KR102249919B1 - Method for producing silica-base ceramic core capable of adjusting a thermal expansion coefficient - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹 코어 분야에 관한 것으로, 구체적으로 실리카계 세라믹 코어의 열팽창 특성을 조절하기 위한 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법에 관한 것이다. 실리카계 세라믹 코어 중의 산화알루미늄의 함량을 조절하여 코어의 열팽창 계수를 제어하며, 실리카계 세라믹 코어 슬러리를 준비하는 과정에서 산화알루미늄의 함량을 엄격히 제어해야 하며, 그 다음 상기 슬러리를 이용하여 가압 주입 성형 및 고온 소결을 통해 실리카계 세라믹 코어를 제조한다. 실리카계 세라믹 코어는 정밀 주조 부품에서 복잡한 중공부 구조를 형성하는 관건적인 형판으로 쉘과의 매치성은 사용과정에서 매우 중요하다. 그리고 양자(랗諒)의 매치성을 결정하는 관건은 양자의 열팽창 계수가 반드시 비슷해야 하는 것이다. 상기 방법은 실리카계 세라믹 코어 중의 산화알루미늄의 함량을 변경하여 코어 자체의 열팽창 특성을 조절하는 목적에 도달함으로써, 쉘의 실제 필요에 따라 서로 다른 열팽창 특성의 코어를 제조하여 주조과정에서 양자의 크기가 매칭되게 하는 최종 목적에 도달하는 것이다.The present invention relates to the field of ceramic cores, and more particularly, to a method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting a coefficient of thermal expansion for controlling the thermal expansion characteristics of the silica-based ceramic core. The content of aluminum oxide in the silica-based ceramic core is controlled to control the coefficient of thermal expansion of the core, and the content of aluminum oxide must be strictly controlled in the process of preparing the silica-based ceramic core slurry, and then pressurized injection molding using the slurry. And high-temperature sintering to prepare a silica-based ceramic core. The silica-based ceramic core is a key template for forming a complex hollow structure in precision casting parts, and the matchability with the shell is very important in the use process. And the key to determining the match between the two is that the coefficients of thermal expansion of the two must be similar. The above method reaches the purpose of controlling the thermal expansion characteristics of the core itself by changing the content of aluminum oxide in the silica-based ceramic core, thereby manufacturing cores with different thermal expansion characteristics according to the actual needs of the shell, so that the sizes of both are changed in the casting process. To reach the end goal of being matched.
Description
본 발명은 세라믹 코어 분야에 관한 것으로, 구체적으로 실리카계 세라믹 코어의 열팽창 특성을 조절하기 위한 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to the field of ceramic cores, and more particularly, to a method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting a coefficient of thermal expansion for controlling the thermal expansion characteristics of the silica-based ceramic core.
세라믹 코어는 정밀 주조업에서 날로 광범위하게 응용되고 있으며, 특히 방향성, 단결정 중공형 블레이드의 주조에 응용되며, 이런한 중공형 블레이드의 복잡한 중공부 구조는 주로 세라믹 코어 기술에 의해 보장된다. 세라믹 코어는 부품에 필요한 구멍 또는 중공부에 따라 코어 금형을 제조하여 코어를 생산하며, 왁스 패턴 제조 시 코어를 왁스 패턴 내에 함께 주입하여, 주물을 주조 성형한 후 제거하며, 세라믹 코어는 중공형 블레이드의 중공부를 형성하는데 사용된다. Ceramic cores are widely applied in precision casting industry and are especially applied to casting of directional, single crystal hollow blades, and the complex hollow structure of such hollow blades is mainly guaranteed by ceramic core technology. The ceramic core produces a core by manufacturing a core mold according to the hole or hollow part required for the part, and when the wax pattern is manufactured, the core is injected together into the wax pattern, and the casting is cast and removed, and the ceramic core is a hollow blade. It is used to form the hollow part of the.
현재 연구제작 및 응용되는 세라믹 코어는 주로 실리카계 및 알루미늄계 두 가지가 있다.Currently, there are two types of ceramic cores, mainly silica-based and aluminum-based.
알루미늄계 코어의 기본소재는 알루미나(Al2O3)이며, 고온 특성이 우수하고, 열팽창 계수가 작고, 고온 주조 후 코어 변형이 적고 내화도가 높으며, 알루미늄계 코어는 1600℃ 이상의 고온 조건에서 사용될 수 있다. 그러나, 알루미늄계 코어는 코어 제거가 어렵고, 고온, 고압 설비 및 이와 매칭되는 코어 제거 공정이 결합되어야 하나, 이러한 조건과 기술은 단기간 내에 해결될 수 없으므로 알루미늄계 코어는 제한적으로 응용되고 있다. The base material of the aluminum core is alumina (Al 2 O 3 ), has excellent high temperature properties, has a small coefficient of thermal expansion, has low core deformation and high fire resistance after high temperature casting, and the aluminum core can be used in high temperature conditions of 1600℃ or higher. have. However, the aluminum-based core is difficult to remove the core, high temperature and high pressure equipment and a matching core removal process must be combined, but these conditions and techniques cannot be solved within a short period of time, so the aluminum-based core has limited application.
실리카계 세라믹 코어는 열팽창 계수가 작고, 열 안정성이 우수하고, 기계적 강도가 높고, 화학적 안정성이 좋고, 코어 제거가 쉬운 등 장점이 있고, 중공형 터빈 블레이드 제조 분야에 광범위하게 응용되며, 국제적으로 해당 계열의 실리카계 세라믹 코어에 대해 많은 연구를 진행했다. Silica-based ceramic core has advantages such as low coefficient of thermal expansion, excellent thermal stability, high mechanical strength, good chemical stability, and easy core removal, and is widely applied in the field of manufacturing hollow turbine blades, and is applicable internationally. A lot of research has been conducted on the silica-based ceramic core.
기존의 세라믹 코어는 엔진 블레이드 주조 시, 쉘몰드와의 열팽창 계수 차이가 크므로 변형이 자주 발생하며 심지어 파열되어, 블레이드의 수율에 심각한 영향을 미친다. 따라서, 우수한 종합 성능, 특히 쉘과 비슷한 열팽창 계수를 갖는 실리카계 세라믹 코어를 개발하는 것은 엔진 중공형 블레이드의 생산에 중대한 의미가 있다.Existing ceramic cores have a large difference in coefficient of thermal expansion from shell molds when casting engine blades, so deformation often occurs and even ruptures, which seriously affects the yield of the blades. Therefore, developing a silica-based ceramic core having an excellent overall performance, particularly a thermal expansion coefficient similar to that of a shell, is of great significance to the production of hollow engine blades.
본 발명의 목적은 실리카계 세라믹 코어의 열팽창 특성 조절에 대한 실행 가능성이 높고 수율이 높으며 실리카계 세라믹 코어에 적용되는 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a silica-based ceramic core with high feasibility for controlling the thermal expansion characteristics of a silica-based ceramic core, a high yield, and capable of controlling a coefficient of thermal expansion applied to a silica-based ceramic core.
본 발명의 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법은, 실리카계 세라믹 코어 중의 산화알루미늄의 함량을 조절하여 코어의 열팽창 계수를 제어하며, 실리카계 세라믹 코어 슬러리를 준비하는 과정에서 산화알루미늄의 함량을 엄격히 조절해야 하며, 그 다음 상기 슬러리를 이용하여 가압 주입 성형 및 고온소결을 통해 실리카계 세라믹 코어를 제조한다.In the method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting the coefficient of thermal expansion of the present invention, the content of aluminum oxide in the silica-based ceramic core is controlled to control the coefficient of thermal expansion of the core. The content must be strictly controlled, and then the silica-based ceramic core is manufactured through pressure injection molding and high-temperature sintering using the slurry.
상기 열팽창 계수의 조절이 가능한 실리카켸 세라믹 코어의 제조방법에 있어서, 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 성분 및 함량은 중량%로 세라믹 분말 재료 80~85wt%, 왁스계(Wax-based) 가소제15~20wt%이고; 세라믹 분말 재료는 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이며, 석영유리 분말 또는 산화알루미늄 분말의 입도 요구 및 중량%는 모두 0㎛<입도≤10㎛범위 내에서 15~25%이고，10㎛<입도≤40㎛범위 내에서 50~70%이며，40㎛<입도≤70㎛범위 내에서 15~25%이다. In the method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting the coefficient of thermal expansion, the component and content of the silica-based ceramic core slurry is 80 to 85 wt% of a ceramic powder material, and 15 to 20 wt% of a wax-based plasticizer. ego; The ceramic powder materials are quartz glass powder and aluminum oxide powder, and the particle size requirements and weight% of quartz glass powder or aluminum oxide powder are all 15-25% within the range of 0㎛<particle size≤10㎛, and 10㎛<particle size≤40. It is 50 to 70% in the range of µm, and 15 to 25% in the range of 40 µm <particle size ≤ 70 µm.
상기 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법에 있어서, 실리카계 세라믹 코어 슬러리 중 산화알루미늄 분말의 함량이 0<산화 알루미늄 분말=20wt% 범위에 있을 경우, 얻어진 실리카계 세라믹 코어의 열팽창 계수는 0<열팽창 계수=3.96 X 10-6/℃ 범위 내에서 조절된다.In the method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting the thermal expansion coefficient, when the content of aluminum oxide powder in the silica-based ceramic core slurry is in the range of 0 <aluminum oxide powder = 20 wt%, the thermal expansion coefficient of the obtained silica-based ceramic core is It is controlled within the range of 0<coefficient of thermal expansion=3.96
상기 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법에 있어서, 바람직하게는, 실리카계 세라믹 코어 슬러리 중 산화알루미늄 분말의 함량이 5=산화알루미늄 분말=15wt% 범위에 있을 경우, 얻어진 실리카 세라믹 코어의 열팽창 계수는 1 X 10-6/℃ ≤ 열팽창 계수 ≤ 3 X 10-6/℃ 범위에서 조절된다.In the method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting the coefficient of thermal expansion, preferably, when the content of aluminum oxide powder in the silica-based ceramic core slurry is in the range of 5 = aluminum oxide powder = 15 wt%, the obtained silica ceramic core The coefficient of thermal expansion is controlled in the range of 1 X 10 -6 /℃ ≤ the coefficient of thermal expansion ≤ 3
상기 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법에 있어서, 왁스계 가소제의 성분 및 함량은 중량%로 파라핀 65~75wt%, 밀랍(Beeswax) 20~30wt%, 폴리에틸렌 1~3wt%, 스테아린산 2~4wt%이다.In the method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting the coefficient of thermal expansion, the component and content of the wax-based plasticizer are 65 to 75 wt% of paraffin, 20 to 30 wt% of beeswax, 1 to 3 wt% of polyethylene, and 2 stearic acid. ~4wt%.
상기 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법은,The method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting the coefficient of thermal expansion,
입도 요구에 부합하는 세라믹 분말 재료인 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말의 무게를 측정한 후, 송풍건조기(air dry oven)에 넣고, 120℃에서 3~5시간 동안 온도를 유지하고 분말이 균일하게 가열되면, 교반하는 조건에서 용융된 왁스계 가소제에 추가하고 세라믹 분말 재료를 첨가완료 후, 왁스계 가소제와 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이 완전히 균일하게 혼합될 때까지 계속하여 교반하여 실리카계 세라믹 코어 슬러리를 형성하는 단계; 교반과정에서 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 온도는 130~140℃로 제어하고, 실리카계 세라믹 슬러리를 균일하게 교반한 후 가압 주입용 잉곳으로 주조하는 단계; 가압 주입 시, 실리카계 세라믹 코어 슬러리 잉곳을 120℃까지 가열한 후 3~5시간 동안 온도를 유지하되, 슬러리 온도를 120±1℃로 유지하고, 세라믹 코어 가압성형기에서 가압 주입 성형하여 실리카계 세라믹 코어 성형체를 형성하는 단계;After measuring the weight of quartz glass powder and aluminum oxide powder, which are ceramic powder materials that meet the particle size requirements, put it in an air dry oven, maintain the temperature at 120℃ for 3 to 5 hours, and heat the powder evenly. Then, under stirring conditions, add the molten wax-based plasticizer to the molten wax-based plasticizer, and after the addition of the ceramic powder material is completed, continue stirring until the wax-based plasticizer, quartz glass powder, and aluminum oxide powder are completely uniformly mixed, and the silica-based ceramic core slurry. Forming a; In the stirring process, the temperature of the silica-based ceramic core slurry is controlled to 130 to 140° C., and the silica-based ceramic slurry is uniformly stirred and then cast into an ingot for injection under pressure; During pressurized injection, the silica-based ceramic core slurry ingot is heated to 120°C and maintained for 3 to 5 hours, but the slurry temperature is maintained at 120±1°C. Forming a core molded body;
충진재로서 공업용 산화알루미늄 분말을 선택하여, 실리카계 세라믹 코어의 조형을 진행하는 단계를 포함하며, 실리카계 세라믹 코어의 조형을 진행하는 단계의 구체적인 과정은 가압 주입 성형된 실리카계 세라믹 코어 성형체에서 표면 결함을 제거한 후, 알루미나 도가니에 놓여진 공업용 산화알루미늄 충진재 분말 속에 묻은 다음, 실리카계 세라믹 코어 성형체가 담겨 있는 도가니를 배소로에 넣고; 실리카계 세라믹 코어의 배소단계는 탈랍(Dewaxing) 및 소결 두 단계로 나뉘며, 80~100℃/h의 승온속도로 400~500℃까지 승온한 다음, 2~4시간 동안 온도를 유지하여 탈랍을 진행하며, 탈랍과정에서 공기를 건조하게 유지하며; 온도가 500℃ 이상이면 소결단계에 진입하고, 이 단계는 100~120℃/h의 승온속도로 최고 배소 온도 1150~1200℃까지 높이고, 3~4시간 배소 후 노내 냉각하여 실리카계 세라믹 코어를 형성한다.Including the step of selecting an industrial aluminum oxide powder as a filler and proceeding with the molding of the silica-based ceramic core, and the specific process of the step of proceeding with the molding of the silica-based ceramic core is a surface defect in the molded silica-based ceramic core molded by pressure injection. After removal of, the powder was buried in the industrial aluminum oxide filler powder placed in the alumina crucible, and the crucible containing the silica-based ceramic core molded body was placed in a roasting furnace; The roasting step of the silica-based ceramic core is divided into two steps: dewaxing and sintering, and the temperature is raised to 400 to 500°C at a heating rate of 80 to 100°C/h, and then the temperature is maintained for 2 to 4 hours to proceed with dewaxing. And keeps the air dry during the dewaxing process; If the temperature is over 500℃, the sintering step is entered, and in this step, the maximum roasting temperature is increased to 1150~1200℃ at a heating rate of 100~120℃/h, and after roasting for 3~4 hours, the furnace is cooled to form a silica-based ceramic core. do.
상기 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법에 있어서, 배소 완료된 실리카계 세라믹 코어에 대해 강화를 진행하며, 처리방법은 실리카계 세라믹 코어를 에틸 실리케이트 가수 분해물에 넣고 실리카계 세라믹 코어 표면에서 기포가 방출되지 않으면 꺼내서 12시간 이상 자연 건조시킨다.In the method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting the coefficient of thermal expansion, reinforcing is performed on the roasted silica-based ceramic core, and the treatment method is to put the silica-based ceramic core in ethyl silicate hydrolyzate and bubble bubbles on the surface of the silica-based ceramic core. If it does not release, take it out and let it air dry for 12 hours or more.
상기 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법에 있어서, 가압 주입 시, 금형의 온도는 30~50℃를 유지한다.In the method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting the coefficient of thermal expansion, the temperature of the mold is maintained at 30 to 50°C during injection under pressure.
상기 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법에 있어서, 공업용 산화알루미늄은 1150~1200℃ 대기 분위기에서 3~4시간 소성한다.In the method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting the coefficient of thermal expansion, the industrial aluminum oxide is calcined for 3 to 4 hours in an air atmosphere at 1150 to 1200°C.
본 발명의 설계 개념:The design concept of the present invention:
실리카계 세라믹 코어는 정밀주조부품 중 복잡한 중공부 구조를 형성하는 중요한 역할을 하며, 쉘몰드와의 매칭성은 사용과정에서 매우 중요하다. 그리고 양자의 매칭성을 결정하는 관건은 양자의 열팽창 계수가 반드시 비슷해야 하는 것이다. 본 발명의 방법은 실리카계 세라믹 코어 중 산화알루미늄 미세분말의 함량을 변경하여 코어 자체의 열팽창 특성을 조절하는 목적에 도달함으로써, 쉘의 종류 및 실제 필요에 따라 서로 다른 열팽창 특성의 코어를 제조하여 주조과정에서 양자의 크기가 매칭되게 하는 최종 목적에 도달하는 것이다.The silica-based ceramic core plays an important role in forming a complex hollow part structure among precision casting parts, and the matching with the shell mold is very important in the use process. And the key to determining the matchability of the two is that the coefficients of thermal expansion of the two must be similar. The method of the present invention reaches the purpose of controlling the thermal expansion characteristics of the core itself by changing the content of the aluminum oxide fine powder in the silica-based ceramic core, thereby manufacturing and casting cores having different thermal expansion characteristics according to the type of shell and actual needs. In the process, we reach the final goal of matching the sizes of both.
본 발명의 장점 및 유익한 효과:Advantages and beneficial effects of the present invention:
1. 본 발명은 실리카계 세라믹 코어 중의 산화알루미늄 분말의 함량을 조절하여 코어의 열팽창 계수를 제어하며, 조작이 간단하고 열팽창 계수가 쉽게 정확하게 제어된다. 1. The present invention controls the thermal expansion coefficient of the core by controlling the content of aluminum oxide powder in the silica-based ceramic core, and the operation is simple and the thermal expansion coefficient is easily and accurately controlled.
2. 본 발명에 따라 제조되는 실리카계 세라믹 코어는 다결정 니켈기 초내열합금 및 산화알루미늄계 세라믹 쉘에 적용된다.2. The silica-based ceramic core manufactured according to the present invention is applied to a polycrystalline nickel-based superheat-resistant alloy and an aluminum oxide-based ceramic shell.
도 1은 실리카계 세라믹 코어의 1300℃일 때의 열팽창 계수와 산화알루미늄 분말 함량의 관계도이다.
도 2a 내지 도2b는 모두 본 발명에 따라 제조된 실리카계 세라믹 코어의 개략도이다.1 is a diagram illustrating a relationship between a coefficient of thermal expansion and an aluminum oxide powder content at 1300° C. of a silica-based ceramic core.
2A to 2B are all schematic diagrams of a silica-based ceramic core manufactured according to the present invention.
본 발명은 석영유리 분말, 산화알루미늄 분말(강옥 분말) 및 왁스계(Wax-based) 가소제를 사용하여 실리카계 세라믹 코어 슬러리를 제조한다. 세라믹 코어 가압성형기를 사용하여 특정 구조를 갖는 실리카계 세라믹 코어를 가압 성형하고, 그 다음 상기 슬러리를 이용하여 가압 주입 성형 후 고온 소결을 통해 실리카계 세라믹 코어를 제조한다. 특히, 실리카계 세라믹 코어 중 산화알루미늄 분말(강옥 분말)의 함량을 조절하여 코어의 열팽창 계수를 조절하며, 실리카계 세라믹 코어 슬러리를 준비하는 과정에서 산화알루미늄의 함량을 엄격히 제어해야 한다.In the present invention, a silica-based ceramic core slurry is prepared using quartz glass powder, aluminum oxide powder (corundum powder), and a wax-based plasticizer. A silica-based ceramic core having a specific structure is press-molded using a ceramic core press-molding machine, and then pressure-injected using the slurry and then high-temperature sintering is performed to prepare a silica-based ceramic core. In particular, the content of aluminum oxide powder (corundum powder) in the silica-based ceramic core is adjusted to control the coefficient of thermal expansion of the core, and the content of aluminum oxide must be strictly controlled in the process of preparing the silica-based ceramic core slurry.
종래 기술에서, 에틸 실리케이트 가수 분해물은 에틸 실리케이트가 가수 분해되어 얻어진 것이며, 주로 실리카 졸 정밀 주조에서의 바인더로 작용한다. 본 발명에서는, 특정 에틸 실리케이트 가수 분해물을 사용하여 실리카 세라믹 코어에 대해 강화처리하며, 에틸 실리케이트 가수 분해물의 성분 및 함량이 에틸 실리케이트 80%, 알코올 12%, 증류수 5%, 염산 3% 일 때 강화효과가 가장 우수하다.In the prior art, ethyl silicate hydrolyzate is obtained by hydrolyzing ethyl silicate, and mainly acts as a binder in silica sol precision casting. In the present invention, a specific ethyl silicate hydrolyzate is used to strengthen the silica ceramic core, and the strengthening effect when the component and content of the ethyl silicate hydrolyzate is 80% ethyl silicate, 12% alcohol, 5% distilled water, 3% hydrochloric acid. Is the best.
실시예 1Example 1
실리카계 세라믹 코어 슬러리의 성분 및 함량은 중량%로 세라믹 분말 재료 82wt%, 왁스 가소제 18wt%이다. 세라믹 분말 재료는 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이며, 석영유리 분말 또는 산화알루미늄 분말의 입도 요구 및 중량%는 모두 0㎛<입도≤10㎛ 범위 내에서 20%이고，10㎛<입도≤40㎛ 범위 내에서 60%이며，40㎛<입도≤70㎛ 범위 내에서 20%이다. 왁스계 가소제의 성분 및 함량은 중량%로 파라핀 70wt%, 밀랍 25wt%, 폴리에틸렌 2wt%, 스테아린산 3wt%이다.The components and content of the silica-based ceramic core slurry are 82 wt% of ceramic powder material and 18 wt% of wax plasticizer in wt%. The ceramic powder materials are quartz glass powder and aluminum oxide powder, and the particle size requirements and weight% of quartz glass powder or aluminum oxide powder are all 20% within the range of 0㎛<particle size≤10㎛, and 10㎛<particle size≤40㎛ range It is 60% within the range, and 20% within the range of 40㎛ <particle size ≤ 70㎛. The components and content of the wax-based plasticizer are 70 wt% paraffin, 25 wt% beeswax, 2 wt% polyethylene, and 3 wt% stearic acid in wt%.
상기 실리카계 세라믹 코어 슬러리 중의 산화알루미늄 분말의 함량이 0<산화알루미늄 분말=20wt% 범위에 있을 경우, 얻어진 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 열팽창 계수는 0<열팽창 계수≤3.96 X 10-6/℃ 범위 내에서 조절된다. 본 실시예의 세라믹 분말 재료 중, 산화알루미늄 분말은 5wt%를 차지하고, 나머지는 석영유리 분말이고, 세라믹 분말 재료의 열팽창 계수는 1 X 10-6/℃이다. 세라믹 분말 재료는 특정 배합비율의 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말을 사용하고, 또한 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말은 각각 특정 입도 및 함량을 사용하며 그 장점은 가압 주입 시의 성형성을 향상시키고 코어의 사용성능을 개선하는 것이다.When the content of aluminum oxide powder in the silica-based ceramic core slurry is in the range of 0 <aluminum oxide powder = 20 wt%, the coefficient of thermal expansion of the obtained silica-based ceramic core slurry is in the range of 0 <coefficient of thermal expansion ≤ 3.96
왁스계 가소제는 파라핀(점도 저감), 밀랍(가소성 향상), 폴리에틸렌(슬러리 안정성 및 성형체 강도 향상) 및 스테아린산(가소제 및 분말 재료의 습윤성 향상) 이 4가지 물질을 사용하여 특정 배합비율에 따라 조성되며, 그 장점은 성형체의 가소성을 향상시키고 슬러리의 안정성 및 코어 성형체의 강도를 보장하는 것이다.Wax-based plasticizers are formulated according to a specific blending ratio using four substances: paraffin (reduced viscosity), beeswax (improved plasticity), polyethylene (improved slurry stability and molded body strength) and stearic acid (improved wettability of plasticizers and powder materials). , Its advantage is to improve the plasticity of the molded body and to ensure the stability of the slurry and the strength of the core molded body.
본 실시예에서, 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법은 다음과 같다.In this embodiment, a method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting a coefficient of thermal expansion is as follows.
입도 요구에 부합하는 세라믹 분말 재료(석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말)의 무게를 측정한 후, 송풍건조기(air dry oven)에 넣고, 세라믹 분말 재료는 사용 전에 가열처리를 하며, 120℃에서 4시간 동안 온도를 유지하고 분말이 균일하게 가열된 후, 교반하는 조건에서 용융된 왁스계 가소제에 추가하고 세라믹 분말을 첨가 완료한 후, 왁스계 가소제와 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이 완전히 균일하게 혼합될 때가지 계속하여 교반하여 실리카계 세라믹 코어 슬러리를 형성한다. 교반과정에서, 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 온도는 135℃로 제어하고, 실리카계 세라믹 슬러리를 균일하게 교반한 후 가압 주입용 잉곳으로 주조한다. 가압 주입 시, 실리카계 세라믹 코어 슬러리 잉곳을 120℃까지 가열 후 4시간 동안 온도를 유지하되, 슬러리 온도를 120±1℃로 유지하고, 세라믹 코어 가압성형기에서 가압 주입 성형하여 실리카계 세라믹 코어 성형체를 형성한다. 가압 주입 시, 금형의 온도는 40℃ 좌우로 유지한다.After measuring the weight of the ceramic powder material (quartz glass powder and aluminum oxide powder) that meets the particle size requirements, put it in an air dry oven, and heat the ceramic powder material before use, at 120℃ for 4 hours. After maintaining the temperature and heating the powder uniformly, the wax-based plasticizer is added to the molten wax plasticizer under stirring conditions, and the ceramic powder is added, and the wax-based plasticizer, the quartz glass powder, and the aluminum oxide powder are completely and uniformly mixed. The stirring is continued until a silica-based ceramic core slurry is formed. During the stirring process, the temperature of the silica-based ceramic core slurry is controlled at 135°C, and the silica-based ceramic slurry is uniformly stirred, and then cast into an ingot for injection under pressure. During pressurized injection, the silica-based ceramic core slurry ingot is heated to 120°C, and the temperature is maintained for 4 hours, but the slurry temperature is maintained at 120±1°C, and the silica-based ceramic core molded body is formed by pressure injection molding in a ceramic core press-molding machine. To form. During pressurized injection, the temperature of the mold is maintained at 40℃ left and right.
충진재로서 공업용 산화알루미늄 분말(1200℃, 공기 중에서 3시간 소성)을 선택하여, 실리카계 세라믹 코어의 조형을 진행하며, 구체적인 과정은 다음과 같다: 가압 주입 성형된 실리카계 세라믹 코어 성형체에서 핀(fin), 버(burr) 등 결함을 제거한 후, 강옥 도가니에 이미 놓여진 공업용 산화알루미늄 충진재 분말 속에 묻은 다음, 실리카계 세라믹 코어 성형체가 담겨 있는 도가니를 배소로에 넣는다. 실리카계 세라믹 코어의 배소단계는 탈랍 및 소결 두 단계로 나뉘며, 80℃/h 의 승온속도로 450℃까지 승온한 다음, 3시간 동안 온도를 유지하여 탈랍을 진행하며, 탈랍과정에서 공기를 건조하게 유지해야 한다. 온도가 500℃ 이상이면 소결단계에 진입하며, 이 단계의 승온속도는 100℃/h까지 높일 수 있으며, 최고 배소 온도가 1200℃가 될 때까지 높여, 3시간 동안 배소 후 노냉한다.Industrial aluminum oxide powder (1,200° C., fired for 3 hours in air) is selected as the filler, and the silica-based ceramic core is formed, and the specific process is as follows: In the press-injection-molded silica-based ceramic core molded body, fin ), burrs, and other defects are removed, buried in the industrial aluminum oxide filler powder already placed in the corundum crucible, and the crucible containing the silica-based ceramic core molded body is placed in the roasting furnace. The roasting stage of the silica-based ceramic core is divided into two stages of dewaxing and sintering, and the temperature is raised to 450°C at a temperature increase rate of 80°C/h, and then the temperature is maintained for 3 hours to proceed with dewaxing, and the air is dried during the dewaxing process. Should be maintained. If the temperature is 500℃ or higher, the sintering step is entered, and the temperature increase rate in this step can be increased to 100℃/h, and the maximum roasting temperature is raised until 1200℃, and the furnace is cooled after roasting for 3 hours.
이에 따라, 상술한 특정 공정 단계 및 공정 파라미터를 통해 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어를 형성한다.Accordingly, a silica-based ceramic core capable of adjusting a coefficient of thermal expansion through the specific process steps and process parameters described above is formed.
더 나아가, 배소 완료된 실리카계 세라믹 코어에 대해 강화를 진행하며, 처리방법은 실리카계 세라믹 코어를 에틸 실리케이트 가수 분해물에 넣고 실리카계 세라믹 코어 표면에서 기포가 방출되지 않으면 꺼내서 12시간 이상 자연 건조시킨다. 본 실시예에서는, 특정 에틸 실리케이트 가수 분해물을 사용하여 실리카 세라믹 코어를 강화처리하며, 에틸 실리케이트 가수 분해물의 성분 및 함량은 에틸 실리케이트 80%, 알코올 12%, 증류수 5%, 염산 3%이다.Further, reinforcement is performed on the roasted silica-based ceramic core, and the treatment method is to put the silica-based ceramic core in an ethyl silicate hydrolyzate, take it out if no air bubbles are released from the surface of the silica-based ceramic core, and let it dry naturally for 12 hours or more. In this example, a silica ceramic core is strengthened using a specific ethyl silicate hydrolyzate, and the components and content of the ethyl silicate hydrolyzate are 80% ethyl silicate, 12% alcohol, 5% distilled water, and 3% hydrochloric acid.
도1에서 도시한 바와 같은 실리카계 세라믹 코어의 1300℃일 때의 열팽창 계수와 알루미나 분말 함량의 관계도로부터 알 수 있듯이, 열팽창 계수와 알루미나 분말 함량은 정비례관계를 나타낸다.As can be seen from the relationship between the coefficient of thermal expansion at 1300°C and the content of alumina powder of the silica-based ceramic core as shown in FIG. 1, the coefficient of thermal expansion and the content of alumina powder show a direct relationship.
도2a-도2b에서 도시한 바와 같은 본 발명에 따라 제조된 실리카계 세라믹 코어로부터 알 수 있듯이, 상기 방법에 따르면 요구를 충족하는 코어를 제조해낼 수 있다.As can be seen from the silica-based ceramic core manufactured according to the present invention as shown in Figs. 2A-2B, according to the above method, a core that meets the needs can be manufactured.
실시예2Example 2
실리카계 세라믹 코어 슬러리의 성분 및 함량은 중량%로 세라믹 분말 재료 80wt%, 왁스계 가소제 20wt%이다. 세라믹 분말 재료는 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이며, 석영유리 분말 또는 산화알루미늄 분말의 입도 요구 및 중량%는 모두 0㎛<입도≤10㎛ 범위 내에서 25%이고，10㎛<입도≤40㎛ 범위 내에서 50%이며，40㎛<입도≤70㎛ 범위 내에서 25%이다. 왁스계 가소제의 성분 및 함량은 중량%로 파라핀 65wt%, 밀랍 30wt%, 폴리에틸렌 1wt%, 스테아린산 4wt%이다.The components and content of the silica-based ceramic core slurry are 80 wt% of the ceramic powder material and 20 wt% of the wax-based plasticizer in wt%. Ceramic powder materials are quartz glass powder and aluminum oxide powder, and the particle size requirements and weight% of quartz glass powder or aluminum oxide powder are all 25% within the range of 0㎛<particle size≤10㎛, and 10㎛<particle size≤40㎛ range It is 50% within the range, and 25% within the range of 40㎛ <particle size ≤ 70㎛. The components and content of the wax-based plasticizer are 65 wt% paraffin, 30 wt% beeswax, 1 wt% polyethylene, and 4 wt% stearic acid in wt%.
상기 실리카계 세라믹 코어 슬러리 중의 산화알루미늄 분말의 함량이 0<산화알루미늄 분말≤20wt% 범위에 있을 경우, 얻어진 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 열팽창 계수는 0<열팽창 계수≤3.96 X 10-6/℃ 범위 내에서 조절된다. 본 실시예의 세라믹 분말 재료 중 산화알루미늄 분말은 15wt%를 차지하고, 나머지는 석영유리 분말이고, 세라믹 분말 재료의 열팽창 계수는 3 X 10-6/℃이다. 세라믹 분말 재료는 특정 배합비율의 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말을 사용하고, 또한 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말은 각각 특정 입도 및 함량을 사용하며 그 장점은 가압 주입 시의 성형성을 향상시키고 코어의 사용성능을 개선하는 것이다.When the content of the aluminum oxide powder in the silica-based ceramic core slurry is in the range of 0 <aluminum oxide powder ≤ 20 wt%, the coefficient of thermal expansion of the obtained silica-based ceramic core slurry is in the range of 0 <coefficient of thermal expansion ≤ 3.96 X 10 -6 /°C. Is regulated in Among the ceramic powder materials of this embodiment, aluminum oxide powder accounts for 15 wt%, the rest is quartz glass powder, and the coefficient of thermal expansion of the ceramic powder material is 3 X 10 -6 /°C. The ceramic powder material uses a specific mixing ratio of quartz glass powder and aluminum oxide powder, and quartz glass powder and aluminum oxide powder each use a specific particle size and content. It is to improve the usability performance.
왁스계 가소제는 파라핀(점도 저감), 밀랍(가소성 향상), 폴리에틸렌(슬러리 안정성 및 성형체 강도 향상) 및 스테아린산(가소제 및 분말 재료의 습윤성 향상) 이 4가지 물질을 사용하여 특정 배합비율에 따라 조성되며, 그 장점은 성형체의 가소성을 향상시키고 슬러리의 안정성 및 코어 성형체의 강도를 보장하는 것이다.Wax-based plasticizers are formulated according to a specific blending ratio using four substances: paraffin (reduced viscosity), beeswax (improved plasticity), polyethylene (improved slurry stability and molded body strength) and stearic acid (improved wettability of plasticizers and powder materials). , Its advantage is to improve the plasticity of the molded body and to ensure the stability of the slurry and the strength of the core molded body.
본 실시예에서, 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법은 다음과 같다.In this embodiment, a method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting a coefficient of thermal expansion is as follows.
입도 요구에 부합하는 세라믹 분말 재료(석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말)의 무게를 측정한 후, 송풍건조기(air dry oven)에 넣고, 세라믹 분말 재료는 사용 전에 가열처리를 하며, 120℃에서 3시간 동안 온도를 유지하고 분말이 균일하게 가열된 후, 교반하는 조건하에서 용융된 왁스계 가소제에 추가하고 세라믹 분말을 첨가 완료한 후, 왁스계 가소제와 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이 완전히 균일하게 혼합될 때가지 계속하여 교반하여 실리카계 세라믹 코어 슬러리를 형성한다. 교반과정에서, 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 온도는 130℃로 제어하고, 실리카계 세라믹 슬러리를 균일하게 교반한 후 가압 주입용 잉곳으로 주조한다. 가압 주입 시, 실리카계 세라믹 코어 슬러리 잉곳을 120℃까지 가열 후 3시간 동안 온도를 유지하되, 슬러리 온도를 120±1℃로 유지하고, 세라믹 코어 가압성형기에서 가압 주입 성형하여 실리카계 세라믹 코어 성형체를 형성한다. 가압 주입 시, 금형의 온도는 40℃좌우로 유지한다.After measuring the weight of the ceramic powder material (quartz glass powder and aluminum oxide powder) that meets the particle size requirements, put it in an air dry oven, and heat the ceramic powder material before use, at 120℃ for 3 hours. After maintaining the temperature and heating the powder uniformly, the wax-based plasticizer, the quartz glass powder, and the aluminum oxide powder are completely and uniformly mixed after adding to the molten wax plasticizer under stirring conditions and adding the ceramic powder. The stirring is continued until a silica-based ceramic core slurry is formed. During the stirring process, the temperature of the silica-based ceramic core slurry is controlled at 130°C, and the silica-based ceramic slurry is uniformly stirred, and then cast into an ingot for injection under pressure. During pressurized injection, the silica-based ceramic core slurry ingot is heated to 120°C and maintained for 3 hours, but the slurry temperature is maintained at 120±1°C. To form. During pressurized injection, the temperature of the mold is maintained at 40℃ left and right.
충진재로서 공업용 산화알루미늄 분말(1150℃, 공기 중에서 4시간 소성)을 선택하여, 실리카계 세라믹 코어의 조형을 진행하며, 구체적인 과정은 다음과 같다: 가압 주입 성형된 실리카계 세라믹 코어 성형체에서 핀(fin), 버(burr) 등 결함을 제거한 후, 강옥 도가니에 이미 놓여진 공업용 산화알루미늄 충진재 분말 속에 묻은 다음, 실리카계 세라믹 코어 성형체가 담겨 있는 도가니를 배소로에 넣는다. 실리카계 세라믹 코어의 배소단계는 탈랍 및 소결 두 단계로 나뉘며, 100℃/h 의 승온속도로 500℃까지 승온한 다음, 2시간 동안 온도를 유지하여 탈랍을 진행하며, 탈랍과정에서 공기를 건조하게 유지해야 한다. 온도가 500℃ 이상이면 소결단계에 진입하며, 이 단계의 승온속도는 120℃/h까지 높일 수 있으며, 최고 배소 온도가 1150℃가 될 때까지 높여, 4시간 동안 배소 후 노냉한다.Industrial aluminum oxide powder (1150° C., fired for 4 hours in air) is selected as the filler, and the silica-based ceramic core is formed, and the specific process is as follows: In the molded silica-based ceramic core molded by pressure injection, fin ), burrs, and other defects are removed, buried in the industrial aluminum oxide filler powder already placed in the corundum crucible, and the crucible containing the silica-based ceramic core molded body is placed in the roasting furnace. The roasting step of the silica-based ceramic core is divided into dewaxing and sintering. The temperature is raised to 500℃ at a rate of 100℃/h, and then the temperature is maintained for 2 hours to proceed with dewaxing. The air is dried during the dewaxing process. Should be maintained. If the temperature is 500℃ or higher, the sintering step is entered, and the heating rate at this step can be increased to 120℃/h, and the maximum roasting temperature is raised until 1150℃, and the furnace is cooled after roasting for 4 hours.
이에 따라, 상술한 특정 공정 단계 및 공정 파라미터를 통해 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어를 형성한다.Accordingly, a silica-based ceramic core capable of adjusting a coefficient of thermal expansion through the specific process steps and process parameters described above is formed.
더 나아가, 배소 완료된 실리카계 세라믹 코어를 강화하며, 처리방법은 실리카계 세라믹 코어를 에틸 실리케이트 가수 분해물에 놓고 실리카계 세라믹 코어 표면에서 기포가 방출되지 않으면 꺼내서 12시간 이상 자연 건조시킨다. 본 실시예에서는, 특정 에틸 실리케이트 가수 분해물을 사용하여 실리카 세라믹 코어를 강화처리하며, 에틸 실리케이트 가수 분해물의 성분과 함량은 에틸 실리케이트 80%, 알코올 12%, 증류수 5%, 염산 3%이다.Further, the roasted silica-based ceramic core is reinforced, and in the treatment method, the silica-based ceramic core is placed in an ethyl silicate hydrolyzate, and if no bubbles are released from the surface of the silica-based ceramic core, it is taken out and naturally dried for 12 hours or more. In this example, a silica ceramic core is strengthened using a specific ethyl silicate hydrolyzate, and the components and content of the ethyl silicate hydrolyzate are 80% ethyl silicate, 12% alcohol, 5% distilled water, and 3% hydrochloric acid.
실시예3Example 3
실리카계 세라믹 코어 슬러리의 성분 및 함량은 중량%로 세라믹 분말 재료 85wt%, 왁스계 가소제 15wt%이다. 세라믹 분말 재료는 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이며, 석영유리 분말 또는 산화알루미늄 분말의 입도 요구 및 중량%는 모두 0㎛<입도≤10㎛ 범위 내에서 15%이고，10㎛<입도≤40㎛ 범위 내에서 70%이며，40㎛<입도≤70㎛ 범위 내에서 15%이다. 왁스계 가소제의 성분 및 함량은 중량%로 파라핀 75wt%, 밀랍 20wt%, 폴리에틸렌 3wt%, 스테아린산 2wt%이다.The components and contents of the silica-based ceramic core slurry are 85 wt% of the ceramic powder material and 15 wt% of the wax-based plasticizer in wt%. The ceramic powder materials are quartz glass powder and aluminum oxide powder, and the particle size requirements and weight% of quartz glass powder or aluminum oxide powder are all 15% within the range of 0㎛<particle size≤10㎛, and 10㎛<particle size≤40㎛ range It is 70% within the range, and 15% within the range of 40㎛ <particle size ≤ 70㎛. The components and contents of the wax-based plasticizer are 75 wt% paraffin, 20 wt% beeswax, 3 wt% polyethylene, and 2 wt% stearic acid in wt%.
상기 실리카계 세라믹 코어 슬러리 중 산화알루미늄 분말의 함량이 0<산화알루미늄 분말≤20wt% 범위인 경우, 얻어진 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 열팽창 계수는 0<열팽창 계수≤3.96 X 10-6/℃ 범위에서 조절된다. 본 실시예의 세라믹 분말 재료 중, 산화알루미늄 분말은 20wt%를 차지하고, 나머지는 석영유리 분말이고, 세라믹 분료의 열팽창 계수는 3.96 X 10-6/℃이다. 세라믹 분말 재료는 특정 배합비율의 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말을 사용하고, 또한 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말은 각각 특정 입도 및 함량을 사용하며 그 장점은 가압 주입 시의 성형성을 향상시키고 코어의 사용성능을 개선하는 것이다.When the content of aluminum oxide powder in the silica-based ceramic core slurry is in the range of 0 <aluminum oxide powder ≤ 20 wt%, the coefficient of thermal expansion of the obtained silica-based ceramic core slurry is adjusted in the range of 0 <coefficient of thermal expansion ≤ 3.96 X 10 -6 /°C. do. Of the ceramic powder materials of this example, aluminum oxide powder occupies 20 wt%, the rest is quartz glass powder, and the coefficient of thermal expansion of the ceramic powder is 3.96 X 10 -6 /°C. The ceramic powder material uses a specific mixing ratio of quartz glass powder and aluminum oxide powder, and quartz glass powder and aluminum oxide powder each use a specific particle size and content. It is to improve the usability performance.
왁스계 가소제는 파라핀(점도 저감), 밀랍(가소성 향상), 폴리에틸렌(슬러리 안정성 및 성형체 강도 향상) 및 스테아린산(가소제 및 분말 재료의 습윤성 향상) 이 4가지 물질을 사용하여 특정 배합비율에 따라 조성되며, 그 장점은 성형체의 가소성을 향상시키고 슬러리의 안정성 및 코어 성형체의 강도를 보장하는 것이다.Wax-based plasticizers are formulated according to a specific blending ratio using four substances: paraffin (reduced viscosity), beeswax (improved plasticity), polyethylene (improved slurry stability and molded body strength) and stearic acid (improved wettability of plasticizers and powder materials). , Its advantage is to improve the plasticity of the molded body and to ensure the stability of the slurry and the strength of the core molded body.
본 실시예에서, 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법은 다음과 같다. In this embodiment, a method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting a coefficient of thermal expansion is as follows.
입도 요구에 부합하는 세라믹 분말 재료(석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말)의 무게를 측정한 후, 송풍건조기(air dry oven)에 넣고, 세라믹 분말 재료는 사용 전에 가열처리를 하며, 120℃에서 5시간 동안 온도를 유지하고 분말이 균일하게 가열된 후, 교반하는 조건에서 용융된 왁스계 가소제에 추가하고 세라믹 분말을 첨가 완료한 후, 왁스계 가소제와 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이 완전히 균일하게 혼합될 때가지 계속하여 교반하여 실리카계 세라믹 코어 슬러리를 형성한다. 교반과정에서, 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 온도는 140℃로 제어하고, 실리카계 세라믹 슬러리를 균일하게 교반한 후 가압 주입용 잉곳으로 주조한다. 가압 주입 시, 실리카계 세라믹 코어 슬러리 잉곳을 120℃까지 가열 후 5시간 동안 온도를 유지하되, 슬러리 온도를 120±1℃로 유지하고, 세라믹 코어 가압성형기에서 가압 주입 성형하여 실리카계 세라믹 코어 성형체를 형성한다. 가압 주입 시, 금형의 온도는 40℃좌우로 유지한다.After measuring the weight of the ceramic powder material (quartz glass powder and aluminum oxide powder) that meets the particle size requirements, put it in an air dry oven, and heat the ceramic powder material before use, at 120℃ for 5 hours. After maintaining the temperature and heating the powder uniformly, the wax-based plasticizer is added to the molten wax plasticizer under stirring conditions, and the ceramic powder is added, and the wax-based plasticizer, the quartz glass powder, and the aluminum oxide powder are completely and uniformly mixed. The stirring is continued until a silica-based ceramic core slurry is formed. During the stirring process, the temperature of the silica-based ceramic core slurry is controlled at 140° C., the silica-based ceramic slurry is uniformly stirred, and then cast into an ingot for injection under pressure. During pressurized injection, the silica-based ceramic core slurry ingot is heated to 120℃ and maintained for 5 hours, but the slurry temperature is maintained at 120±1℃, and the silica-based ceramic core molded body is formed by pressure injection molding in a ceramic core pressurizing machine. To form. During pressurized injection, the temperature of the mold is maintained at 40℃ left and right.
충진재로서 공업용 산화알루미늄 분말(1180℃, 공기 중에서 3.5시간 소성)을 선택하여, 실리카계 세라믹 코어의 조형을 진행하며, 구체적인 과정은 다음과 같다: 가압 주입 성형된 실리카계 세라믹 코어 성형체에서 핀(fin), 버(burr) 등 결함을 제거한 후, 강옥 도가니에 이미 놓여진 공업용 산화알루미늄 충진재 분말 속에 묻은 다음, 실리카계 세라믹 코어 성형체가 담겨 있는 도가니를 배소로에 넣는다. 실리카계 세라믹 코어의 배소단계는 탈랍 및 소결 두 단계로 나뉘며, 90℃/h 의 승온속도로 450℃까지 승온한 다음, 4시간 동안 온도를 유지하여 탈랍을 진행하며, 탈랍과정에서는 공기를 건조하게 유지해야 한다. 온도가 500℃ 이상이면 소결단계에 진입하며, 상기 단계의 승온속도는 110℃/h까지 높일 수 있으며, 최고 배소 온도가 1180℃가 될 때까지 높여, 3.5시간 동안 배소 후 노냉한다.Industrial aluminum oxide powder (1180°C, sintered in air for 3.5 hours) is selected as a filler, and the silica-based ceramic core is formed, and the specific process is as follows: ), burrs, and other defects are removed, buried in the industrial aluminum oxide filler powder already placed in the corundum crucible, and the crucible containing the silica-based ceramic core molded body is placed in the roasting furnace. The roasting stage of the silica-based ceramic core is divided into two stages of dewaxing and sintering, and the temperature is raised to 450°C at a temperature increase rate of 90°C/h, and then the temperature is maintained for 4 hours to proceed with dewaxing. In the dewaxing process, air is dried. Should be maintained. If the temperature is 500°C or higher, the sintering step is entered, and the heating rate of the step can be increased to 110°C/h, and the maximum roasting temperature is raised until 1180°C, and the furnace is cooled after roasting for 3.5 hours.
이에 따라, 상술한 특정 공정 단계 및 공정 파라미터를 통해 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어를 형성한다.Accordingly, a silica-based ceramic core capable of adjusting a coefficient of thermal expansion through the specific process steps and process parameters described above is formed.
더 나아가, 배소 완료된 실리카계 세라믹 코어를 강화하며, 처리방법은 실리카계 세라믹 코어를 에틸 실리케이트 가수 분해물에 넣고 실리카계 세라믹 코어 표면에서 기포가 방출되지 않으면 꺼내서 12시간 이상 자연 건조시킨다. 본 실시예에서는, 특정 에틸 실리케이트 가수 분해물을 사용하여 실리카 세라믹 코어를 강화처리하며, 에틸 실리케이트 가수 분해물의 성분과 함량은 에틸 실리케이트 80%, 알코올 12%, 증류수 5%, 염산 3%이다.Further, the roasted silica-based ceramic core is reinforced, and in the treatment method, the silica-based ceramic core is put in an ethyl silicate hydrolyzate, and if no bubbles are released from the surface of the silica-based ceramic core, it is taken out and naturally dried for 12 hours or more. In this example, a silica ceramic core is strengthened using a specific ethyl silicate hydrolyzate, and the components and content of the ethyl silicate hydrolyzate are 80% ethyl silicate, 12% alcohol, 5% distilled water, and 3% hydrochloric acid.
실시예4Example 4
실리카계 세라믹 코어 슬러리의 성분 및 함량은 중량%로 세라믹 분말 재료 84wt%, 왁스계 가소제 16wt%이다. 세라믹 분말 재료는 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이며, 석영유리 분말 또는 산화알루미늄 분말의 입도 요구 및 중량%는 모두 0㎛<입도≤10㎛ 범위 내에서 18%이고，10㎛<입도≤40㎛ 범위 내에서 64%이며，40㎛<입도≤70㎛ 범위 내에서 18%이다. 왁스계 가소제의 성분 및 함량은 중량%로 파라핀 72wt%, 밀랍 22wt%, 폴리에틸렌 2wt%, 스테아린산 4wt%이다.The components and content of the silica-based ceramic core slurry were 84 wt% of the ceramic powder material and 16 wt% of the wax-based plasticizer in wt%. Ceramic powder materials are quartz glass powder and aluminum oxide powder, and the particle size requirements and weight% of quartz glass powder or aluminum oxide powder are all 18% within the range of 0㎛<particle size≤10㎛, and 10㎛<particle size≤40㎛ range It is 64% within the range, and 18% within the range of 40㎛ <particle size ≤ 70㎛. The components and content of the wax-based plasticizer are 72 wt% paraffin, 22 wt% beeswax, 2 wt% polyethylene, and 4 wt% stearic acid in wt%.
상기 실리카계 세라믹 코어 슬러리 중 산화알루미늄 분말의 함량이 0<산화알루미늄 분말≤20wt% 범위인 경우, 얻어진 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 열팽창 계수는 0<열팽창 계수≤3.96 X 10-6/℃ 범위에서 조절된다. 본 실시예의 세라믹 분말 재료 중, 산화알루미늄 분말은 10wt%를 차지하고, 나머지는 석영유리 분말이고, 세라믹 분료의 열팽창 계수는 2 X 10-6/℃이다. 세라믹 분말 재료는 특정 배합비율의 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말을 사용하고, 또한 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말은 각각 특정 입도 및 함량을 사용하며, 그 장점은 가압 주입 시의 성형성을 향상시키고 코어의 사용성능을 개선하는 것이다.When the content of aluminum oxide powder in the silica-based ceramic core slurry is in the range of 0 <aluminum oxide powder ≤ 20 wt%, the coefficient of thermal expansion of the obtained silica-based ceramic core slurry is adjusted in the range of 0 <coefficient of thermal expansion ≤ 3.96 X 10 -6 /°C. do. Of the ceramic powder materials of this embodiment, aluminum oxide powder occupies 10 wt%, the rest is quartz glass powder, and the coefficient of thermal expansion of the ceramic powder is 2 X 10 -6 /°C. The ceramic powder material uses a specific mixing ratio of quartz glass powder and aluminum oxide powder, and quartz glass powder and aluminum oxide powder each use a specific particle size and content. It is to improve the performance of the product.
왁스계 가소제는 파라핀(점도 저감), 밀랍(가소성 향상), 폴리에틸렌(슬러리 안정성 및 성형체 강도 향상) 및 스테아린산(가소제 및 분말 재료의 습윤성 향상) 이 4가지 물질을 사용하여 특정 배합비율에 따라 조성되며, 그 장점은 성형체의 가소성을 향상시키고 슬러리의 안정성 및 코어 성형체의 강도를 보장하는 것이다.Wax-based plasticizers are formulated according to a specific blending ratio using four substances: paraffin (reduced viscosity), beeswax (improved plasticity), polyethylene (improved slurry stability and molded body strength) and stearic acid (improved wettability of plasticizers and powder materials). , Its advantage is to improve the plasticity of the molded body and to ensure the stability of the slurry and the strength of the core molded body.
본 실시예에서, 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법은 다음과 같다. In this embodiment, a method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting a coefficient of thermal expansion is as follows.
입도 요구에 부합하는 세라믹 분말 재료(석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말)의 무게를 측정한 후, 송풍건조기(air dry oven)에 넣고, 세라믹 분말 재료는 사용 전에 가열처리를 하며, 120℃에서 4시간 동안 온도를 유지하고 분말이 균일하게 가열된 후, 교반하는 조건에서 용융된 왁스계 가소제에 추가하고 세라믹 분말을 첨가 완료한 후, 왁스계 가소제와 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이 완전히 균일하게 혼합될 때가지 계속하여 교반하여 실리카계 세라믹 코어 슬러리를 형성한다. 교반과정에서, 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 온도는 135℃로 제어하고, 실리카계 세라믹 슬러리를 균일하게 교반한 후 가압 주입용 잉곳으로 주조한다. 가압 주입 시, 실리카계 세라믹 코어 슬러리 잉곳을 120℃까지 가열 후 4시간 동안 온도를 유지하되, 슬러리 온도를 120±1℃로 유지하고, 세라믹 코어 가압성형기에서 가압 주입 성형하여 실리카계 세라믹 코어 성형체를 형성한다. 가압 주입 시, 금형의 온도는 40℃ 좌우로 유지한다.After measuring the weight of the ceramic powder material (quartz glass powder and aluminum oxide powder) that meets the particle size requirements, put it in an air dry oven, and heat the ceramic powder material before use, at 120℃ for 4 hours. After maintaining the temperature and heating the powder uniformly, the wax-based plasticizer is added to the molten wax plasticizer under stirring conditions, and the ceramic powder is added, and the wax-based plasticizer, the quartz glass powder, and the aluminum oxide powder are completely and uniformly mixed. The stirring is continued until a silica-based ceramic core slurry is formed. During the stirring process, the temperature of the silica-based ceramic core slurry is controlled at 135°C, and the silica-based ceramic slurry is uniformly stirred, and then cast into an ingot for injection under pressure. During pressurized injection, the silica-based ceramic core slurry ingot is heated to 120°C, and the temperature is maintained for 4 hours, but the slurry temperature is maintained at 120±1°C, and the silica-based ceramic core molded body is formed by pressure injection molding in a ceramic core press-molding machine. To form. During pressurized injection, the temperature of the mold is maintained at 40℃ left and right.
충진재로서 공업용 산화알루미늄 분말(1160℃, 공기 중에서 3.5시간 소성)을 선택하여, 실리카계 세라믹 코어의 조형을 진행하며, 구체적인 과정은 다음과 같다: 가압 주입 성형된 실리카계 세라믹 코어 성형체에서 핀(fin), 버(burr) 등 결함을 제거한 후, 강옥 도가니속에 이미 놓여진 공업용 산화알루미늄 충진재 분말 속에 묻은 다음, 실리카계 세라믹 코어 성형체가 담겨 있는 도가니를 배소로에 넣는다. 실리카계 세라믹 코어의 배소단계는 탈랍 및 소결 두 단계로 나뉘며, 80℃/h 의 승온속도로 400℃까지 승온한 다음, 3시간 동안 온도를 유지하여 탈랍을 진행하며, 탈랍과정에서는 공기를 건조하게 유지해야 한다. 온도가 500℃ 이상이면 소결단계에 진입하며, 상기 단계의 승온속도는 115℃/h까지 높일 수 있으며, 최고 배소 온도가 1160℃가 될 때까지 높여, 3시간 동안 배소 후 노냉한다.Industrial aluminum oxide powder (1160°C, sintered in air for 3.5 hours) is selected as the filler, and the silica-based ceramic core is formed, and the specific process is as follows: ), burrs, and other defects are removed, buried in the industrial aluminum oxide filler powder already placed in the corundum crucible, and then the crucible containing the silica-based ceramic core molded body is placed in the roasting furnace. The roasting stage of the silica-based ceramic core is divided into two stages of dewaxing and sintering. The temperature is raised to 400°C at a heating rate of 80°C/h, and then the temperature is maintained for 3 hours to proceed with dewaxing. In the dewaxing process, air is dried. Should be maintained. If the temperature is 500°C or higher, the sintering step is entered, and the heating rate of the step can be increased to 115°C/h, and the maximum roasting temperature is raised until 1160°C, and the furnace is cooled after roasting for 3 hours.
이에 따라, 상술한 특정 공정 단계 및 공정 파라미터를 통해 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어를 형성한다.Accordingly, a silica-based ceramic core capable of adjusting a coefficient of thermal expansion through the specific process steps and process parameters described above is formed.
더 나아가, 배소 완료된 실리카계 세라믹 코어를 강화하며, 처리방법은 실리카계 세라믹 코어를 에틸 실리케이트 가수 분해물에 넣고 실리카계 세라믹 코어 표면에서 기포가 방출되지 않으면 꺼내서 12시간 이상 자연 건조시킨다. 본 실시예에서는, 특정 에틸 실리케이트 가수 분해물을 사용하여 실리카 세라믹 코어를 강화처리하며, 에틸 실리케이트 가수 분해물의 성분과 함량은 에틸 실리케이트 80%, 알코올 12%, 증류수 5%, 염산 3%이다.Further, the roasted silica-based ceramic core is reinforced, and in the treatment method, the silica-based ceramic core is put in an ethyl silicate hydrolyzate, and if no bubbles are released from the surface of the silica-based ceramic core, it is taken out and naturally dried for 12 hours or more. In this example, a silica ceramic core is strengthened using a specific ethyl silicate hydrolyzate, and the components and content of the ethyl silicate hydrolyzate are 80% ethyl silicate, 12% alcohol, 5% distilled water, and 3% hydrochloric acid.
실시예 결과에서 보여주듯이, 본 발명의 방법은 실리카계 세라믹 코어 중 산화알루미늄 분말의 함량을 변경하여 코어 자체의 열팽창 특성을 조절하는 목적에 도달하여, 쉘의 종류 및 실제 수요에 따라 서로 다른 열팽창 특성의 코어를 제조한다.As shown in the results of Examples, the method of the present invention reaches the purpose of controlling the thermal expansion characteristics of the core itself by changing the content of aluminum oxide powder in the silica-based ceramic core, and different thermal expansion characteristics according to the type of shell and actual demand. To prepare the core.
Claims (9)
실리카계 세라믹 코어 슬러리의 성분 및 함량은 중량%로 세라믹 분말 80~85wt%, 왁스계 가소제 15~20wt%이고, 세라믹 분말 재료는 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이며, 석영유리 분말 또는 산화알루미늄 분말의 입도 요구 및 중량%는 모두 0㎛<입도≤10㎛ 범위 내에서 15~25%이고，10㎛<입도≤40㎛ 범위 내에서 50~70%이며，40㎛<입도≤70㎛ 범위 내에서 15~25%인 것을 특징으로 하는 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법.The content of aluminum oxide in the silica-based ceramic core is controlled to control the coefficient of thermal expansion of the core, and the content of aluminum oxide must be strictly controlled during the preparation of the silica-based ceramic core slurry, and then pressurized injection molding and high temperature using the slurry. Characterized in that to prepare a silica-based ceramic core through sintering,
The composition and content of the silica-based ceramic core slurry is 80 to 85 wt% of ceramic powder and 15 to 20 wt% of wax-based plasticizer by weight, and the ceramic powder material is quartz glass powder and aluminum oxide powder. The particle size requirement and weight% are all 15-25% within the range of 0㎛<particle size≤10㎛, 50~70% within the range of 10㎛<particle size≤40㎛, and 15 within the range of 40㎛<particle size≤70㎛ A method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of controlling a coefficient of thermal expansion of ~25%.
실리카계 세라믹 코어 슬러리 중 산화알루미늄 분말의 함량이 0<산화알루미늄 분말≤20wt% 범위에 있을 경우, 얻어진 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 열팽창 계수는 0<열팽창 계수≤3.96 X 10-6/℃ 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법.The method of claim 1,
When the content of aluminum oxide powder in the silica-based ceramic core slurry is in the range of 0 <aluminum oxide powder ≤ 20 wt%, the coefficient of thermal expansion of the obtained silica-based ceramic core slurry is within the range of 0 <coefficient of thermal expansion ≤ 3.96 X 10 -6 /°C. A method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting a coefficient of thermal expansion, characterized in that it is controlled.
실리카계 세라믹 코어 슬러리 중 산화알루미늄 분말의 함량이 5≤산화알루미늄 분말≤15wt% 범위에 있을 경우, 얻어진 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 열팽창 계수는 1 X 10-6/℃≤열팽창 계수≤3 X 10-6/℃ 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법.The method of claim 1,
Silica-based ceramic slurry of the core when in ≤15wt% range 5≤ content of aluminum oxide powder, aluminum oxide powder, the thermal expansion coefficient of the silica-based ceramic core slurry is 1 X 10 -6 / ℃ ≤ coefficient of thermal expansion ≤3 X 10 - A method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of controlling a coefficient of thermal expansion, characterized in that it is controlled within a range of 6 /°C.
왁스계 가소제의 성분 및 함량은 중량%로 파라핀 65~75wt%, 밀랍 20~30wt%, 폴리에틸렌 1~3wt%, 스테아린산 2~4wt%인 것을 특징으로 하는 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법.The method of claim 1,
The composition and content of the wax-based plasticizer are 65 to 75 wt% of paraffin, 20 to 30 wt% of beeswax, 1 to 3 wt% of polyethylene, and 2 to 4 wt% of stearic acid in wt%. Way.
입도 요구에 부합하는 세라믹 분말 재료인 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말의 무게를 측정한 후, 송풍건조기에 넣고, 120℃에서 3~5시간 동안 온도를 유지하고 분말이 균일하게 가열되면, 교반하는 조건에서 용융된 왁스계 가소제에 추가하고, 세라믹 분말 재료를 첨가 완료한 후, 왁스계 가소제와 석영유리 분말 및 산화알루미늄 분말이 완전히 균일하게 혼합될 때가지 계속 교반하여 실리카계 세라믹 코어 슬러리를 형성하는 단계; 교반과정에서 실리카계 세라믹 코어 슬러리의 온도는 130~140℃로 제어하고 실리카계 세라믹 슬러리를 균일하게 교반한 후 가압 주입용 잉곳으로 주조하는 단계; 가압 주입 시, 실리카계 세라믹 코어 슬러리 잉곳을 120℃까지 가열한 후 3~5시간 동안 온도를 유지하되, 슬러리 온도는 120±1℃로 유지하고, 세라믹 코어 가압성형기에서 가압 주입 성형하여 실리카계 세라믹 코어 성형체를 형성하는 단계;
충진재로서 공업용 산화알루미늄 분말을 선택하여, 실리카계 세라믹 코어의 조형을 진행하는 단계를 포함하며, 실리카계 세라믹 코어의 조형을 진행하는 단계의 구체적인 과정은 가압 주입 성형된 실리카계 세라믹 코어 성형체에서 표면 결함을 제거한 후, 강옥 도가니 속에 이미 놓여진 공업용 산화알루미늄 충진재 분말에 묻은 다음, 실리카계 세라믹 코어 성형체가 담겨 있는 도가니를 배소로에 넣고; 실리카계 세라믹 코어의 배소단계는 탈랍 및 소결 두 단계로 나뉘며, 80~100℃/h 승온속도로 400~500℃까지 승온한 다음, 2~4시간 동한 온도를 유지하여 탈랍을 진행하며, 탈랍과정에서 공기를 건조하게 유지하며; 온도가 500℃ 이상이면 소결단계에 진입하고, 이 단계의 승온속도는 100~120℃/h까지 높이고 최고 배소 온도 1150~1200℃가 될 때까지 높이며, 3~4시간 배소 후 노내 냉각하여 실리카계 세라믹 코어를 형성하는 것을 특징으로 하는 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법.The method of claim 1,
After measuring the weight of quartz glass powder and aluminum oxide powder, which are ceramic powder materials that meet the particle size requirements, put it in a blow dryer, maintain the temperature at 120°C for 3 to 5 hours, and stir when the powder is uniformly heated. Adding to the wax-based plasticizer melted in, and after completing the addition of the ceramic powder material, stirring is continued until the wax-based plasticizer, quartz glass powder, and aluminum oxide powder are completely uniformly mixed to form a silica-based ceramic core slurry. ; In the stirring process, the temperature of the silica-based ceramic core slurry is controlled to 130 to 140°C, the silica-based ceramic slurry is uniformly stirred, and then cast into an ingot for injection under pressure; During pressurized injection, the silica-based ceramic core slurry ingot is heated to 120°C and maintained for 3 to 5 hours, but the slurry temperature is maintained at 120±1°C. Forming a core molded body;
Including the step of selecting industrial aluminum oxide powder as a filler and proceeding with the molding of the silica-based ceramic core, and the specific process of the step of proceeding with the molding of the silica-based ceramic core is a surface defect in the molded silica-based ceramic core molded by pressure injection. After removal of the corundum crucible, it was buried in the powder of the industrial aluminum oxide filler already placed in the corundum crucible, and the crucible containing the silica-based ceramic core molded body was put into a roasting furnace; The roasting stage of the silica-based ceramic core is divided into two stages of dewaxing and sintering, and the temperature is raised to 400~500℃ at a rate of 80~100℃/h, and then dewaxing proceeds by maintaining the same temperature for 2~4 hours. Keeps the air dry in; If the temperature is over 500℃, the sintering step is entered. The temperature increase rate in this step is raised to 100~120℃/h and the maximum roasting temperature is 1150~1200℃. After roasting for 3~4 hours, the furnace is cooled to A method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of controlling a coefficient of thermal expansion, characterized in that forming a ceramic core.
배소 완료된 실리카계 세라믹 코어에 대해 강화를 진행하며, 처리방법은 실리카계 세라믹 코어를 에틸 실리케이트 가수 분해물에 넣고 실리카계 세라믹 코어 표면에서 기포가 방출되지 않으면 꺼내서 12시간 이상 자연 건조시키는 것을 특징으로 하는 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법.The method of claim 6,
Reinforcement is performed on the roasted silica-based ceramic core, and the treatment method is thermal expansion, characterized in that the silica-based ceramic core is put in ethyl silicate hydrolyzate, and if no air bubbles are released from the surface of the silica-based ceramic core, it is removed and naturally dried for 12 hours or more. A method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of adjusting the coefficient.
가압 주입 시, 금형의 온도는 30~50℃를 유지하는 것을 특징으로 하는 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법.The method of claim 6,
During pressurized injection, a method of manufacturing a silica-based ceramic core capable of controlling a coefficient of thermal expansion, characterized in that the temperature of the mold is maintained at 30 to 50°C.
공업용 산화알루미늄은 1150~1200℃를 거쳐 공기 중에서 3~4시간 소성하는 것을 특징으로 하는 열팽창 계수 조절이 가능한 실리카계 세라믹 코어의 제조방법.
The method of claim 6,
Industrial aluminum oxide is a method for producing a silica-based ceramic core capable of adjusting the coefficient of thermal expansion, characterized in that the firing in the air for 3 to 4 hours through 1150 ~ 1200 ℃.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |