DD296432A5 - ALKALINE BINDERLOESUNG FÜR KERAMISCHE MASKENFORMEN AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Binderloesung zur Herstellung keramischer Maskenformen in der Feingiesztechnik, insbesondere fuer die erste UEberzugsschicht. Die erfindungsgemaesze Binderloesung besteht aus{alkalische Binderloesung; Kieselsol; Ethylsilicat; Keramikform; Feinguszueberzug; 1. UEberzugsschicht}The invention relates to a binder solution for the production of ceramic mask molds in the fine casting technique, in particular for the first coating layer. The binder solution according to the invention consists of {alkaline binder solution; silica; ethyl silicate; Ceramic mold; Feinguszueberzug; 1.overlayer}
Description
Die Erfindung ist anwendbar zur Herstellung keramischer Maskenformen in der Feingießtechmkund betrifft eine Binderlosung fur keramische Bindersuspensionen, insbesondere fur die erste UberzugsschichtThe invention is applicable to the production of ceramic mask molds in the fine casting technology, a binder solution for ceramic binder suspensions, in particular for the first coating layer
Zur Herstellung keramischer Maskenformen fur das Feingießverfahren wird ein ausschmelzbares Modell mehrfach abwechselnd in eine Bindersuspension, bestehend aus einer Bindemittellosung und einem feuerfesten feinkornigen Material, getaucht, mit feuerfesten kornigen Material bestreut und die so entstandene Uberzugsschicht ausgehartetFor the production of ceramic shell molds for the investment casting process, a fusible model is repeatedly dipped alternately into a binder suspension consisting of a binder solution and a refractory fine-grained material, sprinkled with refractory grain material and the resulting coating layer is cured
Die Verfestigung des Bindemittels kann dabei mittels Lufttrocknung oder chemischer Gelierung oder durch Anwendung beider Möglichkeiten erfolgenThe solidification of the binder can be done by air drying or chemical gelling or by using both options
Die fur das Tauchen verwendete keramische Bindersuspension wird im Wesentlichen durch Vermischen von Bindemitteln, wie Ethylsilicate, Kieselsole, Alkalisilicate, mit Wasser, Losungsmittelbestandtetlen, Hydrolysekatalysatoren, Tensiden, Entschäumern sowie pulverformigen feuerfesten Stoffen, wie Quarzmehl, Mullit, Zirkonsilicat, hergestellt Die Qualltat der keramischen Maskenformen und damit auch der Gußstucke hangt in erheblichem Maße von der Qualltat und der Zusammensetzung der Bindersuspension ab Zur Herstellung einer keramischen Maskenform werden im Allgemeinen mindestens zwei verschiedenartige keramische Bindersuspensionen verwendet Wahrend durch die zweiten und die nachfolgenden Überzüge im Wesentlichen die Festigkeit und die Maßhaltigkeit der Keramikform bestimmt wird, beeinflußt die erste Uberzugsschicht vor allem die Qualität 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 Gasdurchlassigkeit und Elastizität zu verlieren Es ist allgemein bekannt, daß Bindersuspensionen mit Kieselsol als Bindemittel die Herstellung einer hochqualitativen ersten Uberzugsschicht wegen ihrer Fähigkeit zur Ausbildung eines gleichmäßigen, glatten und elastischen Bmdersuspensionsfilmes ermöglichen Trotz dieser Vorzuge bringt die Verwendung von Kieselsolen jedoch auch einige Nachteile mit sich So sind die Verarbeitung der Suspension auf Grund von Schaumbildungseffekten schwierig, das Trocknungsverhalten der losungsmittelfreien Suspension problematisch und die Neigung zur Bildung von Abrieb an nach innen ragenden Konturen der Keramikform kritisch Dagegen werden Bindersuspensionen auf Basis von Ethylsilicat wegen ihres festen Bindevermogens bevorzugt fur die Bildung der höheren Uberzugsschichten der Keramikformen eingesetzt Aus einer Reihe von Erfindungsbeschreibungen ist die Verwendung von sauren Hybridbindern (Ethylsilicat-Kieselsol-Mischbinder) bekannt, wie ζ B aus den DE-OS2037154,2148716 und 2624400 Die Zusammensetzung derartiger Binder wird dabei in der Regel so gewählt, daß eine hohe Festigkeit und Gasdurchlassigkeit der Keramikformen erreicht werden und damit gunstige Eigenschaften bei ihrer Verwendung in Bindersuspensionen fur die höheren Uberzugsschichten erzielbar sind Eine Verwendung fur die Bindersuspensionen der ersten Uberzugsschicht ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden So ist ihr Fließverhalten zur Erzeugung einer glatten, rißfreien und konturengenauen inneren Oberflache der Keramikform auf Grund ihres begrenzten von Kieselsol im Vergleich zum Ethylsilicat gebildeten Bindemittelanteils ungenügend Weiterhin ist anzuführen, daß der in ihr zur Erzielung einer ausreichenden Standzeit enthaltene Losungsmittelanteil sehr hoch ist Dieser bewirkt bei der Herstellung des ersten Überzuges eine zu schnelle Antrocknung des Bmdersuspensionsfilmes auf der sich nach dem Tauchbereich unmittelbar anschließenden Abtropfstrecke, wodurch Qualitätsmangel an Keramikform und Gußstuck infolge ungleichmäßiger Suspensionsfilmausbildung und mangelnder Bestreusandhaftung hervorgerufen werden In derThe ceramic binder suspension used for dipping is essentially prepared by mixing binders such as ethyl silicates, silica sols, alkali silicates, with water, solvent constituents, hydrolysis catalysts, surfactants, defoamers and powdered refractories such as quartz flour, mullite, zirconium silicate. The jellyfish material of the ceramic mask molds and thus also the casting depends to a considerable extent on the Qualltat and the composition of the binder suspension For the production of a ceramic shell mold at least two different types of ceramic binder suspensions are used While essentially determined by the second and subsequent coatings, the strength and dimensional accuracy of the ceramic mold the first coating layer primarily affects the quality of the later castings. In order to achieve a perfect smooth surface of the castings, it is necessary that the inner surface of the castings be m, which is as smooth, uniform and dense as possible without, however, losing its gas permeability and elasticity. It is well known that binder suspensions with silica sol as a binder make it possible to produce a high quality first binder Despite these advantages, however, the use of silica sols also entails some disadvantages. For example, the processing of the suspension due to foaming effects is difficult, the drying behavior of the solvent-free suspension is problematic, and the tendency to form a slurry tends to increase On the other hand, ethyl silicate-based binder suspensions are preferred for the formation of the higher coating layers of the kera, because of their strong binder slip The use of acidic hybrid binders (ethylsilicate-silica sol mixed binder) is known from a number of invention descriptions, such as B from DE-OS2037154,2148716 and 2624400. The composition of such binders is generally chosen so that a high strength However, their usefulness for the binder suspensions of the first coating layer is associated with a number of disadvantages. Thus, their flow behavior is to produce a smooth, crack-free and contour-accurate internal Surface of the ceramic mold due to their limited formed by silica sol compared to the ethyl silicate binder content insufficient Furthermore, it should be stated that the solvent contained in it to achieve a sufficient life time is very high This causes be In the production of the first coating too fast drying of Bmdersuspensionsfilmes on immediately after the dipping area Abtropfstrecke, whereby quality defects in ceramic mold and Gußstuck due to uneven suspension film formation and lack of Bestreusandhaftung are caused in the
DE-OS2684400 wird versucht den Kieselsolanteil deutlich höher im Vergleich zum Ethylsilicatanteil zu wählen. Um eine damit verbundene erhebliche Reduzierung der Standzeit zu vermeiden, wird das Kieselsol oder der Binder auf Glykoletherbasis aufgebaut. Dieser Zusatz führt jedoch bei der ersten Überzugsschicht zu erheblichen Abbindungsproblemen und damit Qualitätsmängeln.DE-OS 2684400 attempts to select the silica sol fraction significantly higher in comparison to the ethyl silicate fraction. In order to avoid a considerable reduction in the service life associated with this, the silica sol or the binder is built up on a glycol ether basis. However, this addition leads to the first coating layer to significant bonding problems and thus quality defects.
Die Herstellung der sauren Hybridbinder ist bedingt durch ihre unterschiedlichen Zusammensetzungen auf verschiedenen Wegen möglich. So wird in der DE-OS2148716 für Binderlösungen mit größeren Kieselsolanteilen vorgeschlagen, zunächst das Ethylsilicat zu mindestens 90% zu hydrolysieren und anschließend das in der Regel alkalische Kieselsol unter gleichzeitiger Überführung in den sauren pH-Bereich zuzusetzen. Dieses Aufbereitungsverfahren ist insbesondere dann problematisch dahingehend, daß Gelierungserscheinungen auftraten und keine definierten Binderlösungen mehr herstellbar sind, wenn die Lösungen große Kieselsolmengen enthalten.The preparation of the acidic hybrid binder is possible due to their different compositions in different ways. Thus, DE-OS2148716 proposes for binder solutions with relatively large silica content, first to hydrolyze the ethyl silicate to at least 90% and then to add the generally alkaline silica sol with simultaneous conversion into the acidic pH range. This treatment process is particularly problematic in that gelling phenomena occurred and no defined binder solutions can be produced more if the solutions contain large amounts of silica sol.
Aus dem Dargelegten folgt, daß eine Lösung des Binderproblems für die erste Überzugsschicht auch mit den bekannten sauren Hybridbindern nicht möglich ist. Eine alkalische Hybridbindersuspension mit Kieselsol als wichtigste Komponente, welche den von Kieselsol bekannten stabilen alkalischen pH-Bereich besitzt, ist aus der SU-PS1109238 bekannt. Die Herstellung soll dabei so erfolgen, daß das Ethylsilicat der Kieselsollösung unter Rühren zugemischt und dabei hydrolysiert wird. Diesem Schritt ist anzulasten, daß die hier gemachten Angaben uneinheitlich sind. Weiterhin muß festgestellt werden, daß sich mit dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren keine homogenen Binderlösungen ohne durch Gelierungsreaktionen hervorgerufenen Bodensatzbildungen herstellen lassen, wodurch eine Verwendung derartiger Binder für die Feingießtechnik nicht möglich ist. Die Verwendung von Methylphenylsiliconharzen ist für ethylsilicatische Bindersuspensionen der höheren Überzugsschichten aus dem DD-WP 264389 bekannt. Sie dienen dort zur Verbesserung der Verformungseigenschaften der keramischen Maskenform.It follows from the above that a solution of the binder problem for the first coating layer is not possible even with the known acid hybrid binders. An alkaline hybrid binder suspension with silica sol as the most important component, which has the stable alkaline pH range known from silica sol, is known from SU-PS1109238. The preparation should be carried out so that the ethyl silicate of the silica sol solution is mixed with stirring and thereby hydrolyzed. This step is attributable to the fact that the information given here is inconsistent. Furthermore, it must be stated that it is not possible to prepare homogeneous binder solutions without sediment formation caused by gelation reactions with the proposed preparation process, which makes it impossible to use such binders for the investment casting technique. The use of methylphenylsilicone resins is known for ethylsilicate binder suspensions of the higher coating layers from DD-WP 264389. There they serve to improve the deformation properties of the ceramic shell mold.
Es ist das Ziel der Erfindung, eine Bindersuspension, die sich durch Homogenität, hohen Kieselsolanteil und lange Haltbarkeit ohne Viskositätsanstieg auszeichnet und damit für die erste Überzugsschicht besonders geeignet ist, zu schaffen, mit deren Hilfe eine problemlose und effektive Herstellung von Keramikformen mit einer hochqualitativen inneren Oberflächenschicht erreicht werden kann. Damit werden Formstoffkosten gesenkt und Kosten für den Gußausschuß vermieden. Weiterhin besteht das Ziel darin, ein Verfahren zur Herstellung dieser Bindersuspension zu entwickeln.It is the object of the invention to provide a binder suspension which is characterized by homogeneity, high silica sol content and long shelf life without viscosity increase and is therefore particularly suitable for the first coating layer, with the aid of which a trouble-free and effective production of ceramic molds with a high-quality internal Surface layer can be achieved. This reduces mold material costs and avoids costs for the casting committee. Furthermore, the aim is to develop a process for the preparation of this binder suspension.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Binderlösung für Feingußbindersuspensionen insbesondere zur Herstellung der ersten Überzugsschicht mit einer solchen Zusammensetzung vorzuschlagen, die die Vorteile der Kieselsolbinderlösungen, wie Lagerbeständigkeit, Fließverhalten, Elastizität der Überzugsschicht mit den Vorteilen der Hybridbinderlösungen vereinigt, wobei die Nachteile dieser Lösungen vermieden werden, um mit ihr die gewünschten Anforderungen an die Bindersuspension und Keramikform hinsichtlich Lagerbeständigkeit, Fließverhalten, Benetzungs- und Schaumbildungsverhalten, Abtropfverhalten, Elastizität des Überzuges, Trocknungsverhalten, zu erreichen sowie eine konturengenaue glatte und nicht zur Abriebbildung neigende innere Oberfläche der Keramikform zu erhalten. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Binderlösung folgender Zusammensetzung:The invention has for its object to provide a binder solution for investment casting suspensions, in particular for the production of the first coating layer with such a composition, which combines the advantages of Kieselsolbinderlösungen, such as storage stability, flow behavior, elasticity of the coating layer with the advantages of the hybrid binder solutions, the disadvantages of these solutions avoided In order to achieve with her the desired requirements of the binder suspension and ceramic form in terms of storage stability, flow behavior, wetting and foaming behavior, dripping behavior, elasticity of the coating, drying behavior, as well as to obtain a contour-smooth and non-abrasive tendency inner surface of the ceramic mold. This object is achieved by a binder solution of the following composition:
Kieselsol 50 bis 80 Ma.-%Silica sol 50 to 80% by mass
Ethylsilicat 2 bis 7 Ma.-%Ethyl silicate 2 to 7% by mass
Ethanol 10 bis 22 Ma.-%Ethanol 10 to 22% by weight
Wasser 3bis16 Ma.-%Water 3 to 16 mass%
Tensid 0,1 bisO,6Ma.-%Surfactant 0.1 to O, 6Ma .-%
Entschäumer 0,1 bisO,6Ma.-%Defoamer 0.1 toO, 6Ma .-%
Dabei werden 90 bis 97Ma.-% des SiO2 der Binderlösung aus dem kolloidalen Siliziumdioxidsol und 3 bis 10Ma.-% aus dem Ethylsilicat gebildet.In this case, 90 to 97% by mass of the SiO 2 of the binder solution of the colloidal silica sol and 3 to 10% by mass of the ethyl silicate are formed.
Als Kieselsole sind alkalische wäßrige Lösungen kolloidaler Kieselsäuren mit einem pH-Bereich >9 und einem vorzugsweisen Si02-Gehaltvon 25 bis 35Ma.-% einsetzbar. Als Ethylsilicat sind Ethoxysiliziumverbindungen mit einem SiO2-Gehalt von 29 bis 43Ma.-% verwendbar. Als Ethanol ist die Verwendung einer technischen Qualität mit minimalen Wassergehalten zulässig. Als Tenside bzw. Entschäumungsmittel sind für diesen Verwendungszweck übliche Produkte einzusetzen. Erfindungsgemäß wird die alkalische Binderlösung in der Weise hergestellt, daß Kieselsol oder Gemische von Kieselsol mit Wasser bzw. Ethanol vorgelegt werden und diesem dann eine Ethylsilicatlösung zugemischt wird, welche vorher mit Ethanol vermischt und in Gegenwart minimaler Säuremengen partiell hydrolysiert wurde. Es wurde gefunden, daß nur dann eine hochqualitative homogene klare bis leicht getrübte Binderlösung ohne Neigung zur Bodensatzbildung erhältlich ist, wenn mit dem Ethylsilicat eine 30 bis 60%ige partielle Hydrolyse durchgeführt wurde (Verwendung von 0,3 bis 0,6 Molen Wasser je Mol Ethoxygruppe). Durch die Erfindung ist es gelungen, einen alkalischen Hybridbinder mit Kieselsol als Hauptbestandteil und erhöhten Wasseranteil herzustellen, der alle Anforderungen, die an einen Binder für die erste Überzugsschicht gestellt werden, erfüllt. Damit werden die Vorteile der herkömmlichen Binderlösungen vereint und deren Nachteile beseitigt. Die erfindungsgemäße Binderlösung zeichnet sich durch Homogenität aus. Die erfindungsgemäßen nach der oben beschriebenen Art und Weise hergestellten Binderlösungen weisen eine hohe Standzeit auf; ihre Gelierzeit beträgt mindestens 6 Monate. Damit ist eine ausreichende Lager- und Verarbeitungszeit dieser Lösungen gegeben, welche sowohl ihre Herstellung beim Anwender als auch bei einem Bindemittelhersteller ermöglicht. Die erreichten Standzeiten sind höher als die bei sauren Hybridbindern üblichen.Suitable silica sols are alkaline aqueous solutions of colloidal silicas having a pH range> 9 and a preferred Si0 2 content of 25 to 35% by mass. As the ethyl silicate, ethoxysilicon compounds having an SiO 2 content of 29 to 43 mass% are usable. As ethanol, the use of a technical grade with minimum water content is permitted. As surfactants or defoaming agents customary products are used for this purpose. According to the invention, the alkaline binder solution is prepared in such a way that silica sol or mixtures of silica sol are introduced with water or ethanol and this is then admixed with an ethyl silicate solution which has been previously mixed with ethanol and partially hydrolyzed in the presence of minimal amounts of acid. It was found that only a high quality homogeneous clear to slightly cloudy binder solution without tendency to sedimentation is available when with the ethyl silicate, a 30 to 60% partial hydrolysis was carried out (using 0.3 to 0.6 moles of water per mole ethoxy). By means of the invention, it has been possible to produce an alkaline hybrid binder with silica sol as main constituent and increased water content, which meets all the requirements imposed on a binder for the first coating layer. This combines the advantages of conventional binder solutions and eliminates their disadvantages. The binder solution according to the invention is characterized by homogeneity. The binder solutions according to the invention prepared in the manner described above have a long service life; their gelling time is at least 6 months. This ensures a sufficient storage and processing time of these solutions, which allows both their production at the user and a binder manufacturer. The achieved service lives are higher than those usual with acid hybrid binders.
Mit den erfindungsgemäßen Binderlösungen lassen sich unter Verwendung von für das Feingießverfahren geeigneten feuerfesten Stoffen Bindersuspensionen mit optimalen Eigenschaften für die erste Überzugsschicht herstellen, wenn bestimmte technologische Vorgaben zum Viskositätsbereich eingehalten werden.With the binder solutions according to the invention, binder suspensions having optimum properties for the first coating layer can be produced using refractory materials suitable for the investment casting method if certain technological specifications on the viscosity range are adhered to.
Derartige Bindersuspensionen weisen im Tauchgefäß nur eine minimale auf Lösungsmittelverdunstung zurückzuführende Eindickneigung auf. Sie sind froststabil. Bei ihrer Verwendung treten im Gegensatz zu Kieselsolsuspensionen praktisch keine Probleme mehr hinsichtlich Schaum- und Blasenbildung sowie Benetzung im Tauchgefäß und auf den Modellen auf, wenn hierfür übliche Tensid- und Entschäumerzusätze Anwendung finden.Such binder suspensions have only a minimal Eindickneigung attributable to solvent evaporation in the immersion vessel. They are frost stable. When used in contrast to silica sol suspensions virtually no more problems in terms of foam and blistering and wetting in the immersion vessel and on the models, if this customary surfactant and defoamer additives are used.
Die erfindungsgemäßen Bindersuspensionen zeichnet ein spezifisches rheologisches Verhalten aus. Dabei verleiht insbesondere die in ihnen enthaltene Kombination von Binderteilchen unterschiedlicher Größe der Bindersuspension ein solches Fließverhalten, daß auf den in Drehung befindlichen Modelltrauben nach dem Austauchen aus der Tauchwanne die Ausbildung eines an allen Modellkonturen nahezu gleichmäßigen Suspensionsfilmes erreicht wird, ohne daß Schlieren oder ähnliche Gebilde auftreten. Gleichzeitig damit wird erreicht, daß die Verluste durch abtropfende Suspension im Abtropfbereich und Besandungsbereich nur sehr minimal sind, wodurch insbesondere die Bildung von störenden Agglomeraten im Besandungsbereich unterdrückt wird.The binder suspensions according to the invention characterizes a specific rheological behavior. In particular, the combination of binder particles of different size of the binder suspension contained in them gives such a flow behavior that the formation of a nearly uniform suspension film on all model contours is achieved on the rotating model screws after the immersion from the immersion trough without streaks or similar structures appearing , At the same time it is achieved that the losses due to dripping suspension in Abtropfbereich and Besand area are very minimal, which in particular the formation of interfering agglomerates is suppressed in Besands range.
Der mit den erfindungsgemäßen Binderlösungen erzeugte Suspensionsfilm ist von einer solchen Beschaffenheit, daß er eine feste Bindung zu dem Bestreumaterial herzustellen vermag, ohne daß die Bestreupartikel ihn durchdringen können. Dadurch ist die Herstellung einer konturengenauen, glatten, dichten Keramikform möglich.The suspension film produced by the binder solutions of the invention is of such a nature that it is capable of forming a firm bond to the abrasive material without the particles being able to penetrate it. This makes it possible to produce a contour-accurate, smooth, dense ceramic mold.
Die erfindungsgemäßen Binderlösungen erlauben durch ihr günstiges Verhältnis zwischen Ethanol- und Wasserbestandteilen den Abtropfvorgang in einer solch großen Zeitspanne durchzuführen, daß alle Bewegungs- und Drehmanipulationen für ein gleichmäßiges Verlaufen des Bindersuspensionsfilmes durchgeführt werden können, ohne daß bereits eine merkliche Antrocknung und damit eine verminderte Bestreusandhaftung auftreten. Mit den erfindungsgemäßen Bindersystemen können die Abtropfzeiten auf 40 bis 60s ausgedehnt werden, wenn im Abtropfbereich geringe Windgeschwindigkeiten, hervorgerufen durch Absaugungen der daneben befindlichen Besandungseinrichtungen in Kauf genommen werden.The binder solutions according to the invention allow by their favorable ratio between ethanol and water components to perform the dripping process in such a large period of time that all movement and Drehanipulationen for uniform running of the binder suspension film can be carried out without a noticeable drying and thus a reduced Bestreusandhaftung occur , With the binder systems according to the invention, the dripping times can be extended to 40 to 60 s, if in the drip area low wind speeds caused by suction of the adjacent sanding devices are accepted.
Mit den erfindungsgemäßen Binderlösungen können Bindersuspensionsfilme und Überzugsschichten mit einer hohen, den Kieselsolsuspensionen vergleichbaren Elastizität hergestellt werden, welche insbesondere beim Trocknen nicht zur Bildung von Rissen, Abhebungen usw. führt. Die damit herstellbaren ersten Überzugsschichten können in minimalen Zeiten im Bereich von 25 bis 45 Minuten zwischengetrocknet werden, wenn vergleichsweise geringe Windgeschwindigkeiten und die üblichen Bedingungen zur Keramikformentrocknung Anwendung finden.With the binder solutions according to the invention binder suspension films and coating layers can be produced with a high resiliency comparable to the silica sol suspensions, which does not lead to the formation of cracks, lifts, etc., especially during drying. The first coating layers which can be produced in this way can be intermediately dried in minimal times in the range from 25 to 45 minutes, when comparatively low wind speeds and the usual conditions for drying ceramic molds are used.
Charakteristisch ist hierbei, daß in extrem kurzen Zwischentrocknungszeiten das sehr niedrige Feuchtigkeitsniveau der Gleichgewichtsfeuchte erreicht wird. Das Trocknungsverhalten ist deshalb noch besser als das von Bindersuspensionen auf Ethylsilicat oder Hybridbasis, welche extrem hohe Lösungsmittelanteile aufweisen. Mit den erfindungsgemäßen Binderlösungen sind alkalische Bindersuspensionen für die erste Überzugsschicht herstellbar. Diese Alkalität ist besonders bei der Herstellung der ersten Überzugsschicht in vieler Hinsicht von Vorteil. Genannt seien hier beispielsweise eine hohe Universalität bei der Verwendung unterschiedlicher Füllstoffe und ein zusätzlicher Verfestigungseffekt, wenn für die nachfolgenden Überzüge saure Bindersuspensionen verwendet werden.Characteristic here is that in extremely short intermediate drying times the very low moisture level of the equilibrium moisture is reached. The drying behavior is therefore even better than that of binder suspensions on ethyl silicate or hybrid basis, which have extremely high solvent contents. Alkaline binder suspensions for the first coating layer can be produced with the binder solutions according to the invention. This alkalinity is particularly advantageous in the preparation of the first coating layer in many respects. For example, a high degree of universality in the use of different fillers and an additional solidification effect can be mentioned when acidic binder suspensions are used for the subsequent coatings.
Gegenüber Kieselsolsuspensionen ist mit den erfindungsgemäßen Bindersuspensionen eine deutliche Steigerung der Abrieb- und Standfestigkeit der grünen und gebrannten inneren Keramikformoberfläche, insbesondere an nach innen ragenden Konturen, erreichbar. Die Stand- und Abriebfestigkeit kann noch weiter gesteigert werden, wenn der Binderlösung 0,2 bis 2,0 Ma.-% an Methylphenylsiliconharz zugesetzt werden. Die Zugabe sollte dabei zweckmäßigerweise so erfolgen, daß das Methylphenylsiliconharz zunächst mit Ethanolbestandteilen der Binderlösung vermischt wird und das Gemisch anschließend der Binderlösung zugesetzt wird.Compared to silica gel suspensions, a significant increase in the abrasion resistance and stability of the green and fired inner ceramic mold surface, in particular on inwardly projecting contours, can be achieved with the binder suspensions according to the invention. Stability and abrasion resistance can be further increased when 0.2 to 2.0 wt% of methylphenylsilicone resin is added to the binder solution. The addition should suitably be such that the methylphenylsilicone resin is first mixed with the ethanol components of the binder solution and the mixture is then added to the binder solution.
Es versteht sich, daß die beschriebene ethylsilicatische Bindersuspension mit ihren herausragenden Eigenschaften für die erste Überzugsschicht auch für die Bildung der höheren Überzugsschichten vorteilhaft verwendet werden kann.It will be understood that the ethylsilicate binder suspension described, with its outstanding properties for the first coating layer, can also be advantageously used for the formation of the higher coating layers.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Erfindung soll nachstehend an folgenden Ausführungsbeispielen erläutert werden.The invention will be explained below in the following embodiments.
Zur Herstellung einer Binderlösung werden 63,0Ma.-% eines alkalischen Kieselsols (SiCVGehalt: 30%, mittlere Teilchengröße 8 10~9m) mit 11,0Ma.-% Wasser vermischt. Anschließend wird dieser Mischung eine Lösung unter Rühren zugesetzt, welche wie folgt hergestellt wurde: 5,0Ma.-% eines Ethylsilicates mit einem SiO2-Gehalt von 29% werden mit 11,6Ma.-% technischen Ethanols (Wassergehalt 5%) und 0,01 Ma.-% konzentrierter Schwefelsäure unter Rühren mindestens 30 Minuten lang vermischt. Danach werden der Gesamtmischung weiterhin 8,8Ma.-% des obigen Ethanols, 0,38Ma.-% eines Tensids auf Nonylphenylpolyethylenglykolbasis und 0,2 Ma.-% eines Entschäumers auf Siliconbasis untergemischt. Die auf diese Weise hergestellte Binderlösung stellt eine homogene leicht getrübte Lösung ohne Bodensatzbildung dar. Sie besitzt einen pH-Wert von 9 bis 10 und eine unter Luftabschluß ermittelte Gelierzeit von 159 Tagen. Dieser Binderlösung werden unter Rühren 168,4Ma.-% {bezogen auf die Binderlösung) Quarzmehl (Hauptkornfraktion 0,005 bis 0,080 mm) zugesetzt. Nach einer ausreichenden Suspendierung kann die Bindersuspension verarbeitet werden. Sie besitzt ein allen Anforderungen gerecht werdendes Benutzungsverhalten von Modellen auf Basis von Modellwachsen, ohne daß eine Tendenz zur Schaumbildung im Tauchgefäß und zur Blasenbildung in Modellecken selbst bei ungünstigen Verhältnissen zu erkennen ist. Die aufbereitete Bindersuspension besitzt eine Auslaufzeit von 15,1 s (gemessen mit einem Auslaufbecher TGL 14 501, Düsendurchmesser 5mm). Die mit dieser Bindersuspension erreichte Schichtdicke an einer horizontalen Oberfläche beträgt 0,1157 mm. (Die Schichtdicke wird mittels eines Plättchens definierter Oberfläche ermittelt, indem dieses vollständig in die Suspension getaucht, nach Herausnahme senkrecht aufgehangen und nach kurzem Abtropfen ausgewogen wird. Über die Dichte der Bindersuspension ist dann das Volumen und die Schichtdicke des Bindersuspensionsfilmes ermittelbar.)For the preparation of a binder solution 63.0Ma .-% of an alkaline silica sol (SiCV content: 30%, average particle size 8 10 ~ 9 m) with 11.0Ma .-% water. Then, to this mixture is added a solution with stirring, which was prepared as follows: 5.0% by mass of an ethyl silicate with a SiO 2 content of 29% are mixed with 11.6% by weight technical ethanol (water content 5%) and 0 0.1 part by weight of concentrated sulfuric acid is mixed with stirring for at least 30 minutes. Thereafter, 8.8% by mass of the above ethanol, 0.38% by mass of a nonylphenyl polyethylene glycol-based surfactant and 0.2% by mass of a silicone-based defoamer are further blended into the total mixture. The binder solution prepared in this way represents a homogeneous, slightly turbid solution without sedimentation. It has a pH of 9 to 10 and a gelation time of 159 days determined under exclusion of air. 168.4Ma .-% (based on the binder solution) of quartz flour (main grain fraction 0.005 to 0.080 mm) are added to this binder solution with stirring. After sufficient suspension, the binder suspension can be processed. It has a needs-based use of models based on model waxes, without a tendency to foam in the immersion vessel and blistering in model corners can be seen even in unfavorable conditions. The prepared binder suspension has a flow time of 15.1 s (measured with a flow cup TGL 14 501, nozzle diameter 5 mm). The layer thickness achieved with this binder suspension on a horizontal surface is 0.1157 mm. (The layer thickness is determined by means of a platelet of defined surface by immersing it completely in the suspension, hanging it vertically after removal and weighing it after a short dripping.
Mit dieser Bindersuspension kann eine erste Überzugsschicht für Keramikformen hergestellt werden, indem ein Wachsmodell oder eine Modelltraube unter Drehen in die Bindersuspension getaucht wird, unter Drehen im Abtropfbereich eine gleichmäßige Suspensionsverteilung bei gleichzeitigem Abtropfen der überschüssigen Suspension erreicht wird, weiterhin in einem Wirbelsandbett eine gleichmäßige Bestreusandschicht aus Quarzsand des Korngrößenbereichs 0,1 bis 0,4 mm aufgebracht wird und abschnließend einer ausreichenden Zwischentrocknung unterzogen wird. Die maximale Abtropfzeit kann 45 bis 50s betragen, wenn in diesem Bereich geringe Luftgeschwindigkeiten zugelassen werden. Das Trocknungsverhalten der auf die beschriebene Weise hergestellten ersten Überzugsschicht wurde an einem kegelstumpfförm igen Prüfkörper mit ausgedehntem horizontalen Flächenanteil bei 300C, 40% rel. Feuchte und 1,2 m/s Windgeschwindigkeit ermittelt. Die hergestellte Überzugsschicht weist eine mit Kieselsolsuspensionen vergleichbare hohe Elastizität auf, so daß selbst beträchtliche Schwankungen der Trocknungsbedingungen oder der Suspensionstemperatur nicht nur Bildung von Rissen, Abhebungen o. ä. führt. Die damit herstellbare innere Oberfläche einer Keramikform erfüllt alle Anforderungen hinsichtlich einer konturengenauen Modellwiedergabe und einer einheitlichen glatten und dichten Beschaffenheit. Die Neigung zur Bildung von Abrieb an nach innen ragenden Konturen ist gegenüber Kieselsolsuspensionen deutlich verbessert.With this binder suspension, a first coating layer for ceramic molds can be prepared by dipping a wax model or a model grave into the binder suspension, while rotating in the dripping area a uniform suspension distribution is achieved with simultaneous dripping of the excess suspension, furthermore in a fluidized bed a uniform Bestreusand from Quartz sand of the particle size range 0.1 to 0.4 mm is applied and is subjected to a sufficient interim drying. The maximum dripping time can be 45 to 50 seconds if low air velocities are allowed in this area. The drying behavior of the first coating layer produced in the manner described was on a truncated conical test specimen with an extended horizontal area ratio at 30 0 C, 40% rel. Humidity and 1.2 m / s wind speed determined. The coating layer produced exhibits a high elasticity comparable to silica sol suspensions, so that even considerable variations in the drying conditions or the suspension temperature not only lead to the formation of cracks, lifts or the like. The thus produced inner surface of a ceramic mold meets all requirements in terms of a contour-accurate model reproduction and a uniform smooth and dense nature. The tendency to form abrasion on inwardly projecting contours is significantly improved compared to silica sol suspensions.
Es wird der Binderlösung des Beispiels 1 0,61 Ma.-% einer ethanolischen Methylphenylsiliconharzlösung (Harzanteil 70%, Phenyl-Methyl-Verhältnis 0,66, OH-Gruppengehalt 3,7%; mittlere Molmasse 1600) zugesetzt. Die Zugabe soll dabei so erfolgen, daß die Harzlösung mit der zweiten Ethanolmenge vermischt und diese Mischung der Binderlösung zugesetzt wird. Folgende veränderten Parameter und Eigenschaften sind gegenüber Bsp.1 zu verzeichnen:0.61% by weight of an ethanolic methylphenylsilicone resin solution (resin content 70%, phenyl-methyl ratio 0.66, OH group content 3.7%, average molecular weight 1600) is added to the binder solution of Example 1. The addition should be made so that the resin solution is mixed with the second amount of ethanol and this mixture is added to the binder solution. The following changed parameters and properties have been recorded compared to example 1:
zugegebene Quarzmehlmenge: 171,5Ma.-% Auslaufzeit der Bindersuspension: 14,7s Schichtdicke der Bindersuspension: 0,1169 mmadded quartz flour quantity: 171.5Ma .-% flow time of the binder suspension: 14.7s layer thickness of the binder suspension: 0.1169 mm
Infolge des Harzzusatzes ist die Neigung zur Bildung von Abrieb an nach innen ragenden Konturen gegenüber Bsp. 1 noch einmal deutlich verbessert, so daß dadurch entstehende fehlerhafte Oberflächen praktisch nicht mehr auftreten.As a result of the addition of resin, the tendency to form abrasion on inwardly projecting contours compared with Ex. 1 is again significantly improved, so that resulting defective surfaces practically no longer occur.
Es werden abweichend von Beispiel 2 Zirkon (Hauptkornfraktion 0,002 bis 0,050 mm) als Füllstoff für die Bindersuspension und Dynamullit 0,12 bis 0,25 mm als Bestreumaterial für die erste Überzugsschicht verwendet. Folgende veränderten Eigenschaften und Parameter sind gegenüber Bsp.2 zu verzeichnen:By way of derogation from example 2, zircon (main grain fraction 0.002 to 0.050 mm) is used as filler for the binder suspension and Dynamullite 0.12 to 0.25 mm as the sprinkling material for the first coating layer. The following changed properties and parameters can be seen in comparison to Example 2:
zugegebene Füllstoffmenge: 335,2Ma.-% Auslaufzeit der Bindersuspension: 14,0s Schichtdicke der Bindersuspension: 0,1086mmadded amount of filler: 335.2Ma .-% flow time of the binder suspension: 14,0s layer thickness of the binder suspension: 0.1086mm
Im Vergleich zu Bsp. 2 ist die mit dieser Bindersuspension herstellbare innere Oberfläche der Keramikform noch weiter verbessert. Sie ist von ihrer Beschaffenheit und Kondurenreproduzierbarkeit als nahezu ideal zu betrachten und als absolut abriebfest zu bezeichnen.In comparison to Ex. 2, the inner surface of the ceramic mold that can be produced with this binder suspension is even further improved. It is to be regarded by its nature and Kondurenreproduzierbarkeit as almost ideal and to be absolutely resistant to abrasion.
Es werden abweichend von Beispiel 2 Molochite, grade bis 200 als Füllstoff für die Bindersuspension und Molochite, grade 50-80 als Bestreumaterial für die erste Überzugsschicht verwendet. Folgende veränderten Eigenschaften und Parameter sind gegenüber Bsp.2 zu verzeichnen:By way of derogation from example 2, molochites, grade to 200, as filler for the binder suspension and molochites, grade 50-80, are used as the sprinkling material for the first coating layer. The following changed properties and parameters can be seen in comparison to Example 2:
zugegebene Füllstoffmenge: 154,8Ma.-% Auslaufzeit der Bindersuspension: 14,8s Schichtdicke der Bindersuspension: 0,1140 mmadded amount of filler: 154.8Ma .-% flow time of the binder suspension: 14.8s layer thickness of the binder suspension: 0.1140 mm
Die damit herstellbare innere Oberfläche einer Keramikform weist eine mit Bsp. 3 vergleichbare Qualität auf.The thus produced inner surface of a ceramic mold has a comparable with example 3 quality.
Zur Herstellung einer Binderlösung werden 73,30 Ma.-% des im Bsp. 1 verwendeten Kieselsols mit 5,55 Ma.-% Wasser vermischt. Anschließend wird dieser Mischung eine Lösung zugesetzt, welche wie folgt hergestellt wurde: 2,37 Ma.-% eines Ethylsilicats mit einem SiO2-Gehalt von 41 % werden mit 2,00Ma.-% des Ethanols von Bsp. 1,0,23 Ma.-% Wasser und 0,005Ma.-% konzentrierter Schwefelsäure unter Rühren mindestens 30 Minuten lang vermischt. Danach werden der Gesamtmischung weiterhin 15,60 Ma.-% des obrigen Ethanols sowie 0,45 Ma.-% des Tensids und 0,50Ma.-% des Entschäumers von Bsp. 1 zugesetzt. Die Eigenschaften der Binderlösung entsprechen der des Bsp.1. Zur Herstellung der Bindersuspension werden der o.g. Lösung 173,4 Ma.-% des in Bsp. 1 verwendeten Quarzmehls zugesetzt. Im Vergleich zu Bsp. 1 werden folgende veränderten Eigenschaften und Parameter im Vergleich zu Bsp. 1 erhalten:To prepare a binder solution, 73.30% by weight of the silica sol used in Example 1 are mixed with 5.55% by weight of water. Subsequently, a solution is added to this mixture, which was prepared as follows: 2.37% by weight of an ethyl silicate with an SiO 2 content of 41% are mixed with 2.00% by weight of the ethanol of Ex. 1.023 % By weight of water and 0.005% by weight of concentrated sulfuric acid with stirring for at least 30 minutes. Thereafter, 15.60% by weight of the above ethanol and 0.45% by weight of the surfactant and 0.50% by weight of the defoamer of Ex. 1 are also added to the total mixture. The properties of the binder solution correspond to those of Ex. To prepare the binder suspension, 173.4 mass% of the quartz powder used in Example 1 are added to the abovementioned solution. In comparison to example 1, the following changed properties and parameters are obtained in comparison to example 1:
Auslaufzeit der Bindersuspension: 14,7 s Schichtdicke der Bindersuspension: 0,1152 mmFlow time of the binder suspension: 14.7 s layer thickness of the binder suspension: 0.1152 mm
Es wird der Binderlösung des Bsp. 5 0,61 Ma.-% des Siliconharzes von Bsp. 2 nach der in Bsp. 2 beschriebenen Weise zugemischt. Folgende veränderten Parameter und Eigenschaften sind gegenüber Bsp.5 zu verzeichnen:The binder solution of Ex. 5 0.61% by weight of the silicone resin of Ex. 2 is mixed in the manner described in Ex. 2. The following changed parameters and properties are compared to example 5:
zugegebene Quarzmehlmenge: 168,2Ma.-% Auslaufzeit der Bindersuspension: 15,2s Schichtdicke der Bindersuspension: 0,1186mmadded quartz powder amount: 168.2Ma .-% flow time of the binder suspension: 15.2s layer thickness of the binder suspension: 0.1186 mm
Die Qualität der mit dieser Suspension erzeugten Überzüge bzw. inneren Formoberflächen entspricht der des Bsp.The quality of the coatings or inner mold surfaces produced with this suspension corresponds to that of Ex.
Es werden abweichend von Bsp. 6 Zirkon als Füllstoff und Dynamullit als Bestreumaterial in den in Bsp. 3 beschriebenen Qualitäten verwendet. Folgende veränderten Eigenschaften und Parameter sind gegenüber Bsp. 6 zu verzeichnen:By way of derogation from Example 6, zirconium is used as the filler and dynamullite as the sprinkling material in the qualities described in Example 3. The following changed properties and parameters are compared with Example 6:
zugegebene Füllstoffmenge: 348,6% Auslaufzeit der Bindersuspension: 15,4s Schichtdicke der Bindersuspension: 0,1005 mmadded amount of filler: 348.6% flow time of the binder suspension: 15.4s layer thickness of the binder suspension: 0.1005 mm
Die Qualität der mit dieser Suspension erzeugten Überzüge bzw. inneren Formoberflächen entspricht der des BeispielsThe quality of the coatings or inner mold surfaces produced with this suspension corresponds to that of the example
Es werden abweichend von Bsp. 6 Molochite als Füllstoff und Bestreumaterial in den in Bsp.4 beschriebenen Qualitäten verwendet. Folgende veränderten Eigenschaften und Parameter sind gegenüber Bsp. 6 zu verzeichnen:By way of derogation from Example 6, molochites are used as filler and dusting material in the qualities described in ex. The following changed properties and parameters are compared with Example 6:
zugegebene Füllstoffmenge: 152,2% Auslaufzeit der Bindersuspension: 17,1s Schichtdicke der Bindersuspension: 0,1165mmadded amount of filler: 152.2% flow time of the binder suspension: 17.1s layer thickness of the binder suspension: 0.1165 mm
Die Qualität der mit dieser Suspension hergestellten Überzüge bzw. inneren Formoberflächen entspricht der des Bsp.4.The quality of the coatings or inner mold surfaces produced with this suspension corresponds to that of Ex.4.
Claims (4)
Uberzugsschichten, auf Basis einer Kieselsol und Ethylsilicat enthaltenden Losung, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus einer alkalischen Losung folgender Zusammensetzung besteht1. Binderlosung for ceramic mask molds, in particular for the formation of the first
Coating layers based on a solution containing silica sol and ethylsilicate, characterized in that it consists of an alkaline solution of the following composition
10 bis 22 Ma.-% Ethanol2 to 7% by weight of ethyl silicate
10 to 22% by weight of ethanol
0,1 bisO,6Ma.-% Tensid3 to 16% by weight of water
0.1 to 6.0% by weight of surfactant
Ethoxysiliziumverbindungen mit einem SiO2-Gehalt von 29 bis 43% verwendet werden.3. Binder solution according to claim 1, characterized in that as ethyl silicate
Ethoxysiliziumverbindungen are used with a SiO 2 content of 29 to 43%.
Losung von Ethylsilicat unter Rühren zugesetzt wird, in welcher das Ethylsilicat vorher zu 30 bis 60% hydrolysiert wurde.4. A process for the preparation of Binderlosungen, characterized in that silica sols or mixed with water or ethanol fractions silica mixtures an acidified ethanolic
Solution of ethyl silicate is added with stirring, in which the ethyl silicate was previously hydrolyzed to 30 to 60%.
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DD34259790A DD296432A5 (en) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | ALKALINE BINDERLOESUNG FÜR KERAMISCHE MASKENFORMEN AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
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CN102069145A (en) * | 2011-02-22 | 2011-05-25 | 新兴铸管股份有限公司 | Lost foam complex solvent formula for electric power storage (EPS) white mold shell mould casting process and method for manufacturing EPS white mold shell mould |
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1990
- 1990-07-09 DD DD34259790A patent/DD296432A5/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
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CN102069145A (en) * | 2011-02-22 | 2011-05-25 | 新兴铸管股份有限公司 | Lost foam complex solvent formula for electric power storage (EPS) white mold shell mould casting process and method for manufacturing EPS white mold shell mould |
CN102069145B (en) * | 2011-02-22 | 2012-12-05 | 新兴铸管股份有限公司 | Lost foam complex solvent formula for electric power storage (EPS) white mold shell mould casting process and method for manufacturing EPS white mold shell mould |
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