Konsorcjum w składzie:
Karwiński Aleksander
Izdebska-Szanda Irena (zm. 2016 r.)
Angrecki Michał
Istota wynalazku:
Sposób wytwarzania form odlewniczych, zwłaszcza warstwowych form odlewniczych dla odlewnictwa precyzyjnego według wynalazku, polega na nanoszeniu kolejnych warstw ciekłej masy ceramicznej na zestaw modelowy, suszeniu warstw wykonanej formy, usuwaniu modelu, i wypalaniu formy, a charakteryzuje się tym, że co najmniej jedną warstwę wykonuje się z się z ciekłej masy ceramicznej zawierającej spoiwo i kompozycję materiałów sypkich składającą się z materiału ceramicznego, reaktywnego proszku metalu, korzystnie Al o wielkości ziaren 0-0,3 mm, tlenków metali, korzystnie Fe2O3 lub Fe3O4, aktywatorów reakcji egzotermicznej. Po usunięciu modelu i po wysuszeniu, formę podgrzewa się do temperatury zapoczątkowania reakcji egzotermicznej, a po jej zakończeniu, formę się studzi. Spoiwem jest wodny lub wodno-alkoholowy lub wodno-acetonowy roztwór zawierający tlenkową substancję koloidalną, korzystnie SiO2, lub Al2O3, lub ZrO2. Reaktywny metal i substancje będące aktywatorami i/lub utleniaczami reakcji egzotermicznej i tlenki metali, stanowią substraty reakcji egzotermicznej zachodzącej w ciekłej masie ceramicznej. W warstwie formy wytworzonej sposobem według wynalazku po nagrzaniu jej do zadanej temperatury zostaje zapoczątkowana reakcja egzotermiczna dzięki obecności w masie według wynalazku składników wchodzących z sobą w reakcję egzotermiczną. W wyniku reakcji egzotermicznej wydziela się bardzo dużo ciepła, a reakcji towarzyszy wysoka temperatura, rzędu 1400–1700oC.
W tej temperaturze następuje spiekanie ceramicznego materiału ogniotrwałego będącego składnikiem masy ceramicznej każdej warstwy. Spieczony materiał ogniotrwały tworzy szkielet formy, zapewniający jej odpowiednią wytrzymałość mechaniczną i właściwości takie jak porowatość i związaną z nią przepuszczalność w wysokich temperaturach oraz odporność na wstrząsy cieplne. Te właściwości formy pozwalają na ponowne studzenie lub ogrzewanie formy ceramicznej w zależności od potrzeb technologicznych, dzięki czemu, stosując sposób według wynalazku można produkować formy na zapas. Formy wytworzone sposobem według wynalazku można zalewać nawet bezpośrednio po ostudzeniu do temperatury otoczenia, ponieważ w materiałach tworzących wyżarzoną skorupę, przy ponownym nagrzewaniu nie występują już przemiany fazowe wywołujące proces pękania tych warstw. Dzięki tym właściwościom można do form zalewać stopy Al
i stopy dla których temperatura zalewania nie przekracza 600oC. Formy wykonane sposobem według wynalazku posiadają mikropory utworzone podczas procesu spiekania, co umożliwia wyprowadzenie gazów z wnęki formy podczas jej zalewania, przez co w odlewach nie występują niedolewy, pęcherze i porowatość gazowa. Średnia wytrzymałość na zginanie próbek warstwowych wykonanych sposobem według wynalazku wynosi: przed wypaleniem – 3,4 MPa; po wypaleniu: w temperaturze otoczenia – 5,8 MPa; w temperaturze 500oC–5,9 MPa; w temperaturze 900oC – 5,4 MPa. Dobra wytrzymałość form wytworzonych wpływa na właściwości odlewów, ponieważ podczas zalewania nie występuje wypłukiwanie materiału form jak również nie ulega uszkodzeniom wewnętrzna powierzchnia robocza formy, dzięki czemu forma dokładnie odwzorowuje odlewy ponadto odlewy nie posiadają zaproszeń i wtrąceń niemetalicznych. Forma wytworzona sposobem według wynalazku spełnia wszelkie wymagania technologiczne, a zapoczątkowana podczas operacji wypalania gotowej formy reakcja egzotermiczna, zapewnia energooszczędność całego procesu technologicznego.
Potencjał komercjalizacyjny wynalazku:
Rozwiązanie technologiczne wg wynalazku przeznaczone jest do wykonywania odlewów zgodnie z metodą wytapianych modeli. Technologia umożliwia wykonywanie prototypowych odlewów odtwarzających dowolnie skomplikowaną geometrię kształtu projektowanego wyrobu. Najkorzystniejszym będzie połączenie proponowanej technologii wykonywania formy ceramicznej z metodami stosowanymi w procesie szybkiego prototypowania do wykonywania usuwalnych modeli odlewniczych (wykonanych z woskowych mas modelowych bądź z tworzyw sztucznych). Rozwiązanie technologiczne może być stosowane przede wszystkim w małych odlewniach. Na bazie tego rozwiązania stosunkowo łatwo i przy małych kosztach można zorganizować, na przykład w odlewni piaskowej, gniazdo technologiczne pracujące zgodnie z metodą wytapianych modeli. Zastosowanie opracowanego sposobu wykonania form eliminuje wielogodzinny i energochłonny proces nagrzewania i spiekania form w piecach komorowych lub tunelowych.
