DD228960C2 - Bindersuspension zur Herstellung keramischer Maskenformen - Google Patents

Description

Die zur Losung der gestellten Aufgabe verwendeten Zusatzmittel beeinflussen das Fließverhalten von athylsilikatischen Bindersuspensionen in der Weise, daß die vorhandene Dilatanz im Bereich kleiner Schergeschwindigkeiten abgeschwächt oder in ein Newtonsches oder strukturviskoses Fließverhalten umgewandelt wird

Auf Grund des nach der Erfindung veränderten Fließverhaltens der Bindersuspension kann die Schichtdicke des auf dem Modell abgebildeten Suspensionsfilmes soweit erhöht werden, daß eine gute Oberflachenqualitat des spateren Gußstucks erzielt wird Die Zugabemenge der das Fließverhalten beeinflussenden Stoffe ist so zu wählen, daß die Schichtdicke im Vergleich zur reinen athylsilikatischen Bindersuspension um 10 bis 50% erhöht wird

Gleichzeitig ist es notwendig, den Suspensionsgrad und die absolute Viskosität der Bindersuspension so einzustellen, daß diese gut auf der Modelloberflache verläuft und die gesamte Modelloberflache, einschließlich aller Erhebungen und Vertiefungen gut und gleichmaßig benetzt

Mit einer so eingestellten erfindungsgemaßen Bindersuspension können auch komplizierte Modelle eine hochqualitative Überzugsschicht erhalten, wenn die Modelle oder Modelltrauben beim Tauchen in der Tauchwanne leicht bewegt oder gedreht werden Nach dem Herausnehmen der Modelle oder Modelltrauben aus der Tauchwanne tropft unter leichtem Drehen die überschüssige Bindersuspension ab Danach wird in bekannter Weise unter leichtem Drehen eine feine Bestreusandschicht aufgebracht

Bei der Auswahl der erfindungsgemaßen Zusatzstoffe ist darauf zu achten, daß nur solche Stoffe verwendet werden, die beim Ausschmelzen und Brennen keine Entfestigungsreaktionen in der Keramikform hervorrufen und beim Abgießen zu keinen unerwünschten Reaktionen mit der Schmelze fuhren Die erfindungsgemaßen Zusatzstoffe erfüllen diese Bedingung Die erfindungsgemaße Bindersuspension weist gegenüber den bisher verwendeten folgende Vorteile auf

- Äthylsilikatische Binderlosungen erfordern auf Grund ihres gegenüber den Binderiosungen mit Kieselsolen niedrigeren SiOj-Gehaltes einen geringeren spezifischen Bindemitteleinsatz, was zu einer Kosteneinsparung fuhrt

- Nach der erfindungsgemaßen Veränderung des Fließverhaltens sind athylsilikatische Bindersuspensionen fur die Herstellung der ersten Überzugsschicht ebenso einsetzbar wie Kieselsolsuspensionen

Das hat den Vorteil, daß Reste der für die erste Überzugsschicht verwendeten athylsilikatischen Bindersuspension mit der Bindersuspension fur die folgenden Uberzugsschichten, fur die in der Regel athylsilikatische Bindersuspensionen verwendet werden, vermischt werden können Bei Bindersuspensionen auf Basis von Kieselsolen sind dagegen besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, da ein Vermischen mit athylsilikatischen Suspensionen binnen kürzester Zeit zur Aushärtung fuhrt

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Beispielen naher erläutert

Beispiel 1

Aus 500 ml Äthylsilikat mit einem SiO₂ Gehalt von 40%, 1040 ml Wasser, 4,5 ml konzentrierter Schwefelsaure und 11 ml einer 50%igen Lösung des anionenaktiv wirkenden Tensids „Rodapon" wird mittels eines geeigneten Hydrolyseverfahrens eine klare, homogene Binderlösung hergestellt Dieser Binderlosung werden 3600 g eines Quarzmehls mit splittnger Kornform und der in der Abbildung 1 dargestellten durch Ultraschall-Schlammsiebung ermittelten Kornverteilungsfunktion zugesetzt Nach einer mindestens zweistündigen Suspendierzeit betragt die Auslaufzeit der Suspension, gemessen mit einem Auslaufbecher nach TGL 14301 und einem Dusendurchmesser von 5 mm, 32 Sekunden

Das Fließverhalten, welches mittels eines Rotationsviskosimeter mit spezieller Zylindermeßeinrichtung bestimmt wurde, ist in Abb 2 Kurve 1 dargestellt Es ist als dilatant zu bezeichnen Die mit der Bindersuspension erreichte Schichtdicke wird mittels eines Metallplättchens ermittelt Das Plattchen wird vollständig in die Bindersuspension getaucht, nach Herausnahme aus der Suspension senkrecht aufgehängt und nach kurzem Abtropfenlassen schnell ausgewogen Dieses Plattchen hat bestimmte Abmessungen und eine glatte Oberflache Bei bekannter Dichte der Bindersuspension kann über die Ermittlung des Gewichtes des anhaftenden Suspensionsfilmes die Schichtdicke an einer vertikalen Platte ermittelt werden Sie betragt fur die genannte Suspension 0,091 mm

Mit dieser Bindersuspension kann jetzt eine erste Uberzugsschicht fur Keramikformen hergestellt werden, indem ein Wachsmodell oder eine Modelltraube unter Drehen in die Suspension getaucht wird, unter Drehen die überschüssige Suspension abtropfen gelassen wird, weiterhin unter Drehen in einem Wirbelsandbett eine gleichmäßige Bestreusandschicht mittels Quarzsand des Korngroßenbereichs 0,1 bis 0,4 mm aufgebracht wird und abschließend einer ausreichenden Zwischentrocknung unterzogen wird Die nächsten Uberzugsschichten werden dann in der üblichen Art und Weise unter Verwendung athylsilikatischer Bindersuspensionen, eines größeren Bestreusandes und unter ausreichender Zwischentrocknung der einzelnen Überzüge aufgebracht Nach einer Ausschmelz und Brennbehandlung werden die Keramikformen mit legierten oder unlegierten Stahlmarken abgegossen

Gußteile, die in diesen Keramikformen abgegossen wurden, weisen in Abhängigkeit von der Gußstuckgestalt einen mehr oder weniger großen Anteil an Gußfehlern auf wie allgemeine und lokalisierte Gußpocken Oberflachenrauhigkeit und Oberflachenschorf, Rauhigkeiten und Pocken an scharfen Ecken und Kanten, abgebildete Maskenrisse und Anbranderscheinungen

Beispiel 2

Eine Binderlosung nach Beispiel 1 wird mit 3500 g des im gleichen Beispiel genannten Quarzmehls vermischt Dazu werden 13,5 g mikrokristalline Zellulose, die unter der Bezeichnung ,Heweten 10' bekannt ist, gegeben Nach einer mindestens zweistündigen Suspendierzeit betragt die entsprechend Beispiel 1 gemessene Auslaufzeit 33 Sekunden Das Fließverhalten der Bindersuspension ist in Abb 2, Kurve 2a dargestellt Es zeigt im Bereich kleiner Schergeschwindigkeiten eine leichte Strukturviskositat Die entsprechend Beispiel 1 gemessene Schichtdicke des Bindersuspensionsfilmes betragt 0 113 mm Mit der genannten Bindersuspension werden in der gleichen in Beispiel 1 beschriebenen Art und Weise Keramikformen auf Wachsmodelle aufgebracht Die mit dieser Bindersuspension hergestellte erste Uberzugsschicht besitzt eine hohe mit Überzügen aus Kieselsolsuspensionen vergleichbare Qualität Mit ihr konnen Gußteile gefertigt werden, die im wesentlichen frei von Oberflachenfehlern sind

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Beispiel 3

Eine Binderlösung gemäß Beispiel 1 wird mit 3500 g des ebenfalls dort genannten Quarzmehls vermischt. Dazu werden 110 g von auf naßtechnischem Wege hergestellter pulverförmiger amphorer Fällungskieselsäure, die unter der Bezeichnung „K 60 S" bekannt ist, zugesetzt. Nach einer mindestens zweistündigen Suspendierzeit beträgt die entsprechend Beispiel 1 gemessene Auslaufzeit 36 Sekunden. Das Fließverhalten der Bindersuspension ist in Abb. 2, Kurve 2b dargestellt. Es zeigt im Bereich kleiner Schergeschwindigkeiten ein Newtonsches Verhalten. Die Schichtdicke des Bindersuspensionsfilmes beträgt 0,115 mm (gemessen nach Beispiel 1). Mit der genannten Bindersuspension werden in der gleichen in Beispiel 1 beschriebenen Art und Weise Keramikformen auf Wachsmodelle aufgebracht. Die mit dieser Bindersuspension hergestellte erste Überzugsschicht besitzt eine hohe mit Überzügen aus Kieselsolsuspensionen vergleichbare Qualität. Mit ihr können Gußteile gefertigt werden, die im wesentlichen frei von Oberflächenfehlern sind

Beispiel 4

Eine Binderlösung nach Beispiel 1 wird mit 3500 g des im Beispiel 1 genannten Quarzmehls vermischt. Der Binderlösung werden 13 g Azetylenruß, der unter der Bezeichnung „P 1250" bekannt ist, zugesetzt. Nach einer ebenfalls zweistündigen Suspendierzeit beträgt die Auslaufzeit 34 Sekunden. Das Fließverhalten der Bindersuspenjion ist in Abb. 2, Kurve 2c dargestellt. Es zeigt im Bereich kleiner Schergeschwindigkeiten eine leichte Strukturviskosität. Die ebenfalls nach Beispiel 1 gemessene Schichtdicke des Bindersuspensionsfilmes beträgt 0,116 mm.

Mit der genannten Bindersuspension werden in der gleichen im Beispiel 1 beschriebenen Art und Weise Keramikformen auf Wachsmodelle aufgebracht. Auch die mit dieser Bindersuspension hergestellte erste Überzugsschicht ist qualitätsmäßig mit der aus Kieselsolsuspensionen vergleichbar. Mit ihr können Gußteile gefertigt werden, die im wesentlichen frei von Oberflächenfehlern sind.

Claims (2)

Erfindungsanspruch:

1 Bindersuspension auf Äthylsilikatbasis zur Herstellung der ersten Überzugsschicht einer keramischen Maskenform, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindersuspension 0,1 bis 0,5 Masse-% mikrokristalline Zellulose oder 1 bis 5 Masse-% auf naßtechnischem Wege hergestellte pulverformige amphore Fallungskieselsaure oder 0,1 bis 0,5 Masse Azetylenruß enhalt

Hierzu

2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung keramischer Maskenformen fur die Feingießtechnik und betrifft insbesondere eine keramische Bindersuspension zur Herstellung der ersten Uberzugsschicht keramischer Maskenformen beim Feingießverfahren

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Zur Herstellung keramischer Maskenformen fur das Feingießverfahren wird ein ausschmelzbares Modeil mehrfach abwechselnd in eine Bindersuspension aus einer Bindemittellosung und einem feuerfesten, feinkornigem Material getaucht, mit feuerfesten, kornigem Material bestreut und ausgehartet Die Verfestigung des Bindemittels kann hierbei mittels Lufttrocknung oder chemischer Gelierung oder durch Anwendung beider Möglichkeiten erfolgen

Die fur das Tauchen verwendete keramische Bindersuspension wird im wesentlichen durch Vermischen von Bindemitteln, wie Athylsilikate, Kieselsole und Alkalisilikatlosungen mit Wasser und Losungsmittelbestandteilen sowie pulverformigen, feuerfesten keramischen Stoffen, wie Quarzmehl, Mullit und Zirkonsilikat hergestellt Die Qualität der keramischen Maskenformen und damit auch der Gußstucke hangt in erheblichem Maße von der Qualität und der Zusammensetzung der Bindersuspension ab Zur Herstellung einer keramischen Maskenform werden im allgemeinen mindestens zwei verschiedenartige keramische Bindersuspensionen verwendet, eine Bindersuspension fur die erste Überzugsschicht und eine Bindersuspension fur den zweiten und die folgenden Überzuge

Während durch die zweiten und die nachfolgenden Überzuge im wesentlichen die Festigkeit und Maßhaltigkeit der Keramikform bestimmt wird, beeinfluß die erste Überzugsschicht vor allem die Oberflachenquahtat der spateren Gußstucke Um eine fehlerfreie, glatte Oberflache der Gußstucke zu erzielen ist es notwendig, daß die innere Oberflache der Form, die von der ersten Beschichtung der auf das Modell aufgetragenen Bindersuspension herrührt, so glatt einheitlich und dicht wie möglich ist, ohne jedoch von ihrer Gasdurchiassigkeit zu verlieren Es ist allgemein bekannt, daß zur Herstellung einer hochqualitativen ersten Überzugsschicht Bindersuspensionen mit Kieselsolen als Bindemittel verwendet werden Dagegen fuhrt die Verwendung von Binderlosungen auf der Basis von Athylsilikaten, die gegenüber den Kieseisolen einen niedrigeren SiO₂-Gehalt aufweisen, fur die primäre Überzugsschicht zu Gußteilen mit verminderter Oberflachenquahtat

Der Grund hierfür besteht in dem fur Bindersuspensionen auf der Basis von Athylsilikaten und Kieseisolen bereits bei visueller Beobachtung feststellbaren unterschiedlichen Fließ- und Abtropfverhalten Das Fließ- und Abtropfverhalten eines Suspensionsfilmes auf der Basis von Athylsilikaten ist so, daß selbst bei Anwendung von hohen Suspensionsgraden nur eine dünne Schicht auf das Modell aufgebracht werden kann Eine Möglichkeit, diesen Nachteil der athylsilikatischen Bindersuspension zu umgehen, besteht dann, das Modell oder die Modelltraube mehrere Male unter Zwischenaushartung in die Bindersuspension zu tauchen, wobei nur nach dem letzten Tauchvorgang eine Besandung vorgenommen wird Diese mehrfache Tauchung erhöht jedoch den Arbeitsaufwand zur Herstellung der Keramikformen und fuhrt zu einem erhöhten Formstoffverbrauch Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Dicke des auf ein Modell aufgebrachten Suspensionsfilmes besteht darin, das Fließverhalten der Suspension gezielt zu beeinflussen

Aus den GB PS 14 08 266 und 14 10 634 ist es bekannt, die Schichtdicke des aufgebrachten Suspensionsfilmes durch die Zugabe geeigneter Verdickungsmittel zu steigern Die Verdickungsmittel erzeugen in der Bindersuspension ein thixotropes Fließverhalten und erhohen dadurch die Schichtdicke des Suspensionsfilmes Als Verdickungsmittel werden in der Regel organisch modifizierte Tone, durch thermische Behandlung erzeugte pulverformige Quarzstoffe und geschnittene Fasern aus feuerfesten Stoffen verwendet

Derartige Suspensionen besitzen jedoch eine hohe Steifheit, so daß eine einheitliche Benetzung bei komplizierten Modellen nicht gegeben ist Deshalb sind sie fur die erste Uberzugsschicht ungeeignet Ein weiterer Nachteil dieser Suspension besteht darm, daß beim Aufbringen eines Suspensionsfilmes auf ein Modell ein Film von mehreren Millimetern entsteht, was zu übermäßig hohen Suspensionsverbrauchen und damit zu erhöhten Formstoffkosten fuhrt

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die Oberflachenbeschaffenheit von Gußstucken so zu verbessern, daß diese nach dem Guß eine fehlerfreie glatte Oberflache aufweisen, ohne dabei die Formstoffkosten merklich zu erhohen

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung hegt die Aufgabe zu Grunde das Fließverhalten von athylsilikatischen Bindersuspensionen so zu beeinflussen daß bei einmaliger Tauchung und optimalem Formstoffverbrauch eine hohe Qualität der ersten Uberzugsschicht erzielt wird Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß einer Bindersuspension auf Äthylsilikatbasis 0 1 bis 0,5 Ma % mikrokristalline Zellulose zugesetzt wird Mikrokristalline Zellulose ist ein pulverformiges partikulares Zellulosepulver welches unter der Bezeichnung ,Heweten' bekannt ist Eine geeignete ,Heweten" Sorte als Zusatz zur Bindersuspension ist „Heweten 10" Auf diese Weise hergestellte Bindersuspensionen weisen in der Regel ein helles Aussehen auf und sind deshalb besonders bei der Verwendung dunkler Modelle geeignet da in diesem Fall eine gute visuelle Begutachtung der Gleichmäßigkeit und Qualität des aufgebrachten Suspensionsfilmes möglich ist

Eine zweite erfinderische Losung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß einer athylsilikatischen Bindersuspension 1 bis 5 Ma % auf naßtechnischem Wege hergestellte pulverformige amphore Fallungskieselsaure zugesetzt wird Geeignete Fallungskieselsauren sind unter den Bezeichnungen „Suprasil" ,K 60 S" und ,Mikronisil" bekannt Die auf diese Weise hergestellte Bindersuspension ist in der Regel weiß Deshalb sind diese Bindersuspensionen fur dunkle Modelle gut geeignet Eine dritte Möglichkeit die gestellte Aufgabe zu losen besteht dann daß einer Bindersuspension auf Äthylsilikatbasis 0 1 bis 0 5 Ma % Azetylen Ruß zugesetzt wird Die so hergestellten Bindersuspensionen sind schwarz, weshalb sie bei hellen Modellen gut einsetzbar sind