D4)之總質量而言，非晶粒子二氧化矽(D4a)的比例為3%至30%。
在一種較佳方案中，成分(D3)由層狀矽酸鹽，如葉蠟石及/或黏土粉，構成，成分(D4)由微晶石墨及矽酸鋯(質量比為2:3至3:2)構成。相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，耐火材料(D3)的比例為40%至60%。較佳地，成分(D4)另含有(D4a)非晶粒子二氧化矽。
透過該覆層(ii)而將本發明之芯部的本體(i)之表面上之模製原料的粒子間的間隙填滿，並且在本體(ii)上形成覆蓋層，該覆蓋層在鑄造過程中與金屬熔體發生接觸。本發明意外發現，在對塗層組成進行乾燥時，成分(D3)的片狀粒子以其最長維度平行於芯部表面地定向，從而引起成分(D4)之粒狀粒子的相應定向。而在不存在片狀粒子(非本發明)時，會定期觀察到粒狀粒子完全無序地，即無特定定向地，擺放在芯部(即本體)的表面上。由此可認定，透過使得成分(D3)的片狀粒子及成分(D4)的粒狀粒子平行於芯部表面地定向，便能使得金屬熔體的芯部表面具有極低的流阻。
不受任意特定理論束縛地，在本發明之芯部中，在本體(i)的表面上，模製原料之粒子間的間隙被覆層(ii)之成分(D4)的粒狀粒子至少部分地填滿，而覆層(ii)之成分(D3)的片狀粒子將此等空隙覆蓋或密封。因此，本發明之芯部的覆層(ii)幾乎不存在任何宏觀的孔隙及空隙。宏觀孔隙係指用裸眼便能清楚識別之尺寸為0.05 mm或更大的。
粒狀粒子將本體之表面上之模製原料的粒子間的間隙填滿，如此便能製造相對平面且光滑的表面，此舉又有利於片狀粒子之定向。
因此，本發明透過成分(D3)與(D4)的相互作用而使得本發明之芯部在壓鑄過程中針對金屬熔體具備較高的抗滲透性。
與WO 2011/151420 A1所描述之基於鹽的芯部不同，本發明之芯部含有可藉由充當溶劑的水溶解的鹽(如WO 2011/151420 A1所述)，相對芯部之總質量而言，此等鹽的濃度為小於8%，較佳小於5%，尤佳小於3%、小於2%、小於1%。尤佳地，本發明之芯部不含可藉由充當溶劑的水溶解的鹽(如WO 2011/151420 A1所述)。
本發明之芯部可用前述之本發明之方法而製造。
在一種替代方案中，本發明之芯部包括 (i) 本體，其包括 (A) 模製原料，其選自由以下組成之群組：石英砂、鉻礦砂、橄欖砂、矽酸鋁砂及其混合物以及 (B) 粒子非晶二氧化矽 藉由水玻璃鍵合 以及 (ii) 佈置在該本體上的覆層，該覆層形成該芯部之在鑄造過程中與金屬熔體發生接觸的表面，其中該覆層包括： (D3) 一或多個耐火材料，其選自由粗晶石墨、α-氮化硼及層狀矽酸鹽組成之群組； (D4) 一或多個耐火材料選自由以下組成之群組：微晶石墨、碳黑、焦炭、矽酸鋯、紅柱石、矽錳礦、藍晶石、石英、石英玻璃、莫來石、耐火土、氧化鋁、鋁土礦、矽灰石、二氧化鈦、橄欖石、組成M5 (PO4 )3 OH之鹼土金屬磷酸鹽，其中M為鹼土金屬，較佳為Ca、氮化矽及金紅石； 其中相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，該等耐火材料(D3)的比例為15%至80%，較佳為30%至60%。
耐火材料(D3)較佳選自由粗晶石墨(如前所述)、α-氮化硼及層狀矽酸鹽組成之群組適宜之層狀矽酸鹽(D3)係指屬於層狀矽酸鹽之群組的黏土礦、雲母、滑石、高嶺土、變高嶺土、經煅燒之高嶺土、葉蠟石、伊利石及膨潤土。
相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，耐火材料(D3)的比例為15%至80%，較佳為30%至60%，耐火材料(D4)的比例為85%至20%，較佳為70%至40%。
在本發明之芯部的本體(i)的組分(A)及(B)方面，此前關於本發明之試劑盒的對應組分及成分的闡述同樣適用。
在一種較佳方案中，本發明之芯部之前述替代方案之覆層的組分(D)的成分(D4)還包括 (D4a) 非晶粒子二氧化矽。
較佳地，相對耐火材料(D4)之總質量而言，非晶粒子二氧化矽(D4a)的比例為3%至30%。
在一種較佳方案中，成分(D3)由層狀矽酸鹽，如葉蠟石及/或黏土粉，構成，成分(D4)由微晶石墨及矽酸鋯(質量比為2:3至3:2)構成。相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，耐火材料(D3)的比例較佳為40%至60%。較佳地，成分(D4)另含有(D4a)非晶粒子二氧化矽。
本發明之芯部可用前述之本發明之方法而製造。
本發明之另一態樣亦有關於根據本發明之前述第三態樣的本發明之芯部、或者根據本發明之前述第二態樣的本發明之方法而製成之芯部，在壓鑄中的應用。
一種將芯部應用於壓鑄，特別是輕金屬壓鑄中的方法，包括以下步驟 - 採用根據本發明之前述第二態樣的本發明之方法來製造芯部，或者提供根據本發明之前述第三態樣的本發明之芯部或根據本發明之前述第二態樣的本發明之方法而製成之芯部， - 將該芯部嵌入鑄模， - 透過在施加最大200 Mpa，較佳10 Mpa至200 MPa之壓力的情況下將金屬熔體注入該鑄模並且使得該金屬熔體凝固來製造鑄件， - 將該芯部自該鑄件移除。
本發明意外發現，在壓鑄過程中使用本發明之芯部的情況下，即使金屬熔體壓力較大，亦能基本上防止芯部表面被金屬熔體滲入。此點係透過本發明之芯部的漿料覆層而實現。此外當壓鑄過程中的壓力負荷迅速增大時，該等芯部較為穩固。
根據本發明之前述第三態樣的本發明之芯部或者根據本發明之前述第二態樣的本發明之方法而製成之芯部特別適合應用於(特別是選自鋁及鋁合金之)輕金屬的壓鑄中。在鑄件例如藉其在水浴中淬火而冷卻並凝固後，可透過常見技術將芯部自鑄件移除，例如透過緩慢地分離水中的黏合劑，或者透過液靜壓(如藉由水射流)，或者藉由振動、聲學去芯，或電流脈衝去芯，而為之。
根據本發明之前述第三態樣的本發明之芯部或者根據本發明之前述第二態樣的本發明之方法而製成之芯部在壓鑄中的應用，較佳採用以下機器參數 - 1.00 m/s至10.00 m/s，較佳1.00 m/s至5.00 m/s，尤佳2.00 m/s至2.10 m/s的活塞速度； - 5.0 m/s至50.00 m/s，較佳5 m/s至40.00 m/s，進一步較佳10 m/s至20 m/s，尤佳13 m/s至19 m/s的切割速度； - 15 Mpa至100 Mpa，較佳35 Mpa至80 Mpa，尤佳60 Mpa至70 MPa的後壓力。
本發明之另一態樣亦有關於此前就本發明之第一態樣所描述之組成(D)的應用 - 用於製造根據本發明之前述第三態樣的本發明之芯部 或者 - 在根據本發明之前述第二態樣的本發明之方法中。
在本發明之方法及本發明之芯部的組成(D)之較佳特徵方面，此前之闡述同樣適用。
下面結合實施例及比較實例對本發明進行進一步闡述。
實施例 1. 製造芯部 提供本發明之試劑盒的組分(A)-(D)以製造應用於壓鑄之芯部。下文將對組分(A)-(D)的組成進行描述。為了製造比較芯部，提供相同的組分(A)-(C)以及並非本發明之塗層組成，其組成在下文中給出。
步驟 (a) ：製造模製材料混合物 透過將以下混合在一起來製造模製材料混合物 (A) 作為模製原料的石英砂H32，其具有 (B) 粒子非晶二氧化矽(0.3%至1.5%,相對該模製原料(A)之總質量而言) 以及 (C) 水玻璃(鹼金屬矽酸鹽)之溶液，其含有鋰離子、鈉離子及鉀離子(0.3%至3%溶液(C),相對該模製原料之總質量而言)
步驟 (b) 及 (c) ：製造用於芯部之本體 基於該模製材料混合物按常見方式透過 (b) 藉由射芯機將該模製材料混合物成型 以及 (c) 在加熱至100℃至250℃之溫度的芯盒中對該成型的模製材料混合物實施熱固化，輔之以用調溫至100℃至250℃之溫度的空氣進行氣體處理 來形成用於待製造芯部的本體。
步驟 d) 施覆該塗層組成 將塗層組成施覆至冷卻至低於80℃，較佳為15℃至35℃之溫度的本體。
使用塗層組成(漿料)來製造本發明之芯部，該塗層組成係透過用水作為運載液體(D1)來稀釋濃縮物(D)(參見下文中之表1及2)而形成。透過將本體浸入具有相應塗層組成之液浴來將塗層組成施覆至本體之表面。使用某種塗層組成來製造比較芯部，該塗層組成係透過用異丙醇作為運載液體來稀釋濃縮物(V)(參見下文中之表1)而形成。非本發明之塗層組成相當於常見之市售漿料組成。在先前技術中，通常將某些漿料用作水玻璃鍵合之芯部，其運載液體含有作為主要成分的醇並且不含水或僅含少量水，因為水會對水玻璃鍵合之芯部的鹼金屬矽酸鹽骨架造成侵蝕。
本發明與非本發明之塗層組成的黏度大體相同。先前技術中之「其他成分」(參見表1)係指選自由以下組成之群組的常見成分：潤濕劑、流變添加劑、黏合劑、調節劑及生物殺滅劑。
隨後，讓透過上述方式獲得的本發明之芯部承受80℃至220℃之溫度，讓比較實例承受15℃至30℃之溫度，使得運載液體霧化或蒸發，並在本體上形成由相應塗層組成之非揮發性成分構成的覆層。
表1：塗層組成之組成
   本發明之塗層組成1的濃縮物(D) 非本發明之塗層組成V的濃縮物(V)
成分    WT%    WT%
運載液體(D1) 水 38.5 異丙醇 34
水 4
成分(D2) 酸(D2a) 0.5 - 0
耐火材料(D3) 層狀矽酸鹽，(葉蠟石，黏土粉) 31 - 0
耐火材料(D4) 矽酸鋯 8 矽酸鋯 40
微晶石墨 8 氧化鋁 14.5
粒子非晶二氧化矽(D4a) 10
其他成分    4    7.5
   本發明之塗層組成 非本發明之塗層組成
濃縮物 100重量份 濃縮物(D) 100重量份 濃縮物(V)
用運載液體稀釋 40重量份 水 5重量份 異丙醇
表2：用於製造本發明之芯部的更多塗層組成的組成
   用於本發明之塗層組成的濃縮物(D) 編號
   2 3 4 5
成分    WT%    WT%    WT%    WT%
運載液體(D1) 水 49.5 水 49.5 水 44.5 水 36
成分(D2) 酸(D2a) 0.5 酸(D2a) 0.5 酸(D2a) 0.5 酸(D2a) 0.5
耐火材料(D3) 層狀矽酸鹽(雲母，黏土礦) 26 層狀矽酸鹽(葉蠟石，雲母，黏土礦) 26 層狀矽酸鹽(葉蠟石，雲母，黏土礦) 23 層狀矽酸鹽(雲母，黏土礦) 31
耐火材料(D4) 微晶石墨 12 微晶石墨 12 微晶石墨 8 微晶石墨 8
            矽酸鋯 10 矽酸鋯 9
粒子非晶二氧化矽(D4a) 8 粒子非晶二氧化矽(D4a) 8 粒子非晶二氧化矽(D4a) 10 粒子非晶二氧化矽(D4a) 8
其他成分    4    4    4    7.5
濃縮物 100重量份 濃縮物(D) 100重量份 濃縮物(D) 100重量份 濃縮物(D) 100重量份 濃縮物(D)
用運載液體稀釋 40重量份 水 25重量份 水 40重量份 水 40重量份 水
2. 光顯微檢查
自本發明之芯部(製造方式及組成參閱點1，塗層組成參閱此前之表1)以及自非本發明之芯部(製造方式及組成參閱點1，塗層組成參閱此前之表1)鋸下若干塊並且藉由雙組份環氧樹脂在真空下將其嵌入。隨後藉由Struers公司的研磨與拋光機Tegramin 20進行製備。在此過程中，首先藉由鑽石刀片對樣本進行研磨，而後用鑽石懸架將其拋光至最終階段，從而產生所謂之磨片。隨後藉由帶顯微相機Axiocam 305 color (D)的光學顯微鏡Zeiss Axioscope 5對所製成之磨片進行顯微檢查。
在對乾燥後之芯部(本發明的與非本發明的)進行比較時，可看出表面特性存在明顯差別。在非本發明之芯部上，漿料深深地滲入本體，幾乎不起表面密封作用，裸眼便能明顯地穿過覆層看到模製原料(A)。而本發明之芯部的特點在於光滑的表面密封，即連貫的覆蓋層，其幾乎無宏觀孔隙地佈置在本體上，因而看不到位於覆層下方的是何種模製原料(A)。
圖1為非本發明之芯部的顯微影像，圖2為本發明之芯部的顯微影像。磨片係穿過本體之接近表面的區域及佈置在其表面上的覆層。在本體中可清楚地看出模製原料(石英砂H32，參閱上文)之相對較大的粒子(參見圖1中的影像下緣，圖2中的影像上緣)。本體之外面粒子的表面連接覆層。
圖1表明，非本發明之塗層組成的粒狀粒子完全無序地，即無特定定向地，擺放在芯部的表面上。粒狀粒子滲入模製材料之粒子間的孔隙，此等孔隙未被覆蓋及密封。因此，覆層所形成的表面並不平面且光滑，而是至少部分地對應於本體之表面，亦即，覆層的不平度及凹處在一定程度上反映出本體之表面的不規則性。
圖2表明，本發明之塗層組成的片狀粒子以其最長維度平行於芯部表面地定向，從而消除並覆蓋本體表面上之被粒狀粒子充填的不平度及凹處，因此，本體表面的不規則性對覆層表面幾乎不產生影響。有鑒於此，該覆層具有相對平面且光滑的表面。
3. 鑄造測試
在冷室壓鑄機上用鋁實施鑄造測試。用本發明之芯部成功地以15 m/s至20 m/s的切割速度製成了鑄件，未發生滲入錯誤(熔體滲入芯部)或芯部斷裂。而用非本發明之芯部進行鑄造時，在相同條件下總是會發現滲入錯誤。鑄造完畢後在水浴中對鑄件進行淬火。例如可透過緩慢地分離水中的鹼金屬矽酸鹽黏合劑來將芯部與鑄件分離，或者藉由水射流來將其移除。
圖1為非本發明之芯部的顯微影像。
圖2為本發明之芯部的顯微影像。

Claims (15)

  1. 一種用於製造應用於壓鑄之芯部的試劑盒， 作為獨立組分而含有 (A) 模製原料，其選自由以下組成之群組：石英砂、鉻礦砂、橄欖砂、矽酸鋁砂及其混合物； (B) 粒子非晶二氧化矽或者含有粒子非晶二氧化矽的添加劑混合物； (C) 包括水玻璃的溶液或分散體或者含有用於製造包括水玻璃的溶液或分散體之原料的試劑盒； (D) 用於製造覆層的組成，其中該組成包括 (D1) 運載液體，其選自由以下組成之群組，水及水與一或多個醇的混合物； (D2) 某種成分，其選自由以下組成之群組： (D2a) 溶於該運載液體中的一或多個酸，其中該運載液體透過溶於其中之酸而形成的水相具有5或更小的PH值 (D2b) 公式(I)的一或多個有機化合物
    Figure 03_image009
    ， 其中R1及R2 皆為單價基團，其彼此獨立地分別含有1至26個碳原子，其中該基團R1透過一個在該基團R1中含有的碳原子或者透過一個在該基團R1中含有的氧原子而鍵合，且其中該基團R2透過一個在該基團R2中含有的碳原子而鍵合， 或者 如此地透過形成環形結構而彼此連結，使得該環形結構共包括4至7個環原子並且該等基團R1及R2共包括2至26個碳原子，其中該基團R1透過一個在該基團中含有的碳原子或者透過一個在該基團R1中含有的氧原子而鍵合，且其中R2透過一個在該基團中含有的碳原子而鍵合； (D3) 一或多個形式為片狀粒子的耐火材料 (D4) 一或多個形式為粒狀粒子的耐火材料 其中相對組分(D)中耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，該等耐火材料(D3)的比例為15%至80%。
  2. 如請求項1之試劑盒，其中在組分(D)中，該等成分(D1)、(D2a)或(D2b)、(D3)及(D4)相對該組分(D)之總質量而言的濃度如下： (D1) 20%至75% (D2a) 0.1%至10%或(D2b) 0.1%至10% (D3) 10%至58% (D4) 14%至64%。
  3. 如請求項1或2之試劑盒，其中在組分(D)中 (D2a) 該等酸較佳選自由以下組成之群組： 有機酸，其選自由以下組成之群組：一元羧酸、二羧酸及三羧酸，較佳在25℃及101.3 kPa條件下之固態一元羧酸、二羧酸及三羧酸，尤佳檸檬酸及草酸， 及無機酸，其選自由以下組成之群組：鹽酸、硝酸、磷酸及酸性磷酸鹽，尤佳選自由鹽酸、硝酸及磷酸組成之群組； (D2b) 公式(I)的有機化合物選自由以下組成之群組：酯、內酯及酸酐且較佳係水溶性，較佳選自由以下組成之群組：甲酸甲酯、甲酸乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁內酯、雙醋精、三醋精、二元酯、醋酸酐、碳酸甲酯及ε-己內酯； 以及/或者 (D3) 形式為片狀粒子的耐火材料選自由粗晶石墨、α-氮化硼及層狀矽酸鹽組成之群組； 以及/或者 (D4) 形式為粒狀粒子之耐火材料選自由以下組成之群組：微晶石墨、碳黑、焦炭、矽酸鋯、紅柱石、矽錳礦、藍晶石、石英、石英玻璃、莫來石、耐火土、氧化鋁、鋁土礦、矽灰石、二氧化鈦、橄欖石、組成M5 (PO4 )3 OH之鹼土金屬磷酸鹽，其中M為鹼土金屬、氮化矽及金紅石。
  4. 如請求項3之試劑盒，其中在組分(D)中該等耐火材料(D4)還包括： (D4a) 非晶粒子二氧化矽 其中相對該等耐火材料(D4)之總質量而言，非晶粒子二氧化矽的比例較佳為3%至30%。
  5. 如請求項1之試劑盒，其中該非晶粒子二氧化矽 在組分(B) 及在該組分(D)之成分(D4)中 相互獨立地選自由以下組成之群組： 微粒狀合成非晶二氧化矽，其作為次要成分而至少具有碳，其中相對該微粒狀合成非晶二氧化矽與該等次要成分之總質量而言，二氧化矽之比例為90%或更高，較佳可透過在電弧爐中還原石英製成； 微粒狀合成非晶二氧化矽，其作為次要成分而具有鋯氧化物且較佳可透過ZrSiO4 之熱分解製成； 微粒狀合成非晶二氧化矽，其可透過藉由含氧氣體氧化金屬矽製成； 微粒狀合成非晶二氧化矽，其可透過二氧化矽熔體之淬火製成； 熱解矽酸，其較佳可透過四氯化矽之熱解而製成； 以及上述之混合物。
  6. 2及5中任一項之試劑盒，其中組分(B)為含有以下之粉末狀添加劑混合物 粒子非晶二氧化矽，其中相對該粉末狀添加劑混合物(B)之總質量而言，粒子非晶二氧化矽的總濃度較佳為25%至99.5%，尤佳為40%至95% 以及 一或多個氧化硼化合物，較佳選自由以下組成之群組：硼酸鹽、硼酸、硼酸酐、矽酸硼、磷酸硼及硼磷矽酸鹽，其中相對該粉末狀添加劑混合物(B)之總質量而言，氧化硼化合物的總濃度較佳為0.5%至8%，尤佳為2%至5%。
  7. 2及5中任一項之試劑盒，其中組分(C)為一或多個氧化硼化合物，其較佳選自由硼酸鹽、硼酸及硼酸酐組成之群組，其中相對該組分(C)之總質量而言，作為B2 O3 之氧化硼化合物的總濃度為0.4%至1.0%，尤佳為0.5%至0.8%。
  8. 2及5中任一項之試劑盒，其中組分(C) 為包括含鋰水玻璃的溶液或分散體，其中相對該組分(C)之總質量而言，作為Li2 O之鋰的總濃度較佳為0.4%至1.0%，尤佳為0.4%至0.7% 或者為含有用於製造包括含鋰水玻璃的溶液或分散體的原料之試劑盒。
  9. 一種製造應用於壓鑄之芯部的方法，包括以下步驟 (a) 透過將該等組分(A)、(B)及(C)混合在一起來製造模製材料混合物， (b) 將該模製材料混合物成型 (c) 對該成型的模製材料混合物實施熱固化，其中形成待製造芯部之本體 (d) 將 組成(D) 或者透過用運載液體(D1)稀釋組成(D)而形成的塗層組成 施覆至該本體並且隨後進行乾燥，從而在該本體上製成覆層，其中形成芯部，該芯部包括該本體及佈置在該本體上的覆層，該覆層至少在該芯部之在鑄造過程中與金屬熔體發生接觸的整個表面上延伸。
  10. 如請求項9之方法，其中在步驟(c)中 在100℃至300℃，尤佳100℃至250℃的溫度條件下實施熱固化。
  11. 如請求項9或10之方法，其中在步驟(d)中 施覆該組成(D)或該塗層組成時，該本體的溫度係低於80℃，較佳為15℃至35℃； 以及/或者 透過選自由以下組成之群組的方法來將該組成(D)或該塗層組成施覆至該本體的表面：噴鍍、浸沒、灌入及塗抹，較佳係浸沒； 以及/或者 在80℃至220℃，較佳在100℃至140℃，尤佳在105℃至120℃的溫度條件下實施乾燥。
  12. 一種芯部，其包括 (i) 本體，其包括 (A) 模製原料，其選自由以下組成之群組：石英砂、鉻礦砂、橄欖砂、矽酸鋁砂及其混合物以及 (B) 粒子非晶二氧化矽 藉由水玻璃鍵合 (ii) 及佈置在該本體上的覆層，該覆層至少在該芯部之在鑄造過程中與金屬熔體發生接觸的整個表面上延伸，其中該覆層包括： (D3) 一或多個形式為片狀粒子的耐火材料 (D4) 一或多個形式為粒狀粒子的耐火材料 其中相對耐火材料(D3)及耐火材料(D4)之總質量而言，該等耐火材料(D3)的比例為15%至80%。
  13. 一種如請求項12之芯部或者按照如請求項9至11中任一項之方法而製成的芯部，在壓鑄中的應用，特別是在尤其是選自鋁及鋁合金之輕金屬的壓鑄中的應用。
  14. 一種如請求項1至5中任一項所定義之組成(D)的應用， 應用於製造如請求項12所定義之芯部 應用於如請求項9至11中任一項所定義之方法。
  15. 一種將芯部應用於壓鑄，特別是輕金屬壓鑄中的方法，包括 按照如請求項9至11中任一項之方法來製造芯部，或者提供如請求項12之芯部或按照如請求項9至11中任一項之方法而製成之芯部， 將該芯部嵌入鑄模， 透過在施加最大200 Mpa之壓力的情況下將金屬熔體注入該鑄模並且使得該金屬熔體凝固來製造鑄件， 將該芯部自該鑄件移除。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0659515B2 (ja) 1989-08-07 1994-08-10 リョービ株式会社 崩壊性中子の中間層形成用スラリー及びこれを用いた崩壊性中子の製造方法並びにこれにより製造された崩壊性中子
DE102005041863A1 (de) 2005-09-02 2007-03-29 Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH Borsilikatglashaltige Formstoffmischungen
WO2011151420A1 (de) 2010-06-02 2011-12-08 Ceramtec Gmbh Infiltrat-stabilisierte salzkerne
DE102011114626A1 (de) 2011-09-30 2013-04-04 Ask Chemicals Gmbh Beschichtungsmassen für anorganische Giessformen und Kerne und deren Verwendung
DE102012020510B4 (de) 2012-10-19 2019-02-14 Ask Chemicals Gmbh Formstoffmischungen auf der Basis anorganischer Bindemittel und Verfahren zur Herstellung von Formen und Kerne für den Metallguss
DE102014004914A1 (de) * 2013-08-26 2015-02-26 Gebrüder Dorfner GmbH & Co. Kaolin- und Kristallquarzsand-Werke KG Gießform oder einen Gießformkern aus beschichtetem Formsand für Metallguss
DE102013111626A1 (de) 2013-10-22 2015-04-23 Ask Chemicals Gmbh Formstoffmischungen enthaltend eine oxidische Bor-Verbindung und Verfahren zur Herstellung von Formen und Kernen
DE102017217096B3 (de) 2016-12-06 2018-03-22 Wolfram Bach Werkzeugeinsatz, Form- oder Kernwerkzeug sowie Verfahren zur Herstellung von Formen oder Kernen
DE102017107657A1 (de) * 2017-01-04 2018-07-05 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Schlichtezusammensetzung, umfassend organische Esterverbindungen und partikuläres, amorphes Siliziumdioxid, zur Verwendung in der Gießereiindustrie
DE102017107658A1 (de) * 2017-01-04 2018-07-05 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Schlichtezusammensetzung für die Gießereiindustrie, enthaltend partikuläres, amorphes Siliziumdioxid und Säure
CN110769951A (zh) * 2017-01-11 2020-02-07 Ha国际有限责任公司 用于高压模铸中的铸造型芯的组合物和方法
DE102017114628A1 (de) 2017-06-30 2019-01-03 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Herstellung einer Formstoffmischung und eines Formkörpers daraus in der Gießereiindustrie sowie Kit zur Anwendung in diesem Verfahren

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