DE102004017892B3 - Destructible mold core for metal casting, manufacture and use - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von zerstörbaren keramischen Formkernen für den metallischen Guss, deren Herstellung und Verwendung. Durch eine übliche Entbinderung der Grünen Keramik tritt im Allgemeinen eine erhebliche mechanische Schwächung der Gussform auf. So kann bei ungünstiger Bauteilgeometrie während des Gusses eine Zerstörung der feinen Strukturen oder der freitragenden Formteile erfolgen. DOLLAR A Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen geometrisch komplexen Formkern aus Schlicker-Keramik für den Metallguss bereitzustellen, der eine genügend hohe Strukturfestigkeit aufweist, um die Entformung aus der Urform sowie den metallischen Guss unbeschadet zu überstehen, und sich hierauf in einfacher Weise aus dem Gussling herauslösen lässt. DOLLAR A Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Formkern keramische Mikropartikel sowie eine stabile Außenhaut aufweist, in welcher die Mikropartikel durch gesinterte Nanopartikel miteinander verbunden sind.The invention relates to the production of destructible ceramic mold cores for the metallic casting, their manufacture and use. By a conventional debinding of the green ceramic generally occurs a significant mechanical weakening of the mold. Thus, with unfavorable component geometry during casting, a destruction of the fine structures or the cantilevered moldings can take place. DOLLAR A It is therefore an object of the invention to provide a geometrically complex mold core of slip ceramic for metal casting, which has a sufficiently high structural strength to survive the demolding of the original mold and the metallic casting unscathed, and then in a simple manner let the casting dissolve out. DOLLAR A The object is achieved in that the mandrel has ceramic microparticles and a stable outer skin, in which the microparticles are interconnected by sintered nanoparticles.

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von zerstörbaren Formkernen für den metallischen Guss, insbesondere zerstörbare Formkerne aus grüner Keramik, und deren Verwendung. Derartige Formkerne sind beispielsweise aus der DE 38 84 613 T2 bekannt.The invention relates to the production of destructible mold cores for the metallic casting, in particular destructible mandrels of green ceramic, and their use. Such mandrels are for example from the DE 38 84 613 T2 known.

Die Herstellung von Gussteilen mit Aussparungen Hinterschneidungen und Hohlstrukturen stellt hohe Anforderungen an die Herstellungsmethoden und die Materialien der entsprechenden Gussformen. Im Bereich des metallischen Gusses werden in der Regel auf Grund der hohen auftretenden Temperaturen keramische Gussformen eingesetzt.The Production of castings with recesses and undercuts Hollow structures places high demands on the production methods and the materials of the corresponding molds. In the area of Metallic castings are usually due to high occurring Temperatures used ceramic molds.

Zur Herstellung der keramischen Gussformen bedient man sich häufig des Schlickergusses, bei dem die Formgebung über das Abgießen von flüssigen Schlickern in eine Urform erfolgt. Ein weiteres häufig anzutreffendes Verfahren ist der keramische Spritzguss, bei dem formbare Keramikmassen in eine Urform unter Druck eingebracht werden. Die Schlicker oder Keramikmassen werden hierauf durch Trocknung bzw. Abkühlung verfestigt, wodurch eine grüne Keramik gebildet wird. Insbesondere im Falle komplex geformter Gussformen mit feinen, zum Teil freitragenden, Strukturen ergeben sich für den späteren metallischen Guss Probleme, die aus der unzureichenden Strukturfestigkeit der grünen Gussform resultieren.to Manufacture of ceramic molds is often used the Schlickergusses, in which the shaping of the pouring of liquid Slip into a prototype. Another frequently encountered Process is the ceramic injection molding, wherein the moldable ceramic materials be placed in a master mold under pressure. The slip or Ceramic masses are then solidified by drying or cooling, causing a green Ceramic is formed. Especially in the case of complex shaped molds with fine, partially self-supporting, structures arise for the later metallic Casting problems resulting from the insufficient structural strength of the green Mold result.

Durch eine übliche Entbinderung der Grünen Keramik tritt im Allgemeinen eine erhebliche mechanische Schwächung der Gussform auf. So kann bei ungünstiger Bauteilgeometrie während des Gusses eine Zerstörung der feinen Strukturen oder der freitragenden Formteile erfolgen.By a common one Relief of the Greens Ceramics generally occurs a significant mechanical weakening of the Mold on. So can at unfavorable Component geometry during of the font a destruction the fine structures or the cantilevered moldings done.

Dem Problem der unzureichenden Strukturfestigkeit kann im Prinzip mit einer Erhöhung der Festigkeit der Keramik begegnet werden, beispielsweise durch keramischen Brand (Sinterung) wie in der DE 38 84 613 T2 beschrieben. Dies hat jedoch den gravierenden Nachteil, dass sich die Gussform nach dem Guss nur noch sehr schwer aus dem Gussling entfernen lässt. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Hohlstrukturen der Fall, wo das verbleibende keramische Material nur noch schwer zugänglich ist.The problem of insufficient structural strength can in principle be countered by an increase in the strength of the ceramic, for example by ceramic firing (sintering) as in US Pat DE 38 84 613 T2 described. However, this has the serious disadvantage that the casting mold is very difficult to remove from the casting after casting. This is the case in particular in the production of hollow structures, where the remaining ceramic material is difficult to access.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen geometrisch komplexen Formkern aus Schlicker-Keramik für den Metallguss bereitzustellen, der eine genügend hohe Strukturfestigkeit aufweist, um die Entformung aus der Urform, sowie den metallischen Guss unbeschadet zu überstehen, und sich hierauf in einfacher Weise aus dem Gussling herauslösen lässt.It is therefore an object of the invention, a geometrically complex mold core from slip ceramic for To provide the metal casting, which has a sufficiently high structural strength has to remove the mold from the original, as well as the metallic To survive unscathed casting, and can be easily dissolved out of the casting.

Die Erfindung ist in Bezug auf den zu schaffenden Formkern durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Durch die Merkmale der Patentansprüche 3 und 8 sind ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie zu seiner vorteilhaften Verwendung gegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Formkerns, Verfahrens und Verwendung.The Invention is related to the mold core to be created by the Characteristics of claim 1 reproduced. By the features of the claims 3 and 8 are a process for its preparation and its given advantageous use. The further claims contain advantageous embodiments and further developments of the mold core according to the invention, Procedure and use.

Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Formkerns erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Formkern keramische Mikropartikeln sowie eine stabile Außenhaut aufweist, in welcher die Mikropartikeln durch gesinterte Nanopartikeln miteinander verbunden sind.The Task is relative of the mold core to be created according to the invention achieved in that the mandrel ceramic microparticles and a stable outer skin in which the microparticles are sintered nanoparticles connected to each other.

Mikropartikel sind Partikel mit Durchmessern im Mikrometerbereich, entsprechend sind Nanopartikel Partikel mit Durchmessern im Nanometerbereich. Die Außenhaut weist eine Dicke von wenigen Lagen der Mikropartikeln auf, d.h. maximal 1 Millimeter. Die gesinterte Außenhaut gibt dem Formkern ausreichend Stabilität und Strukturfestigkeit, um die Entformung aus der Urform sowie den metallischen Guss unbeschadet zu überstehen. Das Innere des Formkerns besteht im Wesentlichen aus losen Mikropartikeln, die teilweise leicht angesintert sein können ohne dadurch jedoch in den Stabilitätsbereich der Außenhaut zu gelangen. Nach dem Metallguss schrumpft das erkaltende Metall auf den Formkern auf, woraus Druckspannungen resultieren. Diese Druckspannungen schwächen die Stabilität der Außenhaut ausreichend, um sie mit einem Wasserstrahl ausbrechen zu können und so die Außenhaut und den losen Innenbereich des Formkerns aus dem Gussling ausschwemmen zu können.microparticles are particles with diameters in the micrometer range, correspondingly Nanoparticles are particles with diameters in the nanometer range. The outer skin has a thickness of a few layers of the microparticles, i. maximum 1 mm. The sintered outer skin gives the mold core sufficient Stability and Structural strength to the demolding of the original form as well as the metallic Cast unscathed. The interior of the mold core consists essentially of loose microparticles, which can be slightly sintered in some cases, without, however, in the stability range the outer skin to get. After metal casting, the cooling metal shrinks on the mold core, resulting in compressive stresses. These Weaken compressive stresses the stability the outer skin sufficient to break them with a jet of water and so the outer skin and wash out the loose interior of the mandrel from the casting to be able to.

Außerdem wird durch die Beschränkung der Sinterung auf die dünne Außenhaut die typische Sinterschwindung auf ein Minimum reduziert, woraus eine wesentlich verbesserte Maßhaltigkeit der Formkerne resultiert.In addition, by limiting the sintering to the thin skin, the typical sintering shrinkage is reduced to a minimum, resulting in a significantly improved dimensional stability of the mandrels consulted.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Formkerns bestehen die Mikropartikeln und/oder Nanopartikeln aus refraktären Oxiden, Carbiden oder Nitriden, insbesondere der Elemente Al, Zr, Si, Mg, Ca oder Ti. Vorzugsweise bestehen die Mikropartikeln aus Zirkonsilikat und die Nanopartikeln aus Siliziumdioxid.In an advantageous embodiment the mold core of the invention the microparticles and / or nanoparticles consist of refractory oxides, Carbides or nitrides, in particular of the elements Al, Zr, Si, Mg, Ca or Ti. The microparticles are preferably made of zirconium silicate and the nanoparticles of silicon dioxide.

Derartige Materialien weisen eine ausreichende Temperaturbeständigkeit, eine gute Verarbeitbarkeit sowie geeignete Marktverfügbarkeit und Preis in geeigneten Partikelgrößen auf.such Materials have sufficient temperature resistance, a good processability as well as suitable market availability and price in appropriate particle sizes.

Vorzugsweise werden mindestens zwei Partikelgrößenklassen an Mikropartikeln zur Herstellung des Schlickers verwendet, um eine bessere Volumenfüllung zu erzielen.Preferably be at least two particle size classes of microparticles used to make the slurry to better fill the volume achieve.

Der Schlicker wird vorzugsweise mit Wasser angemacht, insbesondere mit deionisiertem Wasser, um Beeinflussungen von Zusätzen möglichst auszuschließen. Derartige Zusätze sind z.B. Dispergatoren, Entschäumer und Antifrostmittel. Letztere können zugesetzt werden, um die Bildung großer Eiskristalle beim Einfrieren des Schlickers zu verhindern, die anderenfalls zu Gefügefehlstellen im Formkern führen könnten.Of the Slip is preferably mixed with water, in particular with deionized water, to exclude influences of additives as possible. such additions are e.g. Dispersants, defoamers and antifreeze. The latter can be added to the formation of large ice crystals during freezing to prevent the slip, which otherwise lead to microstructural defects lead in the mold core could.

Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens zur Herstellung eines zerstörbaren Formkerns für den metallischen Guss erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:

  • – Bereitstellen einer Urform,
  • – Bereitstellen eines Schlickers, enthaltend keramische Mikropartikeln,
  • – Befüllen der Urform mit dem Schlicker,
  • – Gefrieren des Schlickers zum grünen Formkern
  • – Herauslösen des grünen Formkerns aus der Urform
  • – Gefriertrocknen des grünen Formkerns
  • – Aufbringen von kolloidalen Nanopartikeln auf den grünen Formkern,
  • – Erwärmen
  • – zum Ausgasen organischer Bestandteile des grünen Formkerns und
  • – zum Sintern der kolloidalen Nanopartikeln unter Ausbildung einer stabilen Außenhaut des Formkerns.
With regard to the method to be produced for producing a destructible mold core for the metallic casting, the object is achieved according to the invention by the following steps:
  • - Providing a prototype,
  • Providing a slip containing ceramic microparticles,
  • Filling the master mold with the slip,
  • - Freeze the slurry to the green mold core
  • - Removal of the green mold core from the original form
  • - Freeze-drying of the green mold core
  • Application of colloidal nanoparticles to the green mold core,
  • - heating
  • - For the outgassing of organic components of the green mold core and
  • - For sintering the colloidal nanoparticles to form a stable outer skin of the mold core.

Dabei erfolgt das Befüllen der Urform mit Schlicker, durch Eingießen, Einspritzen oder Eintauchen. Das Aufbringen der kolloidalen Nanopartikeln auf den grünen Formkern erfolgt durch Aufsprühen oder Aufstreichen einer Dispersion, z.B. mit einem Pinsel. Denkbar ist aber auch ein Bestäuben.there the filling takes place the original form with slip, by pouring, injecting or dipping. The Applying the colloidal nanoparticles to the green mold core done by spraying or spreading a dispersion, e.g. with a brush. Conceivable but it is also a dusting.

Bei den organischen Bestandteilen des grünen Formkerns handelt es sich vorwiegend um Binder sowie um geringe Anteile von Zusätzen. Durch deren Ausgasung verbleiben die Mikropartikeln im Inneren des Formkerns im Wesentlichen in loser Anordnung zurück. Der Zusammenhalt des Formkerns erfolgt vorwiegend durch die Außenhaut, die über Sinterbrücken der an- und/oder aufgeschmolzenen Nanopartikeln zwischen den Mikropartikeln ihre Stabilität ausbildet. Diese Sinterbrücken weisen ausreichende Festigkeit auf, um die Entformung aus der Urform sowie den metallischen Guss unbeschadet zu überstehen. Jedoch werden sie durch den metallischen Guss und dadurch auftretende Druckspannungen derart geschwächt, dass sie mit einem Wasserstrahl aufgebrochen werden können und so der Formkern aus dem Gussling ausgeschwemmt werden kann.at the organic components of the green mold core are mainly by binders and small amounts of additives. By their outgassing, the microparticles remain inside the mold core essentially back in a loose arrangement. The cohesion of the mold core occurs mainly through the outer skin, the above sintered bridges of the fused and / or molten nanoparticles between the microparticles their stability formed. These sinter bridges have sufficient strength to remove the mold from the original mold as well as to survive the metallic casting unscathed. However, they will through the metallic casting and the resulting compressive stresses so weakened, that they can be broken up with a jet of water and so that the mold core can be flushed out of the casting.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Erwärmen eine Maximaltemperatur zwischen 800 und 1200 °C, vorzugsweise 900 °C, erreicht, wobei die Maximaltemperatur 30 bis 120 Minuten, vorzugsweise 60 Minuten, konstant gehalten wird.In an advantageous embodiment the method according to the invention gets warming reaches a maximum temperature between 800 and 1200 ° C, preferably 900 ° C, the maximum temperature being 30 to 120 minutes, preferably 60 Minutes, kept constant.

Bei einer derartigen Maximaltemperatur und Verweildauer wird für die vorgenannten Materialien eine Versinterung der Nanopartikeln erreicht, die eine ausreichende Stabilität des Formkerns gewährleistet.at Such a maximum temperature and residence time is for the aforementioned Materials achieved a sintering of nanoparticles, the one sufficient stability ensures the mold core.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Maximaltemperatur durch einen kontinuierlichen, vorzugsweise linearen Temperaturanstieg zwischen 100 und 150 °C/h, vorzugsweise 120 °C/h, erreicht.In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention is the maximum temperature by a continuous, preferably linear temperature increase between 100 and 150 ° C / h, preferably 120 ° C / h achieved.

Dies gewährleistet eine gleichmäßige und vollständige Ausgasung der organischen Bestandteile.This guaranteed a uniform and full Outgassing of the organic components.

Vorzugsweise werden die Ausgasungen während des Erwärmens abgesaugt, da sie je nach Zusammensetzung eine Geruchsbelästigung oder gar eine Gesundheitsstörung hervorrufen können.Preferably be the outgassing during of heating sucked off, since they are depending on the composition of an odor or even a health problem can cause.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Aufbringen der Nanopartikeln durch Besprühen oder Bestreichen mit einer Dispersion der Nanopartikeln, vorzugsweise mit einer wässrigen Dispersion. Dies ermöglicht die Ausbildung einer gleichmäßigen Außenhaut. Eine wässrige Dispersion ist vorteilhaft in Hinsicht auf eine ungefährliche Verarbeitung und die nachfolgende Ausgasung.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention the nanoparticles are applied by spraying or Coating with a dispersion of the nanoparticles, preferably with an aqueous Dispersion. this makes possible the formation of a uniform outer skin. A watery Dispersion is advantageous in terms of harmless Processing and subsequent degassing.

Die Aufgabe wird bezüglich der anzugebenden Verwendung eines zerstörbaren Formkerns für den metallischen Guss erfindungsgemäß gelöst durch den Guss von Bauteilen für Verbrennungskraftmaschinen aus Stählen, Leichtmetallen oder deren Legierungen, insbesondere dem Feinguss nach dem Wachsausschmelzverfahren, vorzugsweise dem Aluminiumfeinguss. Außerdem eignet es sich zur Herstellung von aus mehreren Teilen zusammengesetzten keramischen Gussformen.The Task is relative the stated use of a destructible mandrel for the metallic Cast solved according to the invention the casting of components for Internal combustion engines of steels, light metals or their Alloys, in particular investment casting by the lost wax casting method, preferably the aluminum investment casting. It is also suitable for production of ceramic molds composed of several parts.

Nachfolgend werden anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäße Formkern, das Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung näher erläutert:
Zunächst wird eine Urform für einen Radkastenkern bereit gestellt. Diese besteht aus einer Außenschale aus mehreren Aluminiumsegmenten, die aus dem Vollen gefräst wurden und miteinander verschraubt sind sowie aus einer Innenschale aus 1 bis 3 mm dicken Silikonhälften, die passgenau zueinander in die Außenschale eingefügt sind. Alle Segmente sowie die Silikonschalen werden mit Silikonspray als Trennmittel besprüht, um das spätere Entformen zu erleichtern.In the following, the mold core according to the invention, the method for its production and its use are explained in greater detail on the basis of an exemplary embodiment:
First, a prototype for a wheel house core is provided. This consists of an outer shell of several aluminum segments, which were milled from the solid and bolted together and an inner shell of 1 to 3 mm thick silicone halves, which are precisely inserted into each other in the outer shell. All segments and the silicone shells are sprayed with silicone spray as a release agent to facilitate subsequent demolding.

Außerdem wird ein Schlicker bereitgestellt. Zur Herstellung des Schlickers werden die Komponenten gemäß Tabelle 1 in einen Mischbehälter eingewogen und in einem Topfroller über einen Zeitraum von 4 Stunden miteinander vermischt. Zur Verbesserung des Mischvorgangs werden keramische Kugeln mit einem Durchmesser von 20 Millimetern beigegeben.In addition, will provided a slip. To prepare the slip the components according to the table 1 in a mixing container Weighed and in a pot scooter over a period of 4 hours mixed together. To improve the mixing process added ceramic balls with a diameter of 20 millimeters.

Tabelle 1: Zusammensetzung des Schlickers

Figure 00070001
Table 1: Composition of the slip
Figure 00070001

Bei dem Antifrostmittel handelt es sich um Glyzerin, reinst, 87%. Es dient dazu die Bildung von großen Eiskristallen beim Einfrieren des Schlickers zu verhindern.at Antifreeze is glycerine, pure, 87%. It The purpose of this is the formation of large ice crystals to prevent freezing of the slip.

Als Dispergator wird eine 25-prozentige wässrige Lösung aus Polyammonium-Methacrylat verwendet, die unter dem Handelsnamen Darvan ® C erhältlich ist.As dispersing agent a 25 percent aqueous solution of polyammonium methacrylate is used, which is available under the trade name Darvan ® C.

Als Mikropartikeln werden Zirkonsilikat-Partikeln unterschiedlicher Partikelgrößenverteilung verwendet. Die Fraktion I weist eine mittlere Partikelgröße von circa 2 μm auf (Handelsname: Ultrox Standard), die Fraktion II von circa 23 μm (Handelsname: Zircon 200 mesh).When Microparticles become different from zirconium silicate particles Particle size distribution used. The fraction I has an average particle size of about 2 μm (Trade name: Ultrox standard), fraction II of about 23 μm (trade name: Zircon 200 mesh).

Kurz vor dem Ende der Mischzeit werden der Mischung noch 10 Tropfen Entschäumer (Kombination aus flüssigen Kohlenwasserstoffen, Kieselsäure, synth. Copolymeren und nichtionogenen Emulgatoren; Handelsname Agitan 280) beigemischt.Short before the end of the mixing time of the mixture 10 drops of defoamer (combination of liquid Hydrocarbons, silicic acid, synth. copolymers and nonionic emulsifiers; Trade name Agitan 280).

Der fertige Schlicker weist eine Dichte von 2, 7 g/cm3 sowie einen Wassergehalt von 11 Gewichtsprozent auf. Er wird rührend gelagert.The finished slip has a density of 2.7 g / cm 3 and a water content of 11 weight percent. He is stored touching.

Der bereitgestellte Schlicker wird gleichmäßig in die bereit gestellte Urform eingegossen.Of the provided slip is evenly provided in the Cast in original form.

Danach wird der Schlickers zum grünen Formkern gefroren. Dazu wird die mit dem Schlicker gefüllte Urform in einem Kühlgerät gleichmäßig auf -40 °C abgekühlt und darin für 3 Stunden belassen.After that the Schlickers becomes green Mold core frozen. This is the filled with the slip archetype in a refrigerator evenly Cooled to -40 ° C and in it for Leave for 3 hours.

Anschließend erfolgt das Herauslösen des grünen Formkerns aus der Urform. Dazu werden zunächst die äußeren Aluminiumsegmente abgenommen und danach die flexiblen Silikonhälften abgezogen.Then done the dissolution of the green Form core from the original form. First, the outer aluminum segments are removed and then peeled off the flexible silicone halves.

Der noch feuchte grüne Formkern wird bis zum Gefriertrocknen bei -20 °C, d.h. deutlich unter dem Gefrierpunkt der Keramiksuspension, gelagert.Of the still wet green Mold core is allowed to freeze-dry at -20 ° C, i. well below freezing the ceramic suspension, stored.

Für das Gefriertrocknen wird eine handelsübliche Gefriertrocknungsanlage bereitgestellt. Die Anlage wird vor dem Einsetzen des gefrorenen, noch feuchten grünen Formkerns vorgekühlt. Dabei wird die Stellfläche für den Formkern auf circa -30 °C, und ein Kondensator (als erforderliche Kältesenke zum Auskondensieren des erzeugten Wasserdampfs) auf circa -75 °C vorgekühlt.For freeze drying becomes a commercial one Freeze dryer provided. The plant will be in front of the Insert the frozen, still moist green mold core precooled. there becomes the footprint for the Mold core at about -30 ° C, and a condenser (as required cold sink for condensing out of the generated water vapor) to approx. -75 ° C pre-cooled.

Für das Gefriertrocken wird ein formkernspezifisches und schlickerspezifisches Trocknungsprogramm durchlaufen: Für den Radkastenkern aus vorstehend beschriebenem Schlicker wird der Druck auf circa 100 Pa gesenkt (Grundsätzlich muss der Druck unter dem Tripelpunkt des Wassers bei circa 600 Pa liegen und bei einem Gefrierpunkt des Schlickers unter den von Wasser entsprechend abgesenkt werden). Während der Gefriertrocknung wird die Stellfläche des Formkerns konstant auf circa -15 °C "geheizt", um die bei der Trocknung abgegebene Sublimationswärme zu kompensieren, die ansonsten den Formkern stark abkühlen und den Trocknungsvorgang verlangsamen würde.For the freeze-drying will undergo a form-specific and slip-specific drying program: For the Radkastenkern from above-described slurry is the pressure lowered to about 100 Pa (Basically the pressure below the triple point of the water must be around 600 Pa lie and at a freezing point of the slip below that of water be lowered accordingly). During freeze-drying becomes the footprint of the mandrel constantly "heated" to about -15 ° C to those released during drying sublimation to compensate, otherwise cool the mold core strongly and would slow down the drying process.

Nach dem Gefriertrocken wird der grüne Formkern gewogen und in einem Trockenschrank in einem Zeitraum von circa 30 Minuten auf circa 60 °C aufgeheizt und für circa 60 Minuten bei dieser Temperatur nachgetrocknet. Danach wir der grüne Formkern erneut gewogen. Dies erfolgt vorwiegend aus Gründen der Qualitätssicherung, da eine unvollständige Gefriertrocknung Schrumpfungsrisse und Inhomogenitäten bei einer Nachtrockung unter Raumatmosphäre nach sich ziehen kann. Üblicherweise ist die gemessene Gewichtsdifferenzjedoch vernachlässigbar und eher als (entbehrlicher) Qualitätsnachweis der Gefriertrocknung anzusehen.To the freeze-dried becomes the green Molded core weighed and placed in a drying oven over a period of time about 30 minutes to about 60 ° C heated and for dried for about 60 minutes at this temperature. After that we the green one Weigh the mold core again. This is done mainly for the sake of Quality control, because an incomplete Freeze-drying shrinkage cracks and inhomogeneities at may cause a night-drying under a room atmosphere. Usually however, the measured weight difference is negligible and rather as a (dispensable) proof of quality of freeze-drying to watch.

Danach werden die kolloidalen Nanopartikeln auf den grünen Formkern aufgebracht. Dazu wird eine wässrige Dispersion von SiliziumDioxid-Nanopartikeln (Handelsname Syton® X30, Hersteller DuPont) mit einem Pinsel dünn aufgestrichen. Die Partikeln haben eine mittlere Größe von circa 40 nm und entsprechen circa 30 Gewichtsprozent der Dispersion.Thereafter, the colloidal nanoparticles are applied to the green mandrel. For this purpose, an aqueous dispersion of silicon dioxide nanoparticles (trade name Syton ® X30, manufacturer DuPont) is brushed thin with a brush. The particles have a mean size of about 40 nm and correspond to about 30% by weight of the dispersion.

Danach wird der grüne bestrichene Formkern ausgeheizt und gesintert. Dazu wird er mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 120 °C/h auf eine Maximaltemperatur von Maximaltemperatur von 900 °C aufgeheizt und bei dieser Maximaltemperatur für 60 Minuten belassen. Danach wir er gleichmäßig auf Raumtemperatur abgekühlt.After that becomes the green one coated mold core baked and sintered. For this he will be with a heating rate of 120 ° C / h to a maximum temperature of maximum temperature of 900 ° C heated and left at this maximum temperature for 60 minutes. After that we evenly Room temperature cooled.

Die meisten organischen Bestandteile verbrennen im Temperaturbereich von 200 bis 300 °C. Die dabei entstehenden Ausgasungen werden abgesaugt.The Most organic components burn in the temperature range from 200 to 300 ° C. The resulting outgassings are sucked off.

Die Nanopartikeln bilden bei einer derartigen Temperaturführung Sinterbrücken zwischen den Mikropartikeln, so dass sich eine stabile Außenhaut des Formkerns ausbildet.The Nanoparticles form sinter bridges in such a temperature control the microparticles, so that forms a stable outer skin of the mold core.

Der stabile Formkern wird in Form (Gießtraube) eingesetzt und diese mit einer metallischen Schmelze befüllt. Nach dem Guss schrumpft das erkaltende Metall auf den Formkern auf, woraus Druckspannungen resultieren. Diese Druckspannungen schwächen die Stabilität der Außenhaut ausreichend, um sie mit einem Wasserstrahl ausbrechen zu können und so die Außenhaut und den losen Innenbereich des Formkerns leicht aus dem Gussling ausschwemmen zu können.Of the stable mold core is used in the form (casting grape) and this filled with a metallic melt. After casting shrinks the cooling metal on the mold core, resulting in compressive stresses result. These compressive stresses weaken the stability of the outer skin sufficient to break them with a jet of water and so the outer skin and the loose interior of the mold core easily from the Gussling to be able to wash out.

Der erfindungsgemäße Formkern und das erfindungsgemäße Verfahren zu seiner Herstellung erweisen sich in der Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Beispiels als besonders geeignet für den metallischen Guss, insbesondere für den Aluminium-Feinguss, in der Automobilindustrie.Of the Mold core according to the invention and the method according to the invention for its preparation prove in the embodiment of the above-described Example as particularly suitable for the metallic casting, in particular for the Aluminum investment casting, in the automotive industry.

Claims (9)

Zerstörbarer Formkern für den metallischen Guss, enthaltend keramische Mikropartikeln, dadurch gekennzeichnet , dass der Formkern eine stabile Außenhaut aufweist, in welcher die Mikropartikeln durch gesinterte Nanopartikeln miteinander verbunden sind.A destructible mold core for the metallic casting, comprising ceramic microparticles, characterized in that the mold core has a stable outer skin, in which the microparticles are interconnected by sintered nanoparticles. Formkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikropartikeln und/oder Nanopartikeln aus refraktären Oxiden, Carbiden oder Nitriden bestehen, vorzugsweise die Mikropartikeln aus Zirkonsilikat und die Nanopartikeln aus Siliziumdioxid.Mold core according to claim 1, characterized in that that the microparticles and / or nanoparticles of refractory oxides, Carbides or nitrides are made, preferably the microparticles made of zirconium silicate and the nanoparticles of silicon dioxide. Verfahren zur Herstellung eines zerstörbaren Formkerns für den metallischen Guss mit den Schritten: – Bereitstellen einer Urform, – Bereitstellen eines Schlickers, enthaltend keramische Mikropartikeln, – Befüllen der Urform mit dem Schlicker, – Gefrieren des Schlickers zum grünen Formkern – Herauslösen des grünen Formkerns aus der Urform – Gefriertrocknen des grünen Formkerns gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: – Aufbringen von kolloidalen Nanopartikeln auf den grünen Formkern, – Erwärmen – zum Ausgasen organischer Bestandteile des grünen Formkerns und – zum Sintern der kolloidalen Nanopartikeln unter Ausbildung einer stabilen Außenhaut des Formkerns.Process for producing a destructible mold core for the metallic cast with the steps: - Providing a prototype, - Provide a slip containing ceramic microparticles, - filling the Original form with the slip, - Freezing of the slip to the green mold core - Dissolve the green Form core from the original form - freeze-drying of the green Mold core characterized by the further steps: - Apply of colloidal nanoparticles on the green mold core, - heating - for outgassing green organic components Mold core and - to the Sintering the colloidal nanoparticles to form a stable shell of the mold core. Verfahren zur Herstellung eines Formkerns nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen eine Maximaltemperatur zwischen 800 und 1200 °C, vorzugsweise 900 °C, erreicht, dass die Maximaltemperatur 30 bis 120 Minuten, vorzugsweise 60 Minuten, konstant gehalten wird.A method for producing a mandrel according to claim 3 characterized in that the heating is a maximum temperature between 800 and 1200 ° C, preferably 900 ° C, achieved that the maximum temperature 30 to 120 minutes, preferably 60 minutes, kept constant. Verfahren zur Herstellung eines Formkerns nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Maximaltemperatur durch einen kontinuierlichen, vorzugsweise linearen Temperaturanstieg zwischen 100 und 150 °C/h, vorzugsweise 120 °C/h, erreicht wird.A method for producing a mandrel according to claim 4, characterized in that the maximum temperature by a continuous, preferably linear temperature increase between 100 and 150 ° C / h, preferably 120 ° C / h, is reached. Verfahren zur Herstellung eines Formkerns nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erwärmens Ausgasungen abgesaugt werden.Process for producing a mold core according to one of the preceding claims 3 to 5, characterized in that outgassing during heating be sucked off. Verfahren zur Herstellung eines Formkerns nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Nanopartikeln durch Besprühen oder Bestreichen mit einer Dispersion, vorzugsweise wässrigen Dispersion, der Nanopartikeln erfolgt.Process for producing a mold core according to one of the preceding claims 3 to 6, characterized in that the application of the nanoparticles by spraying or spreading with a dispersion, preferably aqueous Dispersion, the nanoparticles takes place. Verwendung zerstörbarer Formkerne nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 2 für den Guss von Bauteilen für Verbrennungskraftmaschinen aus Stählen oder Leichtmetall.Use of destructible Shaped cores according to one of the preceding claims 1 to 2 for the casting of Components for Internal combustion engines of steels or light metal. Verwendung zerstörbarer Formkerne nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 2 zur Herstellung von aus mehreren Teilen zusammengesetzten keramischen Gussformen.Use of destructible Shaped cores according to one of the preceding claims 1 to 2 for the production of ceramic molds composed of several parts.
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