包含六铝酸钙的铸模和表面涂层成分和用于铸造钛和钛铝合金的方法 |
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| 申请号 | CN201480006557.4 | 申请日 | 2014-01-21 | 公开(公告)号 | CN104968451B | 公开(公告)日 | 2017-08-08 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | B.P.贝拉伊; B.M.埃利斯; S.F.班彻里; M.J.维梅; J.麦基伊维; | ||||
| 摘要 | 本公开大体涉及铸模成分和模制的方法以及由此模制的物品。更具体而言，本公开涉及铸模成分、固有表面涂层成分、和用于 铸造 含 钛 物品的方法、以及由此模制的含钛物品，其中，该铸模包括六 铝 酸 钙 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于铸造含钛物品的铸模，包括： |
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| 说明书全文 | 包含六铝酸钙的铸模和表面涂层成分和用于铸造钛和钛铝合金的方法 技术领域[0001] 现代燃气或燃烧涡轮必须满足与可靠性、重量、功率、经济性、和操作使用寿命有关的最高需求。在这种涡轮的开发中，材料选择、寻找新的合适材料、以及寻找新的生产方法等在符合标准和满足需求方面发挥作用。 背景技术[0002] 用于燃气涡轮的材料可包括钛合金、镍合金(也称为超级合金)和高强度钢。对于飞行器发动机而言，钛合金通常用于压缩机部分，镍合金适合用于飞行器发动机的热部分，且高强度钢用于例如压缩机壳体和涡轮壳体。高度加载或受力的燃气涡轮构件(诸如用于例如压缩机的构件)通常为锻造的部分。另一方面，用于涡轮的构件通常表现为熔模铸造部分。 [0003] 尽管熔模铸造不是新的工艺，但因为对更复杂和更麻烦的部分的需求增大，故该熔模铸造市场持续成长。由于对高质量、精度铸件的强烈需求，故持续存在对发展更快、更有效率、更便宜地制造熔模铸件且具有更高质量的熔模铸件的新方式的需要。 [0005] 存在对简单熔模铸模的需求，该简单熔模铸模不与钛和钛铝合金显著地反应。以前已采用具有用于钛合金铸件的陶瓷壳型铸模的途径。在现有示例中，为了减少常规熔模铸模化合物的限制，已开发了若干附加铸模材料。例如，开发了为氧化膨胀型的熔模化合物，其中，使用氧化镁或氧化锆作为主要组分，并且将金属锆增加到主要组成物以补偿因铸造金属的凝固引起的收缩。因此还需要简单且可靠的熔模铸造方法，这些熔模铸造方法允许从不与金属或金属合金显著地反应的熔模铸模容易地取出近净形金属或金属合金。 [0006] 某些参考资料描述使用六铝酸钙且已公开了铝酸钙接合剂。例如，参考资料，诸如Miller的U.S.专利Nos. 3,269,848和3,312,558公开了六铝酸钙的产生和六铝酸钙和铝酸钙接合剂的形状的产生，包括滑动铸件铸模。然而，这种参考资料未公开将六铝酸钙用作用于活性合金物品和某些复杂物品(诸如涡轮构件)的铸件铸模的组分。 [0007] 其他参考资料(诸如Gnauck等的欧洲专利申请No. 1178023 Al)公开了包含六铝酸钙的高密度难熔材料，其通过将氧化铝与氧化钙的混合物与烧结助剂结合而产生。六铝酸钙产生为具有高于90%的容积比密度。然而，这些参考资料未公开将六铝酸钙用作用于活性合金物品和涡轮构件的铸件铸模的组分。 [0008] 其他参考资料(诸如McGowan等的U.S.专利申请No.US 2008/0175990)公开了与铝酸钙接合剂一起使用六铝酸钙。这些参考资料描述了如下方法，该方法涉及使用六铝酸钙以用于改善与碱环境和/或碱性环境中的至少一种接触的衬套的隔离特性和/或耐穿透性。该方法包括利用难熔成分给遭受因碱环境和/或碱性环境引起的磨损的表面加衬，该难熔成分包括基本上由六铝酸钙渣块组成的难熔聚体，并且其中，该六铝酸盐渣块具有从0到小于大约五十重量百分比的钙铝石。此种参考资料还描述了用于通过以α氧化铝和氧化钙开始来制造稳定的六铝酸钙物品的方法。由此产生的物品还可具有燃尽材料，使得产生的形状具有50%和70%之间的孔隙率。在该参考资料中公开的示例涉及与六铝酸钙结合地使用铝酸钙接合剂，但是铝酸钙接合剂的浓度非常低。例如，该参考资料描述了铝酸钙接合剂与六铝酸钙的重量浓度的范围为从1：4到1：14。 发明内容 [0009] 本公开的方面提供克服了常规技术的限制的铸造铸模成分、铸造方法、和铸造物品。尽管本公开的一些方面涉及用于航空航天工业的构件(例如，发动机涡轮叶片)的制造，但本公开的方面可使用于任何工业中的任何构件的制作中，特别是包含钛和/或钛合金的那些构件。 [0010] 本公开的一个方面是一种用于铸造含钛物品的铸模，包括：(i)主体，其包括六铝酸钙和铝酸钙接合剂，该铝酸钙接合剂包括单铝酸钙、二铝酸钙、和钙铝石；和(ii)腔，其用于铸造含钛物品。在一个实施例中，铸模还包括在该铸模主体与铸模腔之间的大约10微米到大约500微米的固有表面涂层。在各种实施例中，铸模中的铝酸钙接合剂与六铝酸钙的重量浓度比率的范围为从1.3：1到1：2。 [0011] 如在本文中所使用的，用语“固有表面涂层”指的是铸模的表面涂层，其可包含与主体铸模配方一样的至少一种组分。作为对比，用语“非固有表面涂层”指的是包含不是母体主体配方的一部分的组分的表面涂层。铸模的固有表面涂层可为连续的、基本上连续的、或不连续的。 [0012] 总体而言，铸模至少包括六铝酸钙和铝酸钙接合剂，它们二者都在本文中描述。六铝酸钙作用为不活泼的、钝态的、填料一样的组成物，而铝酸钙接合剂作用为活性的、形成水硬性粘结的组成物，其与水起反应且提供铸模强度。本公开的铸模的一个优点为，其收缩与其他铸模成分相比相对低。例如，在本公开的铸模的各种实施例中，收缩小于2%，更具体而言小于1%，且进一步更具体而言小于0.5%。最小的收缩在涉及其中期望构件的精确尺寸控制的构件的应用中是特别重要的。例如，在高性能构件(诸如用于在飞行器发动机中使用的涡轮叶片)中，优选具有最小收缩的铸模成分。 [0013] 此外，在各种实施例中，相对少量的硅石(例如，按重量计算小于2%)可用于本公开的铸模中。 [0014] 在一个实施例中，六铝酸钙包括在外侧尺寸方面小于大约50微米的颗粒。在另一实施例中，六铝酸钙包括铸模的从按重量计算的大约百分之15到按重量计算的大约百分之50。在另一实施例中，表面涂层为连续的固有表面涂层。在一个实施例中，所述的铸模还包括硅石，例如，胶态硅石。 [0015] 在一个示例中，铸模包括铸模主体和固有表面涂层，其中铸模主体和固有表面涂层具有不同成分，且固有表面涂层包括具有小于大约50微米的颗粒大小的铝酸钙接合剂。在另一实施例中，铸模包括铸模主体和固有表面涂层，其中，铸模主体和固有表面涂层具有不同成分，并且其中，铸模主体包括大于大约50微米的氧化铝颗粒。在另一示例中，铸模包括铸模主体和固有表面涂层，其中，铸模主体包括大于大约50微米的氧化铝颗粒，且固有表面涂层包括在大小方面小于大约50微米的铝酸钙颗粒。 [0016] 在某些实施例中，按重量比例计算，固有表面涂层具有比铸模主体多至少百分之20的单铝酸钙。在一个实施例中，按重量比例计算，固有表面涂层具有比铸模主体少至少百分之20的氧化铝。在另一实施例中，按重量比例计算，固有表面涂层具有比铸模主体多至少百分之20的单铝酸钙、少至少百分之20的氧化铝、和少至少百分之50的钙铝石。 [0017] 在一个示例中，固有表面涂层中的单铝酸钙的重量比例大于0.30并且钙铝石的重量比例小于0.10。在一个实施例中，铸模主体中的六铝酸钙包括为大约0.01到0.30的重量比例，且固有表面涂层中的六铝酸钙为大约0.01到0.20。在一个实施例中，铸模主体中的单铝酸钙包括为大约0.05到0.95的重量比例，且固有表面涂层中的单铝酸钙为大约0.30到0.95。在另一实施例中，铸模主体中的二铝酸钙包括为大约0.05到大约0.80的重量比例，且固有表面涂层中的二铝酸钙为大约0.05到0.30。在又一实施例中，铸模主体成分中的钙铝石包括为大约0.01到大约0.30的重量比例，且固有表面涂层中的钙铝石为大约0.01到 0.05。在特定实施例中，铸模主体中的六铝酸钙包括为大约0.01至0.30的重量比例，并且固有表面涂层中的六铝酸钙为大约0.01至0.20；铸模主体中的单铝酸钙包括为大约0.05到 0.95的重量比例，且固有表面涂层中的单铝酸钙为大约0.30到0.95；铸模主体中的二铝酸钙包括为大约0.05到大约0.80的重量比例，且固有表面涂层中的二铝酸钙为大约0.05到 0.30；并且其中，铸模主体中的钙铝石包括为大约0.01到大约0.30的重量比例，并且固有表面涂层中的钙铝石为大约0.01到0.05。 [0018] 在一个示例中，铸模还包括铸模主体中的氧化铝颗粒，该氧化铝颗粒在外部尺寸方面小于大约500微米。在一个示例中，氧化铝颗粒包括用于制作铸模的组分的从按重量计算大约35%到按重量计算大约70%。在某些示例中，这些氧化铝颗粒可为中空的。在另一实施例中，铝酸钙接合剂包括用于制作铸模的成分的按重量计算的多于30%。在一个实施例中，铸模还包括铸模成分的按重量计算的多于大约10%且按重量计算的小于大约50%的氧化钙。 [0019] 在一个示例中，铸模还包括氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、氧化锆颗粒、氧化钛颗粒、氧化硅颗粒、或它们的组合。 [0020] 在一个示例中，用于制作铸模的初始六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体百分比为从大约65%至大约80%。在另一示例中，用于制作铸模的具有大尺度氧化铝(诸如＞50微米)的最终六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体百分比为从大约75%至大约95%。在一个实施例中，可在制作初始六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物之前使用初始前六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物，其中该初始前六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物具有从大约41%到大约65%的固体百分比。 [0021] 在一个实施例中，铸模成分基于其初始组成可包括但不限于以下：(i)按重量计算少于百分之2的量的硅石，且在更具体的实施例中为按重量计算少于百分之1；(ii)按重量计算在大约20-65%之间的量的铝酸钙接合剂；(iii)按重量计算在大约15-50%之间的量的六铝酸钙；和(iv)按重量计算在大约25-40%之间的量的大尺度氧化铝。在另一实施例中，铸模成分基于其初始组成可包括但不限于按重量计算少于大约5%的量的硅酸盐。用于在铸模成分中使用的合适的硅酸盐的示例可包括但不限于铝硅酸盐、铝硅酸钙等。 [0022] 本公开的一个方面为在本文中公开的铸模中形成的含钛物品。在一个示例中，该物品包括含钛铝涡轮叶片。在一个方面中，本公开为如在本文中所公开的铸模，其中，该铸模形成含钛物品。在一个相关实施例中，该含钛物品包括含钛铝涡轮叶片。 [0023] 本公开的一个方面是用于铸造含钛物品的铸模的表面涂层成分，该表面涂层组分包括：六铝酸钙、单铝酸钙、二铝酸钙、和钙铝石，其中，该表面涂层成分为固有表面涂层，为大约10微米到大约500微米厚，且位于铸模主体与铸模的朝向铸模腔的表面之间。在一个实施例中，六铝酸钙包括在外侧尺寸方面小于大约50微米的颗粒。在一个示例中，该表面涂层包括具有小于大约50微米的颗粒大小的铝酸钙。在一个实施例中，该表面涂层成分还包括硅石，例如胶态硅石。 [0024] 在一个实施例中，按重量比例计算，固有表面涂层具有比铸模主体多至少百分之20的铝酸钙、少至少百分之20的氧化铝、和少至少百分之50的钙铝石。在一个示例中，固有表面涂层中的单铝酸钙的重量比例大于0.30且钙铝石的重量比例小于0.10。在一个实施例中，固有表面涂层中的六铝酸钙包括为0.01至0.20的重量比例；固有表面涂层中的单铝酸钙包括为0.30至0.95的重量比例；固有表面涂层中的二铝酸钙包括为0.05至0.30的重量比例；且固有表面涂层中的钙铝石包括为0.01至0.05的重量比例。 [0025] 本公开的一个方面是一种用于形成用于铸造含钛物品的铸造铸模的方法，该方法包括：(a)提供六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物的初始浆料，其中，该初始浆料中的固体百分比为大约65%到大约80%，并且该初始浆料的黏度为大约30到大约300厘泊；(b)将大尺度氧化物颗粒(诸如＞50微米)添加到该初始浆料中以形成最终浆料，该最终浆料包括具有大尺度氧化物颗粒的六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物，使得该最终浆料中的固体百分比为大约75%到大约95%；(c)将该最终浆料引入包含易消耗模的铸模腔中；和(d)允许该最终浆料在铸模腔中固化以形成用于铸造含钛物品的铸模。 [0026] 本公开的一个方面是一种用于铸造钛和钛合金的方法，其包括：获得熔模铸造铸模成分，其包括六铝酸钙、铝酸钙、和氧化铝，其中，六铝酸钙和铝酸钙被与液体结合以产生六铝酸钙-铝酸钙的浆料，并且其中，具有大尺度氧化铝的最终六铝酸钙-铝酸钙/液体混合物中的固体为大约75%到大约95%，并且其中，所得的铸模具有固有表面涂层；将熔模铸造铸模成分浇铸到包含易消耗模的容器中；固化熔模铸造铸模成分；从铸模移除易消耗模；煅烧铸模；将铸模预加热至铸模铸造温度；将熔融的钛或钛合金浇铸到加热的铸模中；使熔融的钛或钛合金凝固且形成凝固的钛或钛合金铸件；和从铸模移除凝固的钛或钛合金铸件。在一个实施例中，要求保护通过如在本文中所教导的铸造方法制作的钛或钛合金物品。 [0027] 本公开的一个方面是一种用于铸造含钛物品的铸模成分，包括：六铝酸钙和包括单铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石的铝酸钙接合剂。在一个实施例中，铸模成分还包括氧化铝的中空颗粒。本公开的另一方面是含钛物品铸造铸模成分，其包括六铝酸钙和铝酸钙接合剂(包括单铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石)。例如，本公开的方面可独特地适合提供将用在用于铸造含钛和/或含钛合金物品或构件(例如，含钛涡轮叶片)的铸模中的铸模成分。 附图说明[0030] 图1是本公开的铸模的一个实施例的示意图。该铸模示为具有主体和腔。 [0031] 图2是本公开的铸模的一个实施例的示意图。该铸模示为具有主体、腔和配置在主体与腔之间的固有表面涂层。 [0032] 图3示出流程图，其根据本公开的多个方面示出用于形成用于铸造含钛物品的铸造铸模的方法。 [0033] 图4示出流程图，其根据本公开的多个方面示出用于钛和钛合金的铸造方法。 具体实施方式[0034] 本公开大体涉及铸模成分和铸模制作以及来自铸模的物品铸造，并且，更具体而言，涉及用于铸造含钛物品的铸模成分和方法，和如此模制的含钛物品。 [0035] 通过熔模壳型铸模中的钛及其合金的熔模铸造进行的钛基构件的制造导致源自铸件应被铸造成“近净形”的观点的问题。即，构件可基本上铸造成构件的最终期望尺寸，并且需要很少的或者不需要最终处理或加工。例如，一些常规铸件可能仅需要化学铣削或抛光来改善该铸件的表面光洁度。然而，典型地，位于铸件表面下面的任何表面下陶瓷夹杂物通常不通过化学铣削操作移除，并且可由于铸模表面涂层与该铸模中的任何活性金属(例如，活性钛铝)之间的反应而形成。 [0036] 因为钛与熔模铸模之间存在反应，所以由用自铸造珠宝和牙齿修补物中的熔融硅石、方石英、石膏等组成的常规熔模铸模化合物不适合用于铸造活性合金，诸如钛合金。熔化合金与铸模之间的任何反应将使最终铸件的特性退化。该退化可由于气泡而简单地为较差的表面光洁度，或在更严重的情形中，可损害铸件的化学性质、微观结构和特性。 [0037] 生产不与钛和钛铝合金显著地反应的熔模铸模已成为难题。在该方面，存在符合结构钛和钛铝合金的要求的很少(即使有)现有浇铸陶瓷熔模化合物。存在对不与钛和钛铝合金显著地反应的熔模铸模的需求。在现有途径中，为了降低常规熔模铸模化合物的限制，已开发了若干附加铸模材料。例如，开发了为氧化膨胀型的熔模化合物，其中，将氧化镁或氧化锆用作主组分，并且将金属锆添加到主要组成物以补偿因铸造金属的凝固而导致的收缩。 [0038] 然而，现有的熔模化合物具有限制。例如，出于一些原因，意图通过金属锆的氧化膨胀来补偿因铸造金属凝固导致的收缩的熔模铸模化合物难以实践。第一，用具有锆的新的熔模化合物涂布在蜡模的表面上，然后将已涂布的蜡模装入常规熔模化合物中，以便使需要的锆量尽可能的小；用锆涂布蜡是非常难且不是可高度重复的。第二，复杂形状构件的蜡不可以以足够均匀的方式涂布。此外，当围绕涂布的层和模外部地放置熔模铸模混合物时，涂布的层可从蜡脱落，结果是，钛与外部地放置的熔模铸模混合物反应。 [0039] 本公开提供用于铸造近净形钛和钛铝构件(诸如，涡轮叶片或翼型件)的新途径。本公开的实施例提供用于熔模铸造铸模的物质成分和铸造方法，它们提供例如用于在航天、工业和航海行业中使用的改善的钛和钛合金构件。在一些方面中，该铸模成分提供包含多种相的铸模，该多种相提供在铸模制作期间的改善的铸模强度和/或对在铸造期间与铸造金属的反应的增大的抗力。根据本公开的方面的铸模可能能够在高压下铸造，这对于近净形铸造方法是合乎需要的。已确定例如包含铝酸钙接合剂、氧化铝颗粒、六铝酸钙和优选的组成相的铸模成分，其提供具有改善特性的铸件。 [0040] 在一个方面中，铸模的组成相包括六铝酸钙(CaO·6Al2O3，还称为“CA6”)和单铝酸钙。本发明人发现了出于各种原因合乎需要的六铝酸钙和单铝酸钙的组合。六铝酸钙的一个益处是，其减少了包含氧化铝的铸模配方中的自由氧化铝的量并且增大了该铸模的反应抵抗力。关于单铝酸钙，发明人认为单铝酸钙在铸模制作的初始阶段期间促进接合剂颗粒之间的水硬性结合形成，并且相信该水硬性结合在铸模构造期间提供铸模强度。发明人还认为单铝酸钙经历与钛和钛铝基合金的非常低速率的反应。在某个实施例中，以铝酸钙接合剂(即，包括但不限于单铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石)的形式对本公开的铸模成分(例如，熔模铸模)提供单铝酸钙。在一个方面中，铸模成分包括铝酸钙接合剂和氧化铝(即，铝氧化物)的混合物。在各种实施例中，铸模中的铝酸钙接合剂与六铝酸钙的重量浓度比率的范围为从1.3至0.5。 [0041] 如在本文中所使用的，化合物“六铝酸钙”、“单铝酸钙”、“二铝酸钙”、和“钙铝石”在它们最广泛的含义中用来包括这些化合物的所有化学形式。例如，尽管六铝酸钙还称作CaO·6Al2O3(还缩写为“CA6”)，单铝酸钙还称作CaAl2O4，二铝酸钙还称作CaAl4O7，并且钙铝石还称作Ca12Al14O33。本公开构想这些化合物包括其他化学形式或这些化合物的衍生物，即使它们包括处于不改变这些化合物的功能特性的水平的杂质。 [0042] 在本公开的一个方面中，铸模成分在铸造期间提供与合金的最小反应，并且该铸模提供具有所需构件特性的铸件。如在本文中所使用的，用语“最小的反应”指的是如下反应，通过该反应，总间隙化合物(诸如，碳、氧、以及氢)的吸收量小于大约2000ppm。铸件的外部特性包括诸如形状、几何外形和表面光洁度的特征。铸件的内部特性包括机械特性、微观结构、和低于特定尺寸且在容许限制内的缺陷(诸如小孔和包含物)。 [0043] 在一个实施例中，铸模包含在该铸模主体与铸模腔之间的连续的固有表面涂层。在相关实施例中，该固有表面涂层为大约10微米至大约500微米。在某些示例中，该表面涂层包括具有小于大约50微米的颗粒尺寸的铝酸钙。铸模成分可为使得铸模主体包括大于大约50微米的氧化铝颗粒。在某个实施例中，该表面涂层具有比铸模主体少的氧化铝，并且其中，该表面涂层具有比铸模主体多的铝酸钙。 [0044] 初始六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体百分比，和具有大尺度氧化铝颗粒(诸如＞50微米)的最终六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体为本公开的特征。在一个实施例中，可存在多个混合阶段(即，初始前阶段、初始阶段、和最终阶段)，这些阶段各自具有不同范围的固体百分比。在一个示例中，初始前六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体百分比为从大约41%至大约65%。在一个示例中，初始六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体百分比为从大约65%至大约80%。在另一示例中，具有大尺度氧化铝颗粒(诸如＞50微米)的最终六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体为从大约75%至大约95%。初始六铝酸钙-铝酸钙接合剂和细小尺度(小于10微米)氧化铝与水混合，以提供均匀且均质的浆料；通过将大尺度(诸如大于50微米)氧化铝添加至初始浆料并且混合2到15分钟之间以获取均匀的混合物，从而形成最终铸模混合物。 [0045] 本公开的一个方面的铸模成分提供铝钛(TiAl)涡轮叶片(例如，TiAl低压涡轮叶片)的低成本铸件。铸模成分可提供铸造近净形部分的能力，该近净形部分需要比使用常规壳型铸模和重力铸造制造的部分少的处理和/或加工。如在本文中所使用的，表达“近净形”指物品的初始产品接近该物品的最终(净)形状，从而降低对进一步处理(诸如，大范围加工和表面抛光)的需求。如在本文中所使用的，用语“涡轮叶片”指蒸汽涡轮叶片和燃气涡轮叶片二者。 [0046] 因此，本公开解决了生产不与钛和钛铝合金显著地反应的铸模(例如，熔融铸模)的难题。此外，根据本公开的一些方面，铸模的强度和稳定性允许高压铸造途径，诸如离心铸造。该公开的技术优点中的一个是，在一个方面中，本公开可改善净形铸件的疲劳强度，该净形铸件可从例如铝酸钙接合剂、六铝酸钙、和氧化铝熔模铸模中生成。更高的强度(例如，更高的疲劳强度)允许制作更轻的构件。此外，具有更高疲劳强度的构件可持续更久，并且因此具有更低的生命周期成本。 [0047] 铸造铸模成分 [0048] 本公开的方面提供用于熔模铸造铸模的物质成分，其可提供改善的钛和钛合金构件。在一个实施例中，六铝酸钙与单铝酸钙结合，以形成本公开的铸模。在本公开的一个方面中，单铝酸钙可以以铝酸钙接合剂的形式提供。铝酸钙接合剂可称为“接合剂”或“粘合剂”。在某些实施例中，铝酸钙接合剂与氧化铝微粒混合，以提供可铸造的熔模铸模混合物。铝酸钙接合剂在可铸造铸模混合物中按重量计算可大于大约30%。在某些实施例中，铝酸钙接合剂在可铸造铸模混合物中按重量计算在大约30%与大约60%之间。使用在可铸造铸模混合物(铸造铸模成分)中按重量计算大于30%的铝酸钙接合剂为本公开的特征。适合的铝酸钙接合剂化学性质的选择和氧化铝配方为铸模性能中的要素。 [0049] 在一个方面中，铸模成分(例如，熔模铸模成分)可包括六铝酸钙和铝酸钙接合剂的多相混合物、或六铝酸钙、铝酸钙接合剂、和氧化铝颗粒。铝酸钙接合剂可作用为粘合剂，例如，铝酸钙接合剂粘合剂可提供铸模结构的主骨架结构。铝酸钙接合剂可包括铸模中的连续相并且在固化和铸造期间提供强度。铸模成分可由六铝酸钙和铝酸钙接合剂组成，即，六铝酸钙和铝酸钙接合剂可基本上构成铸模成分的仅有组分，具有很少其他组分或不具有其他组分。在另一实施例中，铸模成分可由六铝酸钙、铝酸钙接合剂和氧化铝组成，即，六铝酸钙、铝酸钙接合剂、和氧化铝可基本上构成铸模成分的仅有组分，具有很少其他组分或不具有其他组分。 [0050] 在一个实施例中，本公开包括含钛物品铸造铸模成分，其包括六铝酸钙和铝酸钙接合剂。在另一实施例中，该铸造铸模成分还包括氧化物颗粒(例如，中空氧化物颗粒)。根据本公开的方面，氧化物颗粒可为氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、锆氧化物颗粒、氧化钛颗粒、氧化硅颗粒、它们的组合、或它们的合成物。在一个实施例中，氧化物颗粒可为一种或更多种不同氧化物颗粒的组合。 [0051] 铸造铸模成分还可包括氧化铝(例如，以中空颗粒的形式)，即，具有中空核心或基本上由氧化物围绕的基本上中空的核心的颗粒。这些中空氧化铝颗粒可包括氧化铝中的大约99%，并且在外侧尺寸(诸如宽度或直径)方面具有大约10毫米(mm)或更小。在一个实施例中，中空氧化铝颗粒在外侧尺寸(诸如，宽度或直径)方面具有大约1毫米(mm)或更小。在另一实施例中，氧化铝包括可具有范围从大约10微米(μm)到大约10000微米的外侧尺寸的颗粒。在某些实施例中，中空氧化物颗粒可包括中空氧化铝球(通常在直径方面大于100微米)。这些中空氧化铝球可并入到铸造铸模成分中，并且这些中空球可具有多种几何形状，诸如圆颗粒、或不规则聚体。在某些实施例中，氧化铝可包括圆颗粒和中空球二者。在一个方面中，发现这些几何外形增大熔模铸模混合物的流动性。增强的流动性通常可改善表面光洁度和从铸模中产生的最终铸件的表面特征的重现精度或精确性。 [0052] 氧化铝包括在外侧尺寸方面范围从大约10微米到大约10000微米的颗粒。在某些实施例中，氧化铝包括在外侧尺寸(例如直径或宽度)方面小于大约500微米的颗粒。氧化铝可包括铸造铸模成分的从按重量计算大约0.5%到按重量计算大约80%。备选地，氧化铝包括铸造铸模成分的按重量计算大约40%到按重量计算大约60%。备选地，氧化铝包括铸造铸模成分的按重量计算大约40%到按重量计算大约70%。 [0053] 在一个实施例中，该铸造铸模成分还包括氧化钙。氧化钙可大于铸造铸模成分的按重量计算的大约10%且小于按重量计算的大约50%。在一个实施例中，氧化钙大于铸造铸模成分的按重量计算的大约30%且小于按重量计算的大约50%。备选地，氧化钙大于铸造铸模成分的按重量计算的大约25%且小于按重量计算的大约35%。最终铸模通常可具有小于2克/立方厘米的密度和大于500磅每平方英寸(psi)的强度。 [0054] 本公开的一个方面是一种用于铸造含钛物品的铸模，其包括：六铝酸钙和铝酸钙接合剂，铝酸钙接合剂包括单铝酸钙、二铝酸钙、和钙铝石，其中，铸模具有在铸模的主体与铸模腔之间的为大约10微米到大约500微米的表面涂层(即，固有表面涂层)。在一个实施例中，六铝酸钙包括在外侧尺寸方面小于大约50μm的颗粒。在一个实施例中，六铝酸钙包括铸模的从按重量计算的大约百分之15到按重量计算的大约百分之50。在另一实施例中，表面涂层为连续的固有表面涂层。 [0055] 在一个特定实施例中，本公开的铸造铸模成分包括六铝酸钙和铝酸钙接合剂。铝酸钙接合剂包括包含钙和铝的至少三种相或组分：单铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)、和钙铝石(Ca12Al14O33)。单铝酸钙在固有表面涂层中的重量比例可大于0.30且钙铝石的重量比例可大于0.10。在一个实施例中，铸模主体中的六铝酸钙包括为大约0.01到0.30的重量比例，且固有表面涂层中的六铝酸钙为大约0.01到0.20。在一个实施例中，铸模主体中的单铝酸钙包括为大约0.05到0.95的重量比例，且固有表面涂层中的单铝酸钙为大约0.30到0.95。在另一实施例中，铸模主体中的二铝酸钙包括为大约0.05到大约0.80的重量比例，且固有表面涂层中的二铝酸钙为大约0.05到0.30。在又一实施例中，铸模主体成分中的钙铝石包括为大约0.01到大约0.30的重量比例，且固有表面涂层中的钙铝石为大约 0.01到0.05。 [0056] 铸模主体和固有表面涂层的精确成分可不同。例如，铸模主体中的六铝酸钙包括大约0.01至0.30的重量比例，并且固有表面涂层中的六铝酸钙为大约0.01至0.20；铸模主体中的单铝酸钙包括大约0.05到0.95的重量比例，且固有表面涂层中的单铝酸钙为大约0.30到0.95；铸模主体中的二铝酸钙包括大约0.05到大约0.80的重量比例，并且固有表面涂层中的二铝酸钙为大约0.05到0.30；且铸模主体的成分中的钙铝石包括大约0.01到大约 0.30的重量比例，且固有表面涂层中的钙铝石为大约0.01到0.05。 [0057] 单铝酸钙在铝酸钙接合剂中的重量比例可大于大约0.2，且钙铝石在铝酸钙接合剂中的重量比例可小于大约0.15。在另一实施例中，铝酸钙接合剂大于铸造铸模成分的按重量计算的30%。在一个实施例中，铝酸钙接合剂具有为大约50微米或更小的颗粒大小。 [0058] 在一个实施例中，这些相在铸模主体的接合剂中合适的重量比例为0.05至0.95的单铝酸钙、0.05至0.80的二铝酸钙、和0.01至0.30的钙铝石。在一个实施例中，这些相在铸模的表面涂层中的重量比例为0.30-0.95的单铝酸钙、0.05-0.30的二铝酸钙、和0.01-0.05的钙铝石。在另一实施例中，单铝酸钙在表面涂层中的重量比例大于大约0.3，且钙铝石的重量比例小于大约0.1。在另一实施例中，单铝酸钙在铸模主体的接合剂中的重量比例大于大约0.2，且钙铝石的重量比例小于大约0.15。 [0059] 在一个实施例中，铝酸钙接合剂具有为大约50微米或更小的颗粒尺寸。出于一些原因，小于50微米的颗粒尺寸为优选的。认为细小的颗粒尺寸有助于铸模混合和固化期间的水硬性粘结的形成。认为细小的颗粒尺寸有助于煅烧期间的颗粒间烧结，并且这可增大铸模强度。认为细小的颗粒尺寸改善铸模和在铸模中产生的铸造物品的表面光洁度。铝酸钙接合剂可被提供为粉末，并且可以以其固有粉末形式、或以聚集形式(诸如作为喷雾干燥聚体)使用。铝酸钙接合剂还可与细小尺度(例如，尺寸小于10微米)的氧化铝预掺合。认为细小尺度的氧化铝由于高温煅烧期间的烧结而提供强度的增大。在某些实例中，大尺度氧化铝(即，尺寸大于10微米)还可被添加或不添加细小尺度氧化铝。 [0060] 中空氧化铝颗粒提供至少两个功能：(1)它们在强度降低最小的情况下降低了铸模的密度和重量；在近似2g/cc和更小的密度的情况下获得近似500psi及以上的强度水平；和(2)它们降低了铸模的弹性模数且有助于在铸造之后的铸模和构件冷却期间提供顺应性。铸模的增大的顺应性和可压溃性可降低构件上的拉伸应力。 [0061] 在某些实施例中，铸模还可包含小重量比例的硅酸盐，例如包括铝硅酸盐、铝硅酸钙等。为了使铸模与铸件的反应最小化，在特定实施例中，在一个实施例中，主体中的铝硅酸盐和铝硅酸钙的重量比例之和可典型地保持为小于5%，在另一实施例中小于2%，且在又一实施例中小于1%，且在一个实施例中，表面涂层中的铝硅酸盐和铝硅酸钙的重量比例可典型地保持为小于0.5%，在另一实施例中小于0.2%，并且在又一实施例中小于0.1%。 [0062] 铝酸钙接合剂成分 [0063] 用于本公开方面中的铝酸钙接合剂典型地包括氧化钙和氧化铝的三种相或组分：单铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)、和钙铝石(Ca12Al14O33)。单铝酸钙为典型地存在于铝酸钙接合剂中的水硬性矿物。单铝酸钙的水合作用对熔模铸模的高的早期强度有帮助。 钙铝石在接合剂中是合乎需要的，因为其在因水硬性粘结的快速形成导致的铸模固化的早期阶段期间提供强度。然而，通常在铸造之前的铸模的热处理期间移除钙铝石。 [0064] 在一个方面，在接合剂制造窑中煅烧之后，最初的铝酸钙接合剂配方典型地未处于热力平衡。然而，在铸模制作和高温煅烧后，铸模成分朝热动稳定构造移动，并且该稳定性有利于随后的铸造步骤。在一个实施例中，单铝酸钙在接合剂中的重量比例大于0.5，并且钙铝石的重量比例小于0.15。钙铝石在铸模中加入在铸模主体和表面涂层二者中，因为其为快速凝固铝酸钙，并且认为其在固化的早期阶段期间对铸模主体和表面涂层提供强度。因为易消耗的蜡模为温度敏感的并且在高于大约35摄氏度的热照射量的情况下丧失其形状和特性，所以可在低温(例如，在15摄氏度和40摄氏度之间的温度)下执行固化。优选地在低于30摄氏度的温度下使铸模固化。 [0065] 铝酸钙接合剂可典型地通过将高纯度氧化铝与高纯度氧化钙或碳酸钙混合而产生；化合物的混合物典型地在熔炉或窑中被加热至高温，例如，1000和1500摄氏度之间的温度，并被允许反应。 [0066] 在窑中产生的所得的产品(在本领域中已知为接合剂“渣块”)然后被压溃、磨碎、和筛分，以生产具有优选颗粒大小的铝酸钙接合剂。此外，铝酸钙接合剂被设计和加工成具有最少量的杂质(诸如，最小量的硅石、钠和其他碱金属、以及氧化铁)。在一个方面中，铝酸钙接合剂的目标水平为，Na2O、SiO2,Fe2O3和TiO2之和小于大约2个重量百分比。在一个实施例中，Na2O、SiO2、Fe2O3和TiO2之和小于大约0.05个重量百分比。 [0067] 在本公开的一个方面中，提供具有在氧化铝(Al2O3)方面超过35%重量的主体氧化铝浓度和小于65%重量的氧化钙的铝酸钙接合剂。在相关实施例中，氧化钙的该重量小于50%。在一个示例中，接合剂的最大氧化铝浓度可为大约88%(例如，大约12%的CaO)。在一个实施例中，铝酸钙接合剂具有高纯度且包含直到70%的氧化铝。单铝酸钙的重量比例可在铸造之前的煅烧铸模中最大化。可需要最小量的氧化钙以使铸造合金与铸模之间的反应最小化。如果接合剂中存在多于50%的氧化钙，则这可导致诸如钙铝石和铝酸三钙的相，并且它们在铸造期间不像单铝酸钙那样好地作用。氧化钙的优选范围为按重量计算小于大约50%且大于大约10%。 [0068] 如上面提到的，铸模中的铝酸钙接合剂/粘合剂中的三个相为单铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)、和钙铝石(Ca12Al14O33)。接合剂中的生成表面涂层的单铝酸钙具有超过其他铝酸钙相的一些优点：(1)因为单铝酸钙具有快速凝固响应(尽管没有钙铝石快)，并且认为其在固化的早期阶段期间对铸模提供强度，所以单铝酸钙加入在铸模中。铸模强度的迅速生成提供了铸造铸模的尺寸稳定性，并且该特征改善最终铸件组分的尺寸一致性。(2)单铝酸钙相对于正被铸造的钛和钛铝合金化学上稳定。相对于二铝酸钙和具有更高氧化铝活性的其他铝酸钙相使用单铝酸钙；这些相与正被铸造的钛和钛铝合金更具有反应性。(3)单铝酸钙和二铝酸钙为低膨胀相，并且认为在固化、脱蜡和随后的铸造期间阻止高水平应力的形成。单铝酸钙的热膨胀特性与氧化铝非常相似。 [0069] 表面涂层 [0070] 在某些实施例中，铸模包含在该铸模主体与铸模腔之间的表面涂层。在一个实施例中，表面涂层为连续的表面涂层。在另一实施例中，表面涂层为固有表面涂层。在又一实施例中，表面涂层为连续且固有的表面涂层。铸模设计为包含在铸模制作期间提供改善的铸模强度的相，并且连续的表面涂层设计为在铸造期间提供增大的反应抵抗力。铸模能够在高压下铸造，这对于净形铸造方法而言是合乎需要的。铸造铸模成分、表面涂层成分、和用于表面涂层和铸模主体的优选的组成相已确定为对铸件提供改善的特性。当在本文中描述连续表面涂层且其取决于设计标准而具有某些优点时，该表面涂层还可为不连续的。 [0071] 表面涂层被限定为铸模的邻近铸模中的内部表面或铸模腔的区域。在一个实施例中，通常认为表面涂层为大约100微米厚的区域。为了在某些应用中更有效率，表面涂层为连续的。在表面涂层后方且离铸模腔更远的区域称为铸模的主体。在一个实施例中，表面涂层为固有表面涂层，其中固有表面涂层指包含与铸模的主体一样的至少一个组分的表面涂层。非固有表面涂层是包含不是铸模主体的一部分的组分的表面涂层。 [0072] 本公开的一个方面是用于铸造含钛物品的铸模的表面涂层成分，该表面涂层成分包括：六铝酸钙、单铝酸钙、二铝酸钙、和钙铝石，其中该表面涂层成分为固有表面涂层，为大约10微米到大约500微米厚，并且位于铸模主体与铸模的朝向铸模腔的表面之间。在一个实施例中，六铝酸钙包括在外侧尺寸方面小于大约50微米的颗粒。在一个示例中，该表面涂层包括具有小于大约50微米的颗粒尺寸的铝酸钙接合剂。 [0073] 使用固有表面涂层具有优于使用非固有涂层的某些优点。具体而言，用于铸造的铸模中的非固有表面涂层(诸如氧化钇或锆石)可在铸模处理和铸造、特别是更高压的铸造期间退化、破裂、和裂开。当铸模填充有熔融金属时，从非固有表面涂层分离的表面涂层碎片可被夹带在铸件中，并且陶瓷表面涂层成为最终部分中的夹杂物。该夹杂物降低了从铸件产生的构件的机械性能。 [0074] 在一个实施例中，本公开提供用于熔融铸造铸模的固有表面涂层成分和主体铸模成分，它们可一起提供钛和钛合金的改善的铸造构件。在一个实施例中，铸模包括六铝酸钙、铝酸钙接合剂和氧化铝颗粒。在一个示例中，铝酸钙接合剂提供若干功能。第一，该接合剂生成铸模的腔中的固有表面涂层，该腔通过移除易消耗模而生成，并且第二，其作用为表面涂层后方的铸模主体中的氧化铝颗粒之间的粘合剂。在一个实施例中，铸模中的CaO的主体成分范围为10和50%个重量百分比之间。在一个实施例中，表面涂层中的CaO的成分为20和40个重量百分比之间。在一个实施例中，最终铸模具有小于2克/立方厘米的密度和大于500 psi的强度。 [0075] 该铸模可包括铸模主体和固有表面涂层，其中铸模主体和固有表面涂层具有不同成分，且该固有表面涂层包括具有小于大约50微米的颗粒大小的铝酸钙接合剂。该铸模可包括铸模主体和固有表面涂层，其中，铸模主体和固有表面涂层具有不同成分，并且其中，铸模主体包括大于大约50微米的氧化铝颗粒。在一个示例中，铸模包括铸模主体和固有表面涂层，其中，铸模主体包括大于大约50微米的氧化铝颗粒，并且固有表面涂层包括尺寸小于大约50微米的铝酸钙颗粒。 [0076] 在本公开中提供的净形铸造途径允许可通过非破坏性方法(诸如X射线、超声或涡流)更详细地并且以更低成本检查零件。降低了与过大厚区段中的检查辐射的衰减和散射有关的困难。可潜在地解决更小的缺陷，并且这可提供具有改善机械性能的部分。 [0077] 本公开提供可提供钛和钛合金的改善构件的铸造铸模成分和铸造过程。在一个实施例中，铸模使用六铝酸钙、铝酸钙接合剂或粘合剂、和氧化铝颗粒来构造。在实施例中，铸模包含在铸模主体与铸模腔之间的固有表面涂层。表面涂层中的颗粒大小通常小于50微米。铸模主体中的颗粒大小可大于50微米。在一个实施例中，铸模主体中的颗粒大小可大于1mm。在一个实施例中，表面涂层中的颗粒大小小于50微米，并且铸模主体中的颗粒大小大于50微米。一般而言，表面涂层为连续的固有表面涂层，从而允许其更有效。 [0078] 按重量比例计算，固有表面涂层与铸模主体相比可具有多至少百分之20的铝酸钙、少至少百分之20的氧化铝、和少至少百分之50的钙铝石。固有表面涂层中的单铝酸钙的重量比例可大于0.30并且钙铝石的重量比例可小于0.10。在一个示例中，固有表面涂层中的六铝酸钙包括0.01至0.20的重量比例；固有表面涂层中的单铝酸钙包括0.30至0.95的重量比例；固有表面涂层中的二铝酸钙包括0.05至0.30的重量比例；并且固有表面涂层中的钙铝石包括0.01至0.05的重量比例。固有表面涂层中的单铝酸钙的增大的重量比例降低铸造期间熔融合金与铸模的反应速率。 [0079] 按重量比例计算，固有表面涂层与铸模主体相比可具有多至少百分之20的单铝酸钙。按重量比例计算，固有表面涂层与铸模主体相比可具有少至少百分之20的氧化铝。在一个示例中，按重量比例计算，固有表面涂层与铸模主体相比可具有多至少百分之20的铝酸钙、少至少百分之20的氧化铝、和少至少百分之50的钙铝石。 [0080] 在某些实施例中，表面涂层的组成相、以及铸模主体的组成相对于铸件的特性而言是重要的。如在本文中所公开的，铸模的表面涂层在铸造期间提供与合金的最少反应，并且作为结果，该铸模提供具有所需构件特性的铸件。铸件的外部特性包括诸如形状、几何外形和表面光洁度的特征。铸件的内部特性包括机械特性、微观结构和低于临界尺寸的缺陷(诸如小孔和夹杂物)。 [0081] 关于铸模的表面涂层和铸模主体的组成相，出于至少两个原因，单铝酸钙(CaAl2O4)是合乎需要的。第一，单铝酸钙促进了铸模制作的初始阶段期间的接合剂颗粒之间的水硬性粘结形成，并且该水硬性粘结在铸模构造期间提供铸模强度。第二，单铝酸钙经历与钛和钛铝基合金的非常低速率的反应。 [0082] 在一个实施例中，表面涂层包括六铝酸钙(CaO·6Al2O3，还称为“CA6”)、单铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)和钙铝石(Ca12Al14O33)、以及氧化铝。在一个实施例中，表面涂层中的颗粒大小小于50微米。在表面涂层中，单铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)的组合大于50个重量百分比，并且氧化铝浓度小于大约50个重量百分比。在一个实施例中，在表面涂层中存在大于30个重量百分比的单铝酸钙(CaAl2O4)。在表面涂层后方且离铸模腔更远的区域称为铸模的主体。在一个实施例中，在该铸模主体区段中，单铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)、和六铝酸钙的组合小于50个重量百分比，并且铸模主体中的氧化铝浓度大于50个重量百分比。 [0083] 使用固有的表面涂层具有优于使用非固有表面涂层的显著优点。用于铸造钛合金的非固有表面涂层通常为氧化钇基表面涂层或氧化锆基表面涂层。具体而言，用于铸造的铸模中的非固有涂层可在铸模处理(诸如移除易消耗的模和煅烧期间)退化、破裂、和裂开。当铸模填充有熔融金属时，从非固有表面涂层分离的表面涂层碎片可被夹带在铸件中，并且陶瓷表面涂层成为最终部分中的夹杂物。该夹杂物降低从铸件生产的构件的机械性能。 [0084] 铝酸钙接合剂称为接合剂或粘合剂，且在一个实施例中，其与氧化铝颗粒混合以制作可铸造的熔模铸模混合物。按重量计算，在可铸造的熔模铸模混合物中，铝酸钙接合剂通常为＞30%；使用该比率的铝酸钙接合剂是本公开的特征，因为其促进固有表面涂层的形成。申请人发现了正确的铝酸钙接合剂化学性质和氧化铝配方的选择在决定铸模的性能方面是重要的。在一个示例中，在铝酸钙接合剂方面，为了使与钛合金的反应最小化，申请人使用特定量的氧化钙(CaO)。 [0085] 在一个实施例中，表面涂层包括具有小于大约50微米的颗粒大小的铝酸钙接合剂。在另一实施例中，铝酸钙接合剂的颗粒大小小于大约10微米。在一个示例中，铸模主体具有尺寸大于50微米的颗粒且可包含氧化铝。 [0086] 表面涂层具有比铸模主体少的氧化铝和多的铝酸钙接合剂。按重量比例计算，固有表面涂层与铸模主体相比可具有多至少百分之20的单铝酸钙、少至少百分之20的氧化铝、和少至少百分之50的钙铝石。在一个示例中，固有表面涂层中的六铝酸钙包括0.01至0.20的重量比例；固有表面涂层中的单铝酸钙包括0.30至0.95的重量比例；固有表面涂层中的二铝酸钙包括0.05至0.30的重量比例；并且固有表面涂层中的钙铝石包括0.01至0.05的重量比例。固有表面涂层中的单铝酸钙和二铝酸钙的增大的重量比例降低在铸造期间熔融合金与铸模的反应速率。 [0087] 初始接合剂浆料被混合，以具有在30和300厘泊之间的黏度。在一个实施例中，黏度范围为80和120厘泊之间。如果黏度过低，则浆料不可维持所有固体悬浮，并且将发生较重颗粒的沉淀并在固化期间导致偏析，且不会形成固有表面涂层。如果黏度过高，则铝酸钙颗粒不可分配至易消耗模，且不会形成固有表面涂层。具有铝酸钙接合剂、六铝酸钙、和氧化铝颗粒的最终浆料被混合，以具有在近似2000和8000厘泊之间的黏度。在一个实施例中，该最终浆料黏度范围为3000和6000厘泊之间。如果最终浆料/混合物黏度过高，则最终浆料混合物不会围绕易消耗模流动，且铸模的内部腔将不适用于铸造最终所需的部分。如果最终浆料混合物黏度过低，则在固化期间将发生较重颗粒的沉淀，并且铸模不会具有遍及铸模主体的所需的均匀成分。 [0088] 熔模铸模化学式由细小尺度(＜50微米)铝酸钙接合剂颗粒、细小尺度(＜50微米)氧化铝颗粒、细小尺度(＜50微米)六铝酸钙、和较大尺度(诸如＞50微米)氧化铝颗粒的多相混合物组成。固有表面涂层不包含大于50微米的任何氧化铝颗粒。由于在水基熔模混合物中悬浮的细小尺度接合剂颗粒和六铝酸钙颗粒在铸模制作期间优先地分配至易消耗/蜡模且形成富含细小尺度颗粒(＜50微米)(包括六铝酸钙、单铝酸钙、二铝酸钙和自由氧化铝颗粒)的固有表面涂层，故形成固有表面涂层。在一个实施例中，在表面涂层中不存在大尺度氧化铝颗粒(诸如＞50微米)。浆料黏度和固体含量是形成固有表面涂层的要素。固有表面涂层中不存在大尺度(诸如＞50微米)颗粒改善了铸模和所得铸件的表面光洁度。固有表面涂层中的单铝酸钙和二铝酸钙的增大的重量比例降低在铸造期间熔融合金与铸模的反应速率。 [0089] 在铸模主体中，铝酸钙接合剂为粘合剂，并且该粘合剂被认为是在表面涂层后方的铸模结构的主要骨架。其为铸模中的连续相并且在固化和铸造期间提供强度。在一个实施例中，铸模主体成分包括细小尺度(＜50微米)铝酸钙接合剂颗粒、和较大尺度(诸如＞50微米)氧化铝颗粒。在另一实施例中，固有表面涂层成分包括铝酸钙接合剂和六铝酸钙。 [0090] 构成表面涂层的铝酸钙接合剂包括至少三个相：单铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)、和钙铝石(Ca12Al14O33)。在一个实施例中，表面涂层还可包含细小尺度氧化铝颗粒。在一个实施例中，表面涂层还可包含六铝酸钙。在另一实施例中，在表面涂层后方的铸模主体包括单铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)、钙铝石(Ca12Al14O33)、六铝酸钙、和氧化铝。氧化铝可作为大尺度氧化铝颗粒(诸如大于50微米)(例如中空氧化铝颗粒)而加入。该颗粒可具有多种几何外形，诸如圆颗粒、或不规则聚体。氧化铝颗粒大小可小为50微米并且大为10mm。 [0091] 在一个实施例中，氧化铝由圆颗粒和中空颗粒二者组成，因为这些几何外形降低了熔融铸模混合物的黏度。典型地，铸模主体中的氧化铝颗粒大小可大于50微米。该黏度影响接合剂在熔融铸模混合物的浇铸和凝固期间围绕易消耗模分配至易消耗模(诸如蜡)的方式。该黏度还影响了铸模的表面光洁度，和从铸模生产的最终铸件的表面特征的重现精度。 [0092] 根据某些实施例，如果初始接合剂混合物的黏度过低，则浆料不会维持所有固体悬浮，并且将发生较重颗粒的沉淀并在固化期间导致偏析，且不会形成固有表面涂层。如果黏度过高，则铝酸钙颗粒不可分配至易消耗模，且不会形成固有表面涂层。如果最终混合物黏度过高，则最终浆料混合物不会围绕易消耗模流动，空气将被截留在浆料混合物与模之间，且铸模的内部腔将不适用于铸造最终所需的部分。如果最终浆料混合物黏度过低，则将在固化期间发生较重颗粒的沉淀，并且铸模将不会具有遍及铸模主体的所需的均匀成分，并且将损害所得铸件的质量。 [0093] 生成表面涂层的铝酸钙接合剂微粒通常具有小于50微米的颗粒大小。小于50微米的颗粒大小具有若干优点，包括：第一，细小颗粒大小在铸模混合和固化期间促进水硬性粘结的形成，第二，细小颗粒大小可在煅烧期间促进颗粒间烧结，并且这可增大铸模强度，且第三，细小颗粒大小改善铸模腔的表面光洁度。铝酸钙接合剂粉末可以以其固有形式、或以聚集的形式(诸如喷雾干燥聚体)使用。铝酸钙接合剂还可在与较大尺度氧化铝混合之前与细小尺度(＜10微米)氧化铝预掺合；该细小尺度氧化铝由于高温煅烧期间的烧结而可提供强度的增加。然而，如果氧化铝颗粒分配至表面涂层，则可降低铸件特性。 [0094] 例如，如果氧化铝颗粒分配至表面涂层，使得固有表面涂层具有比铸模主体多的氧化铝，则熔融合金将以非期望的方式与氧化铝反应且生成气泡，该气泡造成表面缺陷和铸件自身内的缺陷。降低了所得铸件的特性，诸如强度和疲劳强度。当前公开的方法允许如下表面涂层的形成，该表面涂层与在铸模主体中相比具有显著更少的氧化铝。 [0095] 表面涂层和铸模的从室温至最终煅烧温度的处理也可为重要的，尤其是热历史和湿度分布。到煅烧温度的加热速率和煅烧之后的冷却速率是非常重要的。如果过快地加热表面涂层和铸模，则它们可内部地或外部地破裂，或二者；铸造之前的表面涂层和铸模破裂是极不期望的，其至少将产生差的表面光洁度。此外，如果过快地加热铸模和表面涂层，则铸模的表面涂层可裂开或碎裂；在最坏的情形下，这可导致最终铸件中非期望的夹杂物，和差的表面光洁度(即使不存在夹杂物)。如果在达到最大铸模煅烧温度之后过快地冷却表面涂层和铸模，则铸模的表面涂层或主体还可内部地或外部地裂开，或二者。 [0096] 如在下面段落中将描述的，初始接合剂混合物的固体含量和最终铸模混合物的固体含量对铸模结构和在铸模内形成固有表面涂层的能力具有重要影响。固体含量的百分比定义为混合物中的总固体除以混合物中的液体和固体的总质量，其被描述为百分比。在一个实施例中，初始六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体百分比为从大约百分之65至百分之80。 [0097] 如果初始六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体含量少于大约百分之65，则六铝酸钙和铝酸钙接合剂颗粒不会保持悬浮，并且在铸模的固化期间，接合剂颗粒将从水分离，并且成分将不会均匀地遍及铸模。相反，如果六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体含量太高(例如大于大约百分之80)，则具有大尺度氧化铝的最终混合物的黏度将过高(例如大于大约百分之85，取决于添加的大尺度氧化铝颗粒的量、大小和形态)，且混合物中的六铝酸钙和铝酸钙接合剂颗粒将不能分配至铸模内的易消耗模，并且将不形成固有表面涂层。 [0098] 在一个实施例中，具有大尺度(在一个实施例中意味着大于大约50微米，并且在另一实施例中大于大约100微米)氧化铝颗粒的最终六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体百分比为大约百分之75到大约百分之95。在一个实施例中，具有大尺度氧化铝颗粒的最终六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体百分比为大约百分之78至大约百分之88。在另一实施例中，具有大尺度氧化铝颗粒的最终六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体百分比为大约百分之78至大约百分之84。在特定实施例中，具有大尺度氧化铝颗粒的最终六铝酸钙-铝酸钙接合剂液体混合物中的固体百分比为大约百分之80。 [0099] 铸模制作和铸造方法 [0100] 通过按配方制作陶瓷组分的熔模混合物且将该混合物浇铸到包含易消耗模的容器中而形成熔模铸模。形成在模上的熔模铸模被允许彻底地固化以形成所谓的“未加工铸模(green mold)”。固有表面涂层和熔模铸模形成在模上，并且允许它们彻底固化以形成该未加工铸模。典型地，以1小时到48小时的时间执行该未加工铸模的固化。随后，通过熔化、分解、点燃、或其他已知模移除技术来从该未加工铸模选择性地移除易消耗模。用于蜡模移除的典型方法包括烤炉脱蜡(小于150摄氏度)、熔炉脱蜡(大于150摄氏度)、蒸汽高压釜脱蜡和微波脱蜡。 [0101] 为了铸造钛合金、和钛铝以及其合金，在高于600摄氏度(例如600到1400摄氏度)的温度下煅烧未加工铸模以超过1小时的时间段(优选地为2到10小时)，以提高用于铸造的铸模强度，并且移除铸模中的任何非期望残留杂质，诸如金属物质(Fe、Ni、Cr)、和含碳物质。在一个示例中，煅烧温度为至少950摄氏度。煅烧铸模的气氛通常为环境空气，尽管可使用惰性气体或还原气体气氛。 [0102] 煅烧处理还从铸模移除水且将钙铝石转换为单铝酸钙。铸模煅烧过程的另一目的为使在铸造之前残存在表面涂层和铸模中的任何自由硅石最小化。其他目的为增加高温强度，和增加单铝酸钙和二铝酸钙的量。 [0103] 将铸模从室温加热到最终煅烧温度，具体而言，控制热历史。通常调节或控制到煅烧温度的加热速率和煅烧之后的冷却速率。如果过快地加热铸模，则它可内部地或外部地破裂，或二者；铸造之前的铸模破裂是极不期望的。此外，如果过快地加热铸模，则铸模的内部表面会破裂和裂开。这可导致在最终铸件中的非期望的夹杂物，和差的表面光洁度(即使不存在夹杂物)。类似地，如果在达到最大温度之后过快地冷却铸模，则铸模可内部地或外部地破裂，或二者。 [0104] 在本公开中描述的铸模成分特别适用于钛和钛铝合金。煅烧之后且铸造之前的表面涂层和铸模主体成分可影响铸模特性，特别是关于组成相。在一个实施例中，为了铸造，采用铸模中的高重量比例(例如，0.15到0.6的重量比例)的单铝酸钙。此外，为了铸造，有时期望使钙铝石的重量比例最小化(例如，使用0.01到0.2的重量比例)，因为钙铝石为水敏性的并且其在铸造期间可导致水释放和气体生成的问题。 [0105] 在锻烧之后，铸模还可包含小重量比例的铝硅酸盐和铝硅酸钙。为了使铸模与铸件的反应最小化，在一个实施例中，主体中的铝硅酸盐和铝硅酸钙的重量比例之和可通常保持到小于5%，在另一实施例中小于2%，且在又一实施例中小于1%，且在一个实施例中，表面涂层中的铝硅酸盐和铝硅酸钙的重量比例可通常保持到小于0.5%，在另一实施例中小于0.2%，且在又一实施例中小于0.1%。 [0106] 本公开的一个方面是用于形成用于铸造含钛物品的铸造铸模的方法，该方法包括：(a)提供六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物的初始浆料，其中，该初始浆料中的固体百分比为大约65%到大约80%，且该初始浆料的黏度为大约30到大约300厘泊；(b)将大尺度氧化物颗粒(大于50微米)添加到该初始浆料中以产生最终浆料，该最终浆料包括具有大尺度氧化物颗粒的六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物，使得该最终浆料中的固体百分比为大约75%到大约95%；(c)将该最终浆料加入到铸模腔中，该铸模腔包含易消耗模；和(d)允许该最终浆料在铸模腔中固化，以形成用于铸造含钛物品的铸模。 [0107] 在一个实施例中，提供初始浆料的步骤包括：将六铝酸钙和铝酸钙接合剂与液体结合以产生六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物的初始浆料，其中，该初始浆料中的固体百分比为大约65%到大约80%，且该初始浆料的黏度为大约30到大约300厘泊。 [0108] 在一个实施例中，提供初始浆料的步骤包括：将六铝酸钙和铝酸钙接合剂与液体结合，以产生六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物的初始前浆料，其中，该初始前浆料中的固体百分比为大约41%到大约65%；并且将更多的六铝酸钙、铝酸钙接合剂、和/或液体添加到该初始浆料中以产生初始浆料，该初始浆料具有大约65%到大约80%的固体百分比和大约30到大约300厘泊的黏度。如在本文中所使用的，将六铝酸钙和铝酸钙接合剂与液体结合指是包括将这些化合物与液体结合的所有可能的方法。例如，六铝酸钙和铝酸钙接合剂与液体的结合可包括但不限于：(i)将六铝酸钙和铝酸钙接合剂混合在一起，并且然后将液体添加到六铝酸钙/铝酸钙接合剂混合物；(ii)将六铝酸钙与液体混合，并且然后添加到铝酸钙接合剂中；(iii)将铝酸钙接合剂与液体混合，并且然后添加到六铝酸钙中；(iv)将六铝酸钙和铝酸钙接合剂同时添加到液体中；和(v)将六铝酸钙和铝酸钙接合剂与液体混合的任何其他变型和顺序。 [0109] 在某些实施例中，本公开的铸造铸模成分包括熔模铸造铸模成分。熔模铸造铸模成分包括近净形、含钛金属、熔模铸造铸模成分。在一个实施例中，熔模铸造铸模成分包括用于铸造近净形钛铝物品的熔模铸造铸模成分。近净形钛铝物品包括例如近净形钛铝涡轮叶片。 [0110] 正确的铝酸钙接合剂化学性质和氧化铝配方的选择为铸造期间的铸模性能中的要素。在铝酸钙接合剂方面，需要调节自由氧化钙的量以便使与钛合金的反应最小化。如果接合剂中的氧化钙浓度按重量计算小于大约10%，则合金与铸模起反应，因为氧化铝浓度过高，并且该反应生成铸件中的非期望的氧浓度水平、铸造构件中的气泡和差的表面光洁度。铸件材料中的自由氧化铝是较不期望的，因为其可与钛和钛铝合金活泼地反应。 [0111] 如果接合剂中的氧化钙按重量计算大于50%，则铸件对水和二氧化碳的从环境的吸收量可为敏感的。因此，熔模铸模中的氧化钙浓度可典型地保持为低于50%。在一个实施例中，熔模铸模主体中的氧化钙浓度按重量计算在10%和50%之间。在一个实施例中，熔模铸模主体中的氧化钙浓度按重量计算在10%和40%之间。备选地，熔模铸模主体中的氧化钙浓度按重量计算可在25%和35%之间。在一个实施例中，表面涂层中的CaO的成分按重量计算在20%到40%之间。在另一实施例中，铸模的表面涂层中的氧化钙浓度按重量计算在15%和30%之间。 [0112] 在铸造熔融金属或合金之前，通常将熔模铸模预加热至铸模铸造温度，该铸模铸造温度取决于特定构件几何形状或待铸造的合金。例如，典型的铸模预加热温度为600摄氏度。通常，铸模温度范围为450摄氏度到1200摄氏度；优选的温度范围为450摄氏度到750摄氏度，并且在某些情况下，为500摄氏度到650摄氏度。 [0113] 根据一个方面，使用常规技术(其可包括重力、反重力、压力、离心力、和本领域技术人员已知的其他铸造技术)将熔融金属或合金浇铸到铸模中。可使用真空或惰性气体气氛。对于复杂形状薄壁几何形状，优选使用高压的技术。在凝固的钛铝或合金铸件典型地冷却至小于650度(例如，冷却至室温)之后，其可从铸模移除并且使用常规技术(诸如，喷砂、和抛光)来精加工。 [0114] 本公开的一个方面是用于钛和钛合金的铸造方法，其包括：(a)获得包括六铝酸钙、铝酸钙接合剂、和氧化铝的熔模铸造铸模成分，该熔模铸造铸模成分通过以下而产生：将六铝酸钙和铝酸钙接合剂与液体结合以产生具有大约65%到大约80%的固体百分比的六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物的初始浆料，并且将大尺度氧化铝颗粒添加到该初始浆料中以形成最终浆料，该最终浆料包括具有大尺度氧化铝颗粒的六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物，使得该最终浆料中的固体百分比为大约75%到大约95%；(b)将熔模铸造铸模成分浇铸到包含易消耗模的容器中；(c)使熔模铸造铸模成分固化；(d)从铸模移除易消耗模；(e)煅烧铸模；(f)将铸模预加热至铸模铸造温度；(g)将熔融的钛或钛合金浇铸到加热的铸模中； (h)使熔融的钛或钛合金凝固且形成凝固的钛或钛合金铸件；和(i)从铸模移除凝固的钛或钛合金铸件。在一个实施例中，要求保护通过如在本文中所教导的铸造方法制造的钛或钛合金物品。 [0115] 在从铸模移除易消耗模和将铸模预加热至铸模铸造温度之间，首先将铸模加热或煅烧至大约600摄氏度到大约1400摄氏度的温度(例如，大约950摄氏度或更高)，且然后冷却至室温。 [0116] 在一个实施例中，在低于大约30摄氏度的温度下实施固化步骤以一小时到48小时之间。易消耗模的移除包括熔化、分解、点燃、烤炉脱蜡、熔炉脱蜡、蒸汽高压釜脱蜡、或微波脱蜡的步骤。 [0117] 在一个实施例中，在从铸模移除钛或钛合金之后，可用喷砂或抛光来精加工铸件。在一个实施例中，在从铸模移除凝固的铸件之后，通过X射线来检查其。 [0118] 在铸造和加工之后，凝固的铸件经历表面检查和X射线放射照相术，以探测铸件内的任何场所处的任何表面下夹杂物颗粒。采用X射线放射照相术以发现不能通过铸件外表面的视觉检查来探测的夹杂物。钛铝铸件经历使用常规X射线设备的X射线放射照相术(胶卷或数码)，以提供X射线放射照片，其然后检查或分析以确定在钛铝铸件内是否存在任何表面下夹杂物。 [0119] 本公开的另一方面是用于形成用于铸造含钛物品的铸造铸模的方法。该方法包括：将六铝酸钙和铝酸钙接合剂与液体(诸如水)结合，以产生液体中的六铝酸钙-铝酸钙接合剂的浆料；将该浆料加入到包含易消耗模的容器中；和允许该浆料在铸模腔中固化，以形成含钛物品的铸模。在一个实施例中，该方法还包括在将浆料加入到铸模腔中之前，将氧化物颗粒(例如中空氧化物颗粒)加入至浆料。 [0120] 形成的铸模可为未加工铸模，并且该方法还包括煅烧该未加工铸模。在一个实施例中，铸造铸模包括例如，用于铸造含钛物品的熔模铸造铸模。在一个实施例中，含钛物品包括钛铝物品。在一个实施例中，熔模铸造铸模成分包括用于铸造近净形钛铝物品的熔模铸造铸模成分。近净形钛铝物品可包括近净形钛铝涡轮叶片。在一个实施例中，本公开涉及由含钛物品铸造铸模成分形成的铸模，如在本文中所教导的。本公开的另一方面涉及在前述铸模中形成的物品。 [0121] 本公开的又一方面是通过铸造方法制造的钛或钛合金铸件，该方法包括：获得包括六铝酸钙、铝酸钙接合剂、和氧化铝的熔模铸造铸模成分；将熔模铸造铸模成分浇铸到包含易消耗模的容器中；使熔模铸造铸模成分固化；从铸模移除易消耗模；煅烧铸模；将铸模预加热至铸模铸造温度；将熔融的钛或钛合金浇铸到加热的铸模中；使熔融的钛或钛合金凝固以形成铸件；和从铸模移除凝固的钛或钛合金铸件。在一个实施例中，获得的用于在该方法中使用的熔模铸造铸模包括如在本文中所述的表面涂层，该表面涂层可为固有表面涂层。在一个实施例中，本公开涉及通过在此申请中教导的铸造方法而制造的钛或钛合金物品。 [0122] 表面粗糙度是表现铸件和加工部分的表面完整性的重要指标之一。表面粗糙度由中心线平均粗糙度值“Ra”，以及通过光学检查仪测量的指定区域中的平均峰至谷距离“Rz”来表现。粗糙度值可在轮廓或表面上计算。轮廓粗糙度参数(Ra、Rq、…)更常见。使用用于描述表面的公式来计算各粗糙度参数。存在使用的许多不同粗糙度参数，但是目前为止Ra是最常见的。 [0123] 以高度单位来表达平均粗糙度Ra。在帝国(英国)系统中，1 Ra典型地表示“百万分之一”英寸。这还称作“微英寸”。在本文中指示的Ra值指微英寸。为70的Ra值对应于近似2微米；并且为35的Ra值对应于近似1微米。通常要求高性能物品(诸如涡轮叶片、涡轮导叶/喷嘴、涡轮增压器、往复式发动机阀、活塞等)的表面具有大约20或更小的Ra。本公开的一个方面是涡轮叶片，该涡轮叶片包括钛或钛合金且跨过其表面区域的至少一部分具有小于20的平均粗糙度Ra。 [0124] 当将熔融金属被加热得越来越高时，它们趋向于变得越来越具有反应性的(即，经历与铸模表面的不必要的反应)。这种反应导致污染金属部分的杂质的形成，这导致各种有害结果。杂质的存在改变金属的成分，使得其可能不满足期望的标准，从而不允许使用该铸造件以用于意图的应用。而且，杂质的存在可不利地影响金属材料的机械特性(例如，降低金属的强度)。 [0125] 此外，这种反应可导致表面纹理(诸如凹陷、多孔性和粗糙度)，这导致铸造件的表面上的显著、非期望的粗糙度。例如，使用如本领域已知的表面粗糙度值Ra以用于表现表面粗糙度，利用不锈钢合金和/或钛合金的铸造件在良好的工作调节通常呈现大约100和200之间的Ra值。 [0126] 本公开的一个方面涉及用于铸造含钛物品的铸模成分，其包括六铝酸钙和铝酸钙接合剂。铸模成分还包括中空氧化铝颗粒。该物品包括金属物品。在一个实施例中，该物品包括含钛铝物品。在另一实施例中，该物品包括钛铝涡轮叶片。在又一实施例中，该物品包括近净形钛铝涡轮叶片。在安装之前，该近净形钛铝涡轮叶片可需要移除很少的材料或者不需要移除材料。 [0127] 示例 [0128] 可通过参照下列示例更容易地理解已大体描述的本公开，它们被包括以仅用于例示本公开的某些方面和实施例，并且不意图以任何方式限制本公开。 [0129] 图1和2为示出本公开的铸模的各种实施例的示意图。图1示出具有主体20和腔40的铸模10，其中主体20包括六铝酸钙和铝酸钙接合剂。图2示出铸模10，铸模10具有主体20、腔40和配置在主体20与腔40之间的固有表面涂层30，其中主体20和固有表面涂层二者都包括，但以不同的量或比率包括六铝酸钙和铝酸钙接合剂。 [0130] 熔模铸模成分和配方 [0131] 六铝酸钙和铝酸钙接合剂与氧化铝混合，以生成熔模铸模混合物，并且测试了许多熔模铸模化学性质。在一个示例中，熔模混合物由六铝酸钙和具有70%氧化铝和30%氧化钙的铝酸钙接合剂、氧化铝颗粒、水和胶态硅石组成。 [0132] 铸模制备的一个实施例如下所示：通过在容器中混合接合剂、水、和胶态硅石混合来制备铸模混合物。优选地使用高剪切形式的混合物。如果未适当地混合，则铝酸钙接合剂混合物可胶凝。当接合剂在混合物中悬浮时，添加氧化铝颗粒。当细小尺度氧化铝颗粒与接合剂完全地混合时，添加六铝酸钙颗粒且将其与浆料混合。当细小尺度六铝酸钙颗粒与接合剂完全地混合时，添加较大尺度(例如0.5-1.0 mm)氧化铝颗粒且将其与接合剂-氧化铝配方混合。最终混合物的黏度是要考虑的要素；其应当优选地不过低或过高。在混合之后，将熔模混合物以受控的方式浇铸到包含易消耗模(诸如蜡模)的容器中。该容器提供铸模的外部几何形状，并且该易消耗模生成内部几何形状。正确的浇铸速度是要考虑的要素，如果其太快，则空气可被截留在铸模中，如果其太慢，则可发生接合剂和氧化铝颗粒的分离。 [0133] 如在图3中所示的，在一个实施例中，本公开的方法100包括提供六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物的初始浆料(110)。该初始浆料中的固体百分比为大约65%至大约80%，并且该初始浆料的黏度为大约30到大约300厘泊。在一个实施例中，将大尺度氧化物颗粒添加到初始浆料中，以形成最终浆料，该最终浆料包括具有大尺度氧化物颗粒的六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物，使得该最终浆料中的固体百分比为大约75%到大约95%(120)。该最终浆料被导入到包含易消耗模的铸模腔中(130)。允许该最终浆料在铸模腔中固化，以形成用于铸造钛或含钛物品的铸模(140)。 [0134] 在图4所示的另一实施例中，方法200包括获得包括六铝酸钙、铝酸钙接合剂、和氧化铝的熔模铸造铸模成分(210)。在一个示例中，熔模铸模成分是通过将六铝酸钙和铝酸钙接合剂与液体结合以产生具有大约65%到大约80%的固体百分比的六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物而产生。然后将大尺度氧化铝颗粒添加到初始浆料中，以形成最终浆料。最终浆料包括具有大尺度氧化铝颗粒(诸如＞50微米)的最终六铝酸钙-铝酸钙接合剂混合物，使得最终浆料中的固体百分比为大约75%到大约95%。将熔模铸造铸模成分浇铸到包含易消耗模的容器中(220)。使该熔模铸造铸模固化，从而提供铸造铸模成分(230)。从铸模移除易消耗模(240)，并且煅烧铸模(250)。将铸模预加热至铸模铸造温度(260)，并且将熔融的钛或钛合金浇铸到加热的铸模中(270)。使熔融的钛或钛合金凝固且形成凝固的钛或钛合金铸件(280)。最后，从铸模移除凝固的钛或钛合金铸件(290)。 [0135] 六铝酸钙通常作为具有小于100微米的大小的颗粒加入。用于在本公开中所描述的示例的六铝酸钙粉末在一些情形下具有43微米的最大颗粒大小，并且在描述的一些示例中小于20微米。大尺度氧化铝(诸如大于50微米)可作为氧化铝颗粒或氧化铝空心球而加入。该颗粒可具有多种几何外形，诸如圆颗粒、或不规则聚体。大尺度氧化铝颗粒大小可小为50微米并且大为10 mm。优选地，氧化铝由圆颗粒和空心球二者组成，因为这些几何外形降低了熔模铸模混合物的黏度。降低的黏度改善了由铸模产生的最终铸件的表面特征的表面光洁度和重现精度。铝酸钙接合剂微粒通常具有小于50微米的颗粒大小。出于以下三个原因，小于50微米的颗粒大小为优选的：第一，细小颗粒尺寸在铸模混合和固化期间促进水硬性粘结的形成，第二，细小颗粒大小可在煅烧期间促进颗粒间烧结，并且这可增加铸模强度，且第三，细小颗粒大小改善了表面光洁度。铝酸钙接合剂粉末可以以其固有形式、或以聚集的形式(诸如喷雾干燥聚体)使用。铝酸钙接合剂还可在与较大尺度的氧化铝混合之前同细小尺度(＜10微米)氧化铝预混合；该细小尺度氧化铝可提供因高温煅烧期间的烧结引起的强度增大。类似地，六铝酸钙微粒通常具有小于100微米，并且优选地小于50微米的颗粒大小；在该大小下，其可与铝酸钙颗粒密切地混合，并且其可有助于表面涂层的性能。具有小于100微米的大小的六铝酸钙颗粒可改善铸模和后来的铸件构件的表面光洁度。 [0136] 六铝酸钙通常作为具有小于100微米的大小的颗粒而加入。用于在本公开中所描述的示例的六铝酸钙粉末在一些情形下具有43微米的最大颗粒大小，并且在描述的一些示例中小于20微米。 [0137] 在第一个示例中，用于制作熔模铸模的浆料混合物由1354g商业掺合的80%铝酸钙接合剂组成。铝酸钙接合剂标称地由与氧化铝掺合的70%铝酸钙接合剂组成，以将成分调节为80%氧化铝。使用820.5g脱离子水和90.5g胶态硅石产生具有61%的初始固体含量的接合剂浆料。典型合适的胶态硅石包括Remet LP30, Remet SP30, Nalco1030。当将浆料混合至可接受的黏度时，将1354g具有小于20微米的大小范围的六铝酸钙、CA6添加至浆料。添加了六铝酸钙的混合物的固体含量为75.6%。当将浆料混合至可接受的黏度时，将具有小于0.85mm且大于0.5mm的大小范围的1472g氧化铝空心球添加至浆料。在混合之后，将熔模铸模混合物以受控的方式浇铸到铸模容器中。最终铸模混合物的固体含量为82.6%。将铸模混合物以令人满意的黏度和流变性良好地浇铸。在固化之后，模制的部分具有良好的强度和均匀的成分。 [0138] 在1000℃的温度下煅烧铸模4小时。不具有水的最终铸模成分包含32.2%的掺合的铝酸钙接合剂、32.2%的六铝酸钙、和35%的氧化铝空心球以及0.6%的硅石。获得的铸模与通过常规技术所教导的那些相比降低了自由氧化铝活性。 [0139] 在第二个示例中，用于制作熔模铸模的浆料混合物由677g商业掺合的80%铝酸钙接合剂组成。使用820.5g的脱离子水和90.5g的胶态硅石产生具有为44.3%的初始固体含量的接合剂浆料。当将浆料混合至可接受的黏度时，将具有小于20微米的大小范围的2031g六铝酸钙添加至浆料。添加了六铝酸钙的混合物的固体含量为75.6%。作为混合期间的成水硬性粘结形成的结果，铝酸钙接合剂和六铝酸钙的混合难以混合且黏度变得过高。该混合配方不适用于制作铸模。 [0140] 在第三个示例中，用于制作熔模铸模的浆料混合物由1015.5g的商业掺合80%铝酸钙接合剂组成。使用820.5g的脱离子水和90.5g的胶态硅石产生具有为56.0%的初始固体含量的接合剂浆料。当将浆料混合至可接受的黏度时，将1692.5g的具有小于20微米的大小范围的六铝酸钙添加至浆料。添加了六铝酸钙的混合物的固体含量为75.6%。当将浆料混合至可接受的黏度时，将1472g的具有小于0.85mm且大于0.5mm的大小范围的氧化铝空心球添加至浆料。在混合之后，将熔模铸模混合物以受制的方式浇铸到容器中。最终铸模混合物的固体含量为82.6%。混合物质量对于制作铸模而言是可接受的，尽管最终混合物黏度稍微高于优选的黏度。在某些示例中，优选值小于接近2000厘泊。 [0141] 在1000℃的温度下煅烧铸模4小时。不具有水的最终铸模成分包含24.1%的掺合的铝酸钙接合剂、40.3%的六铝酸钙、和35%的氧化铝空心球以及0.6%的硅石。获得的铸模与通过常规技术所教导的那些相比降低了自由氧化铝活性。 [0142] 在第四个示例中，用于制作熔模铸模的浆料混合物由2708g商业掺合的80%铝酸钙接合剂组成。使用1641g脱离子水和181g胶态硅石产生具有为61.0%的初始固体含量的接合剂浆料。当将浆料混合至可接受的黏度时，将2708g的六铝酸钙添加至浆料。添加了六铝酸钙的混合物的固体含量为75.6%。当将浆料混合至可接受的黏度时，将2944g具有小于0.85mm且大于0.5mm的大小范围的氧化铝空心球添加至浆料。在混合之后，将熔模铸模混合物以受控的方式浇铸到容器中。最终铸模混合物的固体含量为82.6%。所得的铸模具有接近 120mm的直径和接近400mm的长度。 [0143] 在1000℃的温度下煅烧铸模4小时。不具有水的最终铸模成分包含32.2%的掺合的铝酸钙接合剂、32.2%的六铝酸钙、和35%的氧化铝空心球以及0.6%的硅石。获得的铸模与通过常规技术所教导的那些相比降低了自由氧化铝活性。铸模具有包含六铝酸钙的固有表面涂层。 [0144] 铸模具有固有表面涂层，该固有表面涂层由铝酸钙相和六铝酸钙组成，并且表面涂层厚度为接近100微米。如此产生的铸模成功地用于铸造具有良好表面光洁度的钛铝涡轮叶片；Ra小于100，且具有小于2000ppm的氧含量。 [0145] 要理解的是，上面的描述意图为说明性的且不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合地使用。此外，可进行许多修改以使具体的条件或材料适应各种实施例的教导而不脱离它们的范围。虽然在本文中描述的材料的尺寸和类型意图限制各种实施例的参数，但是它们绝不意图限制并且仅仅为示范。回顾上面的描述后，许多其他实施例对本领域技术人员将是显而易见的。各种实施例的范围可因此参照附属权利要求，连同这种权利要求授权的等同的全部范围而确定。在附属权利要求中，用于语“包括”和“在其中(in which)”用作各自的用语“包括”和“其中(wherein)”的普通英语等同。此外，在下列权利要求中，用语“第一”、“第二”、“第三”等仅用作标注，并且不意图对它们的目的强加数字要求。此外，下列权利要求的限制不书写成方式加功能格式，并且不意图根据35U.S.C.§112、第六段，除非或直至这种权利要求限制清楚地使用短语“装置，其用于”，后面跟有没有更多结构的功能的陈述。要理解的是，不一定可根据任何具体实施例获得上述所有这种目的或优点。 因此，例如，本领域技术人员将认识到，在本文中描述的系统和技术可以如下方式具体化或实施，该方式获得或优化在本文中教导的一个优点或一组优点，而不一定获得可在本文中教导或暗示的其他目的或优点。 [0146] 虽然本发明已经仅结合有限数量的实施例而详细说明，但是应该容易地明白，本发明不限于此种公开实施例。相反，本发明可被修改以并入至今未说明但本发明的精神和范围相称的任何数量的变更、改造、置换或等同配置。此外，虽然已经说明了本发明的各种实施例，但是应该理解本公开的方面可能仅包括已说明实施例中的某些。因此，本发明不被看作由前述说明所限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。 [0147] 本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何设备或系统并且实行任何合并的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包含其他本领域人员想到的实例。如果这些其他实例具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的文字语言无显著差别的等同结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。 |
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