DE102015106999A1

DE102015106999A1 - Verfahren und Zusammensetzungen zur Herstellung von keramischen Gegenständen

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Publication number: DE102015106999A1
Application number: DE102015106999.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Francis McNulty; Michael Joseph O'Brien; John Thomas Leman; Ayesha Maria GONSALVES
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2015-11-19
Also published as: CH709722A2; JP2015218107A; US20150328678A1; CN105254331A

Abstract

Es sind Zusammensetzungen und Verfahren geschaffen, die zur Erzeugung von Keramikgegenständen, wie z.B. Kernen und Schalen für den Feinguss, nützlich sind. Die Zusammensetzung umfasst eine Flüssigkeit, die aufweist: eine Siloxanspezies; eine Vielzahl von Teilchen, die ein Keramikmaterial umfassen und innerhalb der Flüssigkeit angeordnet sind; ein Katalysatormaterial, das innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist; und ein Poren bildendes Mittel, das innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist. Das Poren bildende Mittel umfasst ein siliciumhaltiges Mittel, das in Bezug auf die Flüssigkeit im Wesentlichen inert ist und ein mittleres Molekulargewicht von weniger als etwa 1300 Gramm pro Mol aufweist. Das Verfahren umfasst ein Anordnen irgendeiner der vorstehend beschriebenen Zusammensetzungen in einer gewünschten Gestalt, Härten der Siloxanspezies und Verflüchtigen des Poren bildenden Mittels zum Bilden eines porösen Grünlings.

Description

HINTERGRUND
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf den Feinguss und mehr im Besonderen auf Materialien zum Einsatz beim Formen von Keramikkernen und Maskenformen, die beim Feinguss eingesetzt werden.
Die Herstellung von Gasturbinen-Komponenten, wie Turbinenlaufschaufeln und -leitschaufeln, erfordert, dass die Teile mit genauen Abmessungen hergestellt werden, die enge Toleranzen aufweisen. Der Feinguss ist eine Technik, die üblicherweise zum Herstellen dieser Teile angewendet wird. Die Dimensionskontrolle des Gussteils hängt eng mit der Dimensionskontrolle eines Keramikeinsatzes, der als der Kern bekannt ist, ebenso wie der Form zusammen, die auch als Schale bekannt ist. In dieser Hinsicht ist es wichtig, in der Lage zu sein, den Kern und die Schale bis zu einer Abmessungsgenauigkeit herzustellen, die den Abmessungen des erwünschten Metallgusskörpers, z.B., einer Turbinenlaufschaufel, -leitschaufel und Ähnlichem entspricht.
Zusätzlich zum Erfordernis einer Abmessungsgenauigkeit beim Gießen des Keramikkernes erfordert die Produktion verschiedener Turbinenkomponenten, dass der Kern nicht nur abmessungsmäßig genau, sondern auch genügend fest ist, um seine Gestalt während des Glühens, der Wachsverkapselung, der Erzeugung der Schale und des Metallgießprozesses aufrechtzuerhalten. Weiter muss der Kern genügend nachgiebig sein, um das mechanische Reißen des Gussteils während des Abkühlens und Erstarrens zu verhindern. Weiter müssen die Kernmaterialien im Allgemeinen in der Lage sein, Temperaturen zu widerstehen, die üblicherweise zum Gießen von Superlegierungen angewendet werden, die zum Herstellen der Turbinenkomponenten benutzt werden, z.B., Temperaturen, die allgemein mehr als 1000°C betragen. Schließlich muss der Kern nach dem Metallgießprozess leicht entfernt werden. Die Feingussindustrie benutzt typischerweise Siliciumdioxid oder Keramiken auf Siliciumdioxidgrundlage aufgrund deren hervorragender Auslaugbarkeit in Gegenwart starker Basen.
Feingusskerne und -schalen können unter Anwendung von Niederdruck-Spritzgusstechniken hergestellt werden, wie sie in der US-PS 7,287,573 beschrieben sind. Das darin beschriebene Verfahren schließt allgemein das Dispergieren eines Keramikpulvers zum Bilden einer Aufschlämmung in einer Siliconflüssigkeit ein, wobei die Siliconflüssigkeit Siliconverbindungen mit funktionellen Alkenyl- und Hydridgruppen einschließt. In einigen Fällen werden die Siliconverbindungen zuerst in einem flüchtigen Lösungsmittel (z.B. aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, die durch Wärmebehandlung entfernt werden können) aufgelöst, die dann zu dem Keramikpulver hinzugegeben werden, um eine Keramikaufschlämmung zu bilden, und weiter verarbeitet werden. Nachdem eine stabile Suspension gebildet worden ist, wird ein Metallkatalysator hinzugegeben und das gewünschte Teil geformt. In Abhängigkeit von der besonderen eingesetzten Binderflüssigkeit und des Metallkatalysators kann eine Heizstufe angewendet werden, um eine katalysierte Reaktion zwischen den Siloxanspezies zu bewirken und dadurch die gebildete Suspension zu einem Grünling zu härten. Die Siliconverbindungen vernetzen in der Form und ergeben eine Dispersion von Keramikteilchen in einer starren polymeren Matrix auf Silicongrundlage. Die so gebildete polymere Siliconmatrix kann dann durch weiteres Erhitzen auf eine höhere Temperatur zur Erzeugung eines Siliciumdioxids im Wesentlichen zersetzt werden.
Das oben beschriebene Verfahren liefert Verbesserungen gegenüber früher entwickelten Verfahren zum Bilden von Keramikkernen zum Feinguss. Es gibt jedoch noch einige Gelegenheiten zur Verbesserung. So kann, z.B., das lösungsmittelfreie Herangehen in einem ziemlich dichten Material resultieren, das in dem Grünling geformt wird; der Mangel an Porosität kann zu einem größenabhängigen Schrumpfen führen, das während des Glühschritts zum Reißen führen kann. Dieses Reißen kann in Fällen besonders akut sein, bei denen der Merkmalsmaßstab (d.h., der Größenunterschied zwischen kleinen und großen Merkmalen an dem Kern) groß ist. Der Einsatz eines Lösungsmittels in dem Verfahren kann sich zumindest teilweise dieses Problems annehmen, indem sich miteinander verbundene Porosität als ein Resultat der Lösungsmittelentfernung vor der Härtungsstufe in dem Kern bilden kann. Der Einschluss von Lösungsmittel in dem Verfahren führt jedoch zur Emission flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) und kann in einigen Fällen die Notwendigkeit des Einsatzes spezieller flüssigkeitsdurchlässiger Formen, die für die Lösungsmittelentfernung entworfen sind, hervorrufen.
Es bleibt ein Bedarf im Stande der Technik an verbesserten Keramikaufschlämmungen und damit in Beziehung stehenden Prozessen, die Kerne und andere Keramikkörper ergeben, wie sie beim Feinguss eingesetzt werden, die gewünschte physikalische und mechanische Eigenschaften aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG
Es sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geschaffen, um diesen und andere Bedürfnisse zu erfüllen. Eine Ausführungsform ist eine Zusammensetzung. Die Zusammensetzung umfasst eine Flüssigkeit, die eine Siloxanspezies aufweist, eine Vielzahl von Teilchen, die ein Keramikmaterial aufweisen, das in der Flüssigkeit angeordnet ist, ein Katalysatormaterial, das in der Flüssigkeit angeordnet ist, und ein Poren bildendes Mittel, das in der Flüssigkeit angeordnet ist. Das Poren bildende Mittel umfasst ein Silicium enthaltendes Mittel, das hinsichtlich der Flüssigkeit im Wesentlichen inert ist und ein mittleres Molekulargewicht von weniger als etwa 1300 Gramm pro Mol aufweist.
In der vorerwähnten Zusammensetzung kann die Siloxanspezies der Flüssigkeit eine funktionelle Alkylgruppe und eine funktionelle Hydridgruppe umfassen.
Zusätzlich oder in einer Alternative kann das Poren bildende Mittel ein Siloxan, ein Silan oder eine Kombination umfassen, die ein Siloxan und ein Silan einschließt.
In einer Variante kann das Silicium-haltige Mittel ein cyclisches Siloxan umfassen.
In der zuletzt erwähnten Variante kann das Silicium-haltige Mittel Decamethylcyclopentasiloxan (D5), 1,3,5-Tris(trifluorpropyl)trimethyl-cyclotrisiloxan (D3F) oder Mischungen umfassen, die entweder eines oder beide von diesen einschließen.
In einer anderen Variante kann das Silicium-haltige Mittel ein lineares Siloxan umfassen.
In einer weiteren Variante kann das Siliciumhaltige Mittel eine Mischung aus Silicium-haltigen Mittelkomponenten umfassen, wobei die Komponenten der Mischung unterschiedliche Siedepunkte aufweisen.
In noch einer weiteren Variante kann das Siliciumhaltige Mittel Phenyltrimethylsilan, Tetra-n-butylsilan, p-Tolyltrimethylsilan, Methyltri-n-trioctylsilan, Dimethyldiphenylsilan, Methyltri-n-hexylsilan oder Kombinationen umfassen, die eine oder mehrere dieser einschließen.
In der Zusammensetzung irgendeiner oben erwähnten Art kann das Poren bildende Mittel in einer Konzentration von mindestens 5 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung vorhanden sein.
Im Besonderen kann das Poren bildende Mittel in der Zusammensetzung in einer Konzentration in einem Bereich von etwa 7 Vol.-% bis etwa 35 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung vorhanden sein.
In einer Variante kann das Poren bildende Mittel Decamethylcyclopentasiloxan umfassen, und es kann in der Zusammensetzung in einer Konzentration von 7 Vol.-% bis etwa 35 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung vorhanden sein.
In der Zusammensetzung irgendeiner oben erwähnten Art kann das mittlere Molekulargewicht des Silicium-haltigen Mittels mindestens etwa 150 Gramm pro Mol betragen.
In der Zusammensetzung irgendeiner oben erwähnten Art kann das Keramikmaterial ein Oxid umfassen.
Im Besonderen kann das Oxid Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid oder Mischungen davon umfassen.
In einer Variante umfasst das Poren bildende Mittel ein Siloxan und ein Silan.
In der Zusammensetzung irgendeiner oben erwähnten Art kann das Katalysatormaterial ein Metall umfassen.
Im Besonderen kann das Metall Platin, Rhodium, Eisen, Palladium oder Kombinationen davon umfassen.
Eine andere Ausführungsform ist eine Zusammensetzung, die eine Flüssigkeit, die eine Siloxanspezies umfasst, wobei die Siloxanspezies eine funktionelle Alkylgruppe und eine funktionelle Hydridgruppe, eine Vielzahl von Teilchen, die ein Keramikmaterial aufweisen und innerhalb der Flüssigkeit verteilt sind, ein Katalysatormaterial, das ein Metall aufweist und innerhalb der Flüssigkeit verteilt ist, und ein Poren bildendes Mittel einschließt, das innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist. Das Poren bildende Mittel umfasst Decamethylcyclopentasiloxan und ist in der Zusammensetzung in einer Konzentration von 5 Vol.-% bis etwa 35 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung vorhanden.
Eine andere Ausführungsform ist ein Verfahren, das ein Anordnen irgendeiner der oben beschriebenen Zusammensetzungen in einer gewünschten Gestalt, Härten der Siloxanspezies und Verflüchtigen des Poren bildenden Mittels zum Bilden eines porösen Grünlings aufweist.
Das vorerwähnte Verfahren kann weiter ein Glühen des Grünlings zum Bilden eines Keramikkörpers umfassen.
Zusätzlich kann das Verfahren weiter ein Anordnen des Keramikkörpers innerhalb einer Feingussform und Erstarrenlassen geschmolzenen Metalls innerhalb der Feingussform umfassen.
In dem Verfahren irgendeiner oben genannten Art kann das Härten ein Umsetzen der Siloxanspezies bei einer Härtungstemperatur umfassen, wobei das Verflüchtigen des Poren bildenden Mittels bei einer Trocknungstemperatur ausgeführt werden kann, die höher ist als die Härtungstemperatur.
In dem Verfahren irgendeiner oben erwähnten Art kann der poröse Grünling eine offene Porosität in einem Bereich von etwa 5 Vol.-% bis etwa 35 Vol.-% aufweisen.
In einer Variante kann das Anordnen ein Injizieren des Materials über eine Druckerdüse umfassen.
In der zuletzt erwähnten Variante kann das Anordnen ein Anordnen einer Vielzahl von Schichten des Materials in aufeinanderfolgenden Auftragsvorgängen umfassen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schließen Zusammensetzungen und Verfahren zum Herstellen poröser Keramikkörper, wie Kerne, zum Einsatz beim Feinguss und in anderen Anwendungen ein, wo eine poröse Keramikstruktur vorteilhaft ist. Die Zusammensetzungen stützen sich nicht auf VOC-emittierende Lösungsmittel zur Schaffung miteinander verbundener Porosität, und sie können in einigen Fällen vollständig frei von solchen Lösungsmitteln sein, wodurch sie einige der Nachteile zuvor beschriebener Techniken mildern.
Näherungsausdrücke, wie sie in der Beschreibung und in den Ansprüchen benutzt werden, können angewendet werden, um irgendeine quantitative Repräsentation zu modifizieren, die zulässig variieren kann, ohne in einer Änderung der Grundfunktion zu resultieren, auf die sie bezogen ist. Demgemäß ist ein Wert, der durch einen Begriff oder Begriffe, wie „etwa“ und „im Wesentlichen“ modifiziert ist, nicht auf den genauen angegebenen Wert beschränkt. In einigen Fällen können die Näherungsausdrücke der Genauigkeit eines Instrumentes zum Messen des Wertes entsprechen. Hier und in der Beschreibung und den Ansprüchen können Bereichsbegrenzungen kombiniert und/oder ausgetauscht werden; solche Bereiche werden identifiziert und schließen alle Unterbereiche ein, die darin enthalten sind, sofern der Kontext oder die Formulierung nicht etwas anderes aussagt.
In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen schließen Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ die Pluralformen ein, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes aussagt. Der Begriff „oder“, wie er hierin benutzt wird, soll nicht ausschließlich sein und bezieht sich auf mindestens eine der entsprechenden vorhandenen Komponenten und schließt Fälle ein, bei denen eine Kombination der angesprochenen Komponenten vorhanden sein kann, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes aussagt.
Die Begriffe „können“ und „können sein“, wie sie hierin benutzt werden, zeigen eine Möglichkeit eines Auftretens innerhalb eines Satzes von Umständen, ein Aufweisen einer spezifischen Eigenschaft, eines Charakteristikums oder einer Funktion, und/oder sie qualifizieren ein anderes Verb durch eine oder mehrere Fähigkeiten oder Möglichkeiten, die mit dem qualifizierten Verb verbunden sind. Der Gebrauch von „können“ und „können sein“ zeigt folglich, dass ein modifizierter Begriff augenscheinlich geeignet, in der Lage oder geeignet ist für eine angegebene Kapazität, Funktion oder eine Nutzung, während in Kauf genommen wird, dass unter manchen Umständen der modifizierte Begriff manchmal nicht geeignet, in der Lage oder geeignet sein mag.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt eine Zusammensetzung ein, die, z.B., nützlich in einem Verfahren zum Herstellen eines porösen Keramikkörpers eingesetzt werden kann; ein solches Verfahrens ist beispielhaft gezeigt, aber nicht notwendigerweise auf die Techniken beschränkt, die in der vorgenannten US 7,287,573 ebenso wie in US 7,413,001 , US 7,487,819 und US 8,413,709 neben anderen offenbart sind.
Die Zusammensetzung ist typischerweise eine Aufschlämmung, die Keramikpulver einschließt, die in einer Silicium enthaltenden Flüssigkeit dispergiert sind, wobei die Flüssigkeit auch als „Binder“ in der Terminologie der Aufschlämmungstechniken bezeichnet werden kann. Im Besonderen schließt die Flüssigkeit eine Siloxanspezies ein, z.B. (a) eines oder mehrere Siloxanpolymere – wie (darauf jedoch nicht beschränkt) die sogenannten „bei Raumtemperatur vulkanisierbaren“ (RTV)-Systeme, die auf dem Gebiet der Silicone gut bekannt sind, einschließlich, als ein Beispiel, RTV 615 (Handelsname der Momentive Performance Materials) ebenso wie andere derartige Siliconformulierungen, die polymere Zugaben enthalten; (b) Siloxanmonomere und/oder (c) Siloxanoligomere. Die Siloxanspezies kann funktionelle Alkenyl- und Hydrid-Gruppen einschließen. Die in der Flüssigkeit eingesetzte Siloxanspezies ist von einer Art, die im Stande der Technik als „härtbar“ oder „reaktionsfähig“ bezeichnet wird, was bedeutet, dass die Spezies unter einem gegebenen Satz von Verarbeitungsbedingungen einer Vernetzungs-(„Härtungs“)-Reaktion unterliegt; der Prozess des Härtens ist unten detaillierter beschrieben.
Die Siloxanspezies mit funktionellen Alkenylgruppen, die als eine Binderflüssigkeit in der hierin beschriebenen Zusammensetzung eingesetzt werden kann, sind Alkenylsiloxane der allgemeinen Formel (I):
worin R¹, R² und R³ jeweils unabhängig Wasserstoff oder einen einwertigen Kohlenwasserstoff-, Halogenkohlenwasserstoff- oder halogenierten Kohlenwasserstoffrest umfassen, X ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest ist und a eine ganze Zahl mit einem Wert zwischen 0 und einschließlich 8 ist. Die Begriffe „einwertiger Kohlenwasserstoffrest“ und „zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest“, wie sie hierin benutzt werden, sollen geradkettige Alkyl-, verzweigte Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Cycloalkyl- und Bicycloalkylreste bezeichnen.
Die Siloxanspezies, die funktionelle Hydridgruppen einschließen, sind Hydrosiloxane, die direkt an einen oder mehrere Siliciumatome gebundenen Wasserstoff aufweisen und daher eine reaktionsfähige funktionelle Si-H-Gruppe enthalten.
Beispielhafte Alkenylsiloxane, die in der vorliegenden Offenbarung brauchbar sind, schließen polyfunktionelle olefinische substituierte Siloxane der folgenden Arten ein:
worin R ein einwertiger Kohlenwasserstoff-, Halogenkohlenwasserstoff- oder halogenierter Kohlenwasserstoffrest und R’ ein Alkenylrest ist, wie Vinyl, oder eine andere endständige olefinische Gruppe, wie Allyl, 1-Butenyl und Ähnliches. R'' kann R oder R’ einschließen, a ist gleich 0 bis einschließlich 200 und b ist 1 bis einschließlich 80, worin a und b ausgewählt sind, um eine Flüssigkeit mit maximaler Viskosität von etwa 1000 Centistokes zu ergeben, und derart, dass das Verhältnis von b/a mindestens drei reaktionsfähige olefinische Gruppierungen pro Siloxanmolekül der obigen Formel (II) gestattet.
Geeignete Alkyl/Alkenylcyclosiloxane haben die Formel (III): [RR’SiO]_x, (III) worin R und R’ wie oben definiert sind und x eine ganze Zahl von 3 bis einschließlich 18 ist.
Andere geeignete funktionelle ungesättigte Siloxane können von der Formel (IV) sein:
worin R, R’ und R'' die obige Definition haben. In einigen Ausführungsformen beträgt das Verhältnis der Summe von (c + d + e + g)/f > 2.
Beispielhafte ungesättigte Siloxane schließen 1,3-Divinyl-tetramethyldisiloxan, Hexavinyldisiloxan, 1,3-Divinyltetraphenyldisiloxan, 1,1,3-Trivinyltrimethyldisiloxan, 1,3-Dimethyltetravinyldisiloxan und Ähnliche ein. Beispielhafte cyclische Alkyl- oder Arylvinylsiloxane schließen 1,3,5-Trivinyl-1,3,5-trimethylcyclotrisiloxan, 1,3,5,7-Tetravinyl-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxan, 1,3-Divinyloctaphenylcyclopentasiloxan und Ähnliche ein.
Geeignete polyfunktionelle Hydridsiloxane schließen Verbindungen ein, die unten abgebildet sind:
worin R die oben genannte Definition hat, R''' kann R oder H einschließen, und a und b sind wie oben definiert und derart ausgewählt, dass das Verhältnis von b/a mindestens drei reaktionsfähige Si-H-Gruppierungen pro Siloxanmolekül der Formel (V) oben gestattet.
Geeignete Alkyl/Hydridcyclosiloxane haben die Formel (VI): [HRSiO]_x, (VI) worin R die vorgenannte Bedeutung hat und x eine ganze Zahl von 3 bis einschließlich 18 ist.
Andere geeignete funktionelle Hydridsiloxane schließen ein:
worin R und R''’ die vorgenannte Bedeutung haben. In einigen Ausführungsformen ist das Verhältnis der Summe von (c + d + e + g)/f > 2.
Beispielhafte Siloxanhydride schließen Poly(methylhydrogen)siloxan, Poly[(methylhydrogen)-co-(dimethyl)]siloxan, 1,3,5,7-Tetramethylcyclotetrasiloxan, 1,3,5,7,9-Pentamethylcyclopentasiloxan und andere cyclische Methylhydrogensiloxane, Tetrakis(dimethylsiloxy)silan und organisch modifizierte harzartige hydridfunktionelle Silicate entsprechend der Formel (VII) mit der Zusammensetzung [HSi(CH₃)₂O_1/2]₂(SiO₂) ein.
Die Siloxanspezies in der Flüssigkeit können derart ausgewählt sein, dass sie zumindest ein Alkenyl- und ein Hydridsiloxan einschließen, wie oben beschrieben.
Zusätzlich können endständige funktionelle Alkenyloder Hydridsiloxane, die unten in den Formeln (VIII) und (IX) beschrieben sind, allein oder in Kombination hinzugegeben werden, um die Matrixzusammensetzung zu verstärken, um die Viskosität der unvernetzten Matrix einzustellen, Änderungen in der Härte, der Festigkeit und der Dehnung usw. des gehärteten Grünlings zu bewirken, wie für den Fachmann in Anbetracht der vorliegenden Offenbarung augenscheinlich.
worin R und R’ die oben genannte Bedeutung haben und n = 0 bis 500, in einigen Ausführungsformen 0 bis 30 und in besonderen Ausführungsformen 0 bis 10.
Es sollte auch klar sein, dass in einigen Ausführungsformen ein befriedigend vernetztes Netzwerk durch Kombinieren einer Komponente von je einer von A) einem polyfunktionellen Alkenyl- oder polyfunktionellen Hydridsiloxan, wie in den Formel (II)–(IV) bzw. den Formeln (V)–(VII) definiert, und B) einem endständigen funktionellen Alkenyl- oder Hydridsiloxan, wie in den Formeln (VIII) oder (IX) definiert, bewirkt werden kann, beschränkt nur derart, dass die Zusammensetzung sowohl funktionelle Alkenyl- als auch funktionelle Hydridverbindungen enthält, um das Vernetzen zwischen den komplementären reaktionsfähigen funktionellen Alkenyl- und Hydridgruppen zu gestatten.
Die Viskosität des flüssigen Binders, seine theoretische Vernetzungsdichte und die resultierende Siliciumdioxidausbeute können unter Einsatz geeigneter Siloxanspezies und des stöchiometrischen Verhältnisses der gesamten reaktionsfähigen Hydrid- zu Alkenylgruppen eingestellt werden. So kann, z.B., die Viskosität der Zusammensetzung von etwa 1 bis etwa 5000 Centistokes variieren, in einigen Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 300 Centistokes und in besonderen Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 100 Centistokes. Die theoretische Vernetzungsdichte, wie durch die mittlere Molekularmasse des kürzesten Formeleinheitswiederholungsabstandes zwischen reaktionsfähigen funktionellen Hydrid- oder Alkenylvernetzungsstellen repräsentiert (abgekürzt für die Zwecke dieser Beschreibung als MW_c) kann in einigen Ausführungsformen von etwa 30 bis etwa 4.100 g/mol, in einigen Ausführungsformen von etwa 30 bis etwa 500/mol und in besonderen Ausführungsformen von bis zu etwa 150 g/mol variieren. In anderen Ausführungsformen, wie in Ausführungsformen, in denen der Binder ein Siloxanpolymer einschließt, kann MW_c sehr viel höher sein, wie, z.B., bis zu 35.000 g/mol. In einigen Ausführungsformen liegt das MW_c im Bereich von etwa 10.000 g/mol bis etwa 35.000 g/mol. Solche Binder mit vergleichsweise hohem MW_c können, wenn sie mit den hierin beschriebenen Techniken verarbeitet werden, zu einem weicheren nachgiebigeren Material mit größerer Dehnung bis zum Versagen (im grünen bis zum getrockneten Zustand) und mit geringerer Härtungsschrumpfung als Binder mit geringerem MW_c führen. Um ein geeignet hartes und nachgiebiges gehärtetes Material zu erzeugen, liegt das Hydrid- zu Alkenyl-Verhältnis allgemein im Bereich von etwa 0,5 bis 3, in einigen Ausführungsformen im Bereich von etwa 0,5 bis 2 und in besonderen Ausführungsformen im Bereich von etwa 1,0 bis 1,75. In dem besonderen Fall von 1,3,5,7-Tetramethylcyclotetrasiloxan und 1,3,5,7-Tetravinyl-1,3,5,7-tetramethyl-cyclotetrasilixan ergaben Kombinationen in molaren Verhältnissen von 0,5 bis 2 Siliciumdioxidausbeuten bei der Pyrolyse der gehärteten Matrix bei 1000°C in Luft von 74% bis 87% der ursprünglichen Masse.
Im Allgemeinen beeinflusst die Menge der in der Keramikaufschlämmung eingeschlossenen reaktionsfähigen Siloxanspezies signifikant den Grad der Härte des resultierenden festen, geformten Produktes. Das Einsetzen einer zu geringen Menge kann zu einer unakzeptablen geringen Festigkeit führen, während eine zu hohe Menge in einem Material resultieren kann, das schwierig zu verarbeiten ist oder einen nicht genügend hohen Gehalt an keramischen Feststoffen aufweist, um die erwünschten Eigenschaften zu ergeben. Die Auswahl einer erwünschten Menge der reaktionsfähigen Siloxanspezies (das heißt, der Menge des Binders) hängt somit von der Zielanwendung und der Art der anderen Zugaben in der Zusammensetzung ab. In Abhängigkeit von der Menge anderer Komponenten, wie Keramikpulver, das vorhanden ist, kann, z.B., ein brauchbarer Grünling unter Einsatz von mehr als 5 Vol.-% der reaktionsfähigen Siloxanspezies gebildet werden, wobei einige Ausführungsformen von etwa 20 Vol.-% bis etwa 40 Vol.-% der reaktionsfähigen Siloxanspezies als Binderflüssigkeit relativ zum Gesamtvolumen der Zusammensetzung benutzen. In gewissen Ausführungsformen umfasst die eine oder umfassen die mehreren reaktionsfähigen Siloxanspezies etwa 22 bis etwa 37 Vol.-% der Aufschlämmungszusammensetzung, einen Bereich, der sich als besonders brauchbar zum Herstellen von Gegenständen zum Einsatz in Feingussverfahren erwiesen hat, obwohl solche Anwendungen nicht ausschließlich auf den Einsatz von Zusammensetzungen innerhalb dieses Bereiches beschränkt sind.
Die Zusammensetzung umfasst weiter ein Katalysatormaterial, wie einen metallhaltigen Katalysator. Das Vernetzen der Siloxanspezies kann durch Benutzen einer katalysierten Reaktion der Alkenylgruppen und der siliciumgebundenen Wasserstoffgruppen bewerkstelligt werden. Katalysatoren, die für solche Reaktionen geeignet sind, sind gut bekannt und werden in weitem Rahmen im Stande der Technik eingesetzt, einschließlich, z.B., Katalysatoren, die Metalle einschließen, wie Platin (Pt), Rhodium, Eisen, Palladium oder Kombinationen davon, die üblicherweise in Form von Verbindungen solcher Metalle vorhanden sind. Spezifische Beispiele schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, die Pt-Divinylsiloxan-Komplexe, beschrieben durch Karstedt in der US-PS 3,715,334 und der US-PS 3,775,452 , Pt-Octylalkohol-Reaktionsprodukte, wie von Lamoreaux in der US-PS 3,220,972 gelehrt, die Pt-Vinylcyclosiloxan-Verbindungen, gelehrt von Modic in der US-PS 3,516,946 und Ashby’s Pt-Olefinkomplexe, die in den US-PSen 4,288,345 und 4,421,903 vorzufinden sind, ein. Häufig wird der Katalysator als letzter Bestandteil zu einer vorvermischten Aufschlämmung unmittelbar vor dem Einsatz der Aufschlämmung hinzugegeben; selbst bei Raumtemperatur gibt es eine gewisse Rate des Gelierens, die auftreten kann, da der Katalysator das Vernetzen der Binderflüssigkeit fördert. Wahlweise können zusammen mit dem Katalysator Inhibitoren hinzugesetzt werden, um ein unangemessenes vorzeitiges Gelieren zu verhindern, bevor ein Teil gegossen wird. Solche Inhibitoren sind im Stande der Technik gut bekannt, wobei ein Beispiel davon in der US-PS 4,256,870 angegeben ist. Nachdem die Aufschlämmungsmischung erhitzt ist, ist die Reaktionsrate relativ hoch, wobei eine Polymerisation und Vernetzung der Spezies in einer praktischen Zeitspanne erzielt werden. Die Menge des in der Aufschlämmungsmischung eingeschlossenen metallischen Katalysators ist im Allgemeinen gering, verglichen mit der Menge der Spezies gemäß konventionellen Härtungs- und Vernetzungsverfahren.
Keramikpulver, die zum Einsatz in der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Oxide, Carbide und/oder Nitride ein; spezifische Beispiele solcher Materialien schließen, ohne Einschränkung, Aluminiumoxid (wie geschmolzenes Aluminiumoxid), geschmolzenes Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumdioxid, Spinelle, Mullit, Glasfritten, Wolframcarbid, Siliciumcarbid, Bornitrid, Siliciumnitrid und Mischungen davon ein. In besonderen Ausführungsformen schließt das Keramikpulver mindestens etwas Siliciumdioxid, Mischungen von Siliciumdioxid und Zirkon oder Mischungen von Siliciumdioxid und Aluminiumoxid ein. Das Keramikpulver ergibt teilweise die mechanische Integrität für das fertige Produkt, das aus der Aufschlämmungszusammensetzung hergestellt wird, und die Menge des zu der Zusammensetzung hinzugegebenen Pulvers trägt, unter anderem, zu den Fließeigenschaften der Zusammensetzung und der Festigkeit des grünen und Endproduktes bei. In einigen Ausführungsformen schließt die Aufschlämmungszusammensetzung mindestens 30 Vol.-% des Keramikpulvers ein und in besonderen Ausführungsformen mindestens etwa 50 Vol.-%. In vielen Anwendungen kann eine zu hohe Konzentration von Keramikpulver in der Aufschlämmungszusammensetzung die Fließeigenschaften beeinträchtigen, was die Aufschlämmung zu fließunfähig macht, um praktische Spritzgussoder andere Verarbeitungs-Operationen zu gestatten. In einigen Ausführungsformen schließt die Zusammensetzung bis zu etwa 70 Vol.-% Keramikpulver ein.
Die Teilchengrößenverteilung des Keramikpulvers kann ausgewählt sein, um erwünschte rheologische Eigenschaften für die Zusammensetzung zu erhalten, was wiederum teilweise von der erwünschten Anwendung der Zusammensetzung abhängt. In ähnlicher Weise kann auch die Pulvermorphologie, einschließlich Kugelgestalt/Eckigkeit, Aspekt- bzw. Seitenverhältnis und Ähnliches, für eine gegebene Anwendung optimiert sein.
Andere Zusätze, die in dem Keramikpulver vorhanden sein können, schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Aluminium, Yttrium, Hafnium, Yttriumaluminat, Seltenerdaluminate, kolloidales Siliciumdioxid, Magnesium und/oder Zirkonium zum Verbessern refraktärer Eigenschaften des Keramikkörpers ein. Alkalimetall- und Erdalkalimetallsalze werden in einigen Fällen hinzugegeben, um die Entglasung von amorphem Siliciumdioxid zu bewirken und die Bildung von Cristobalit zu fördern, was zu einem abmessungsmäßig stabilen Keramikkörper führt, wie für den Feinguss erwünscht. Darüber hinaus sind verschiedene Dispersionsmittel für Keramikpulver im Stande der Technik bekannt und geeignet zum Gebrauch in den vorliegenden Techniken. Vorsicht sollte jedoch walten, um ein Dispersionsmittel auszuwählen, das nicht mit den anderen Komponenten der Aufschlämmungszusammensetzung reagiert. Ein besonderes Dispersionsmittel kann hinsichtlich der Eignung mit einer besonderen Kombination von Materialkomponenten durch Vermischen geringer Mengen der entsprechenden Komponenten und Beurteilen der Fließeigenschaften der resultierenden Mischung bewertet werden, ob die resultierende Mischung einen bemerkbaren Bruchpunkt zeigt und/oder ob die Mischung pseudoplastisches Verhalten zeigt. Typische Dispersionsmittel schließen Stearinsäure, Oleinsäure und Menhaden-Fischöl ein. Im Allgemeinen wird das Dispersionsmittel in einer geringen Menge, bezogen auf das Volumen, eingesetzt, verglichen mit der Menge des in der Mischung vorhandenen Keramikpulvers, bezogen auf das Volumen.
Es können weitere Substanzen eingesetzt werden, um, z.B., die Keramikpulver-Oberflächen für eine verbesserte Dispersion, für ein besseres Fließen der Aufschlämmung oder für verbesserte mechanische Eigenschaften zu modifizieren, indem man eine kovalente Bindung zwischen einem Mittel, das auf der Oberfläche absorbiert wird, und eine komplementäre reaktionsfähige Funktionalität in der flüssigen Siloxanmatrix bereitstellt. Diese Oberflächen modifizierenden Mittel können reaktionsfähige Amino- oder Alkoxysilane einschließen, wie Hexamethyldisilazan oder Methyltrimethoxysilan. Beispiele eines flüssigen, mit Siloxanmatrix reaktionsfähigen Mittels können Substanzen einschließen, wie 1,3-Divinyltetramethyldisilazan oder Vinyltriethoxysilan. Für Zwecke der Pulveroberflächen-Behandlung kann sich eine Verbesserung der obigen Eigenschaften lediglich aus der Zugabe des Mittels zu der Mischung aus flüssigem Siloxan und Pulver während der Bearbeitung ergeben. Die Verbesserung kann auch durch Behandlung der Pulveroberfläche mit dem Oberflächen modifizierenden Mittel in einer separaten Stufe vor dem Zusammenmengen der Aufschlämmung entweder in der flüssigen Phase oder in einer verdünnteren Lösung in Gegenwart eines Lösungsmittels oder in der Gasphase bewirkt werden; die Behandlung kann bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur ausgeführt werden, um die Reaktivität und das Ausmaß der Reaktion zu beschleunigen. Diese und andere Aspekte der Oberflächen-Funktionalisierung sind im Stande der Technik allgemein bekannt und in Monografien über dieses Thema, wie Plueddeman’s „Silane Coupling Agents", Plenum Press, New York (1982) zusammengefasst.
Die Zusammensetzung umfasst weiter ein Poren bildendes Mittel. Ein Poren bildendes Mittel ist eine Komponente der Zusammensetzung (häufig, aber nicht notwendigerweise immer, eine flüssige Komponente), die sich während des Verarbeitens nicht wesentlich zersetzt oder nicht beträchtlich an der Vernetzungsreaktion teilnimmt, die während des Härtens der Binderflüssigkeit stattfindet, und somit nachfolgend aus dem gehärteten Material entfernt werden kann, bspw. durch Verdampfen, um eine Vielzahl von Poren innerhalb der vernetzten Materialmatrix zurückzulassen. Wie oben erwähnt, resultieren konventionelle Arten des Herangehens an die Keramikkörper-Verarbeitung häufig in einem dichten gehärteten Körper, der für gasförmige Verbindungen, die in den Körper eindringen oder aus ihm austreten, relativ undurchlässig ist. Verfahren nach der Härtung schließen das Pyrolysieren des Kernes – d.h. Umwandeln von Silicon in Siliciumdioxid – ein, was die Bildung und/oder Freigabe von Gasen einschließt. Ein Mangel an Permeabilität des Körpers kann zu strukturellen Unterschieden führen, insbesondere in Merkmalen unterschiedlichen Querschnittsbereiches. Diese strukturellen Unterschiede können sich als Schrumpfunterschiede manifestieren, die das Bilden von Rissen in dem Körper verursachen können. Porosität in dem gehärteten Körper, erzeugt durch den Einschluss des Poren bildenden Mittels, kann eine raschere Beförderung gasförmiger Verbindungen ermöglichen, was wiederum die dimensionale Abhängigkeit der Schrumpfung reduzieren kann.
Das Poren bildende Mittel schließt, und ist in einigen Fällen vollständig daraus hergestellt, ein siliciumhaltiges Material, wie ein Silan, ein Siloxan oder Mischungen davon ein. Das Poren bildende Mittel, das in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, ist daher vorteilhafter Weise frei von derzeit VOC-emissions-regulierten Substanzen, wie Lösungsmitteln auf Kohlenwasserstoffbasis. Das Poren bildende Mittel hat ein Zahlenmittel des Molekulargewichtes von weniger als 1300 Gramm pro Mol und ist im Wesentlichen inert mit Bezug auf den Flüssigkeitsbinder, was bedeutet, dass es unter typischen Verarbeitungsbedingungen nicht an den Härtungsreaktionen des Flüssigkeitsbinders zu einem Grade teilnimmt, der die Menge des Mittels, die nach dem Härten vorhanden ist, signifikant vermindern würde. Das Poren bildende Mittel ist auch insoweit stabil, dass es keiner wesentlichen Zersetzung oder anderen chemischen Änderung unterliegt, während es in dem Material vorhanden ist. Andererseits hat das Mittel eine geeignete Flüchtigkeit, so dass es sich während der Handhabung oder anderer Aktivität vor der oder während der Härtung der Binderflüssigkeit nicht wesentlich verflüchtigt, aber während einer normalen Behandlung nach dem Härten, wie weiter unten erläutert, verflüchtigt sich das Poren bildende Mittel, wie durch Verdampfung, bei einer Rate, die zur Entfernung des Mittels aus dem gehärteten Material nützlich ist. Das mittlere Molekulargewicht des siliciumhaltigen Poren bildenden Mittels steht häufig in Beziehung mit seiner Flüchtigkeit; in gewissen Ausführungsformen beträgt das mittlere Molekulargewicht des siliciumhaltigen Mittels mindestens etwa 150 Gramm pro Mol und in besonderen Ausführungsformen mindestens 200 Gramm pro Mol. In einigen Ausführungsformen kann das mittlere Molekulargewicht des Mittels im Bereich von jedem dieser unteren Werte bis zu etwa 500 Gramm pro Mol liegen.
Die Menge des Poren bildenden Mittels, die in der Zusammensetzung vorhanden ist, ist ein signifikanter Faktor beim Bestimmen der Porosität des „Grünlings“, d.h., des Materials, das nach dem Härten des Binders und Entfernen des Poren bildenden Mittels zurückbleibt. Typischerweise ist das Poren bildende Mittel in einer Konzentration von mindestens etwa 5 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung vorhanden, um genügend offene Porosität zu bilden, um den Durchgang von Gasen während des Verarbeitens des Grünlings zu gestatten. In besonderen Ausführungsformen ist ein vergleichsweise hoher Grad der Porosität in dem porösen Grünling erwünscht, wie mindestens etwa 7 Vol.-%, um die Wahrscheinlichkeit des Bildens eines verbundenen Netzwerkes von Poren durch den Grünling zu erhöhen. Andererseits kann die Porosität in manchen Fällen, was von der Anwendung abhängt, erwünschtermaßen kontrolliert werden, um ein gewisses Ausmaß nicht zu übersteigen, um eine akzeptable Festigkeit in dem Grünling und/oder Endprodukt aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen beträgt diese obere Grenze der Porosität etwa 35 Vol.-%, und somit ist das Poren bildende Mittel in einem Bereich von etwa 7 Vol.-% bis etwa 35 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung in der Zusammensetzung vorhanden. In anderen Ausführungsformen kann die obere Grenze des Poren bildenden Mittels durch den Volumenanteil anderer Komponenten der Zusammensetzung, wie des Keramikpulvers, vorgegeben sein. Wenn eine Zusammensetzung eine relativ geringe Beladung an Keramikpulver aufweist, ist für das Poren bildende Mittel mehr Volumen verfügbar, und somit, wenn es die Anwendungsbedingungen für den Grünling und/oder das Endprodukt gestatten, können noch höhere Mengen des Poren bildenden Mittels möglich sein.
Beispiele siliciumhaltiger Materialien, die geeignet sind zum Einsatz als oder in dem Poren bildenden Mittel schließen cyclische Siloxane und lineare Siloxane ein. Cyclische Siloxanzusammensetzungen zum Einsatz als Poren bildendes Mittel haben eine allgemeine Formel von [RRSiO]_x (X), worin x eine ganze Zahl von 3 bis 18 ist und jedes R unabhängig irgendeines der R, wie vorstehend definiert, sein kann, ausgenommen sind Gruppen, wie, z.B., Alkenyl- oder Hydridgruppen, die beträchtlich mit der Binderflüssigkeit reagieren. Ein Beispiel eines cyclischen Siloxans ist Decamethylcyclopentasiloxan, im Stande der Technik häufig als D₅ bezeichnet und üblicherweise kommerziell erhältlich in im Wesentlichen reiner Form als, z.B., Momentive SF1202- oder Dow-Corning 245-Flüssigkeiten. D₅ hat in Experimenten gezeigt, dass es besonders günstige Stabilitäts- und Flüchtigkeits-Eigenschaften aufweist; dies, kombiniert mit seiner allgemeinen Erhältlichkeit, macht es zu einer besonders attraktiven Wahl zum Einsatz als Poren bildendes Mittel. Ein anderes Beispiel ist 1,3,5-Tris(3,3,3-trifluorpropyl)trimethylcyclotrisiloxan, im Stande der Technik auch als D₃ ^F bekannt. Zusätzlich zu im Wesentlichen reinen einzelnen Komponenten können auch kommerziell erhältliche Mischungen cyclischer Siloxane vorteilhaft eingesetzt werden, z.B.: Dow-Corning 246-, Dow-Corning 344-, Dow-Corning 345-, Momentive SF1204-, Momentive SF1256-, Momentive SF1257- und Momentive SF1258-Flüssigkeiten.
Beispiele geeigneter linearer Siloxane schließen, ohne Einschränkung, Dimethylsiloxane der Formel R₃SiO(SiR₂O)_xSiR₃ ein, worin R wie zuvor für Formel (X) definiert und x gleich 0 bis 15 ist. Spezifische Beispiele geeigneter linearer Siloxane schließen, ohne Einschränkung, Hexamethyldisiloxan, Octamethyltrisiloxan, Decamethyltetrasiloxan und Dodecamethylpentasiloxan, kommerziell erhältliche Siliconflüssigkeiten, wie Dow-Corning OS-10, OS-20 und OS-30, lineare PDMS-Mischungen, wie die Dow-Corning 200-Flüssigkeiten oder äquivalente Xiameter PMX-200-Flüssigkeiten in den Viskositätsbereichen von 0,65 bis 10 cStokes ein. In einigen Ausführungsformen kann der Einsatz einer Siloxanmischung vorteilhaft sein, weil die Komponenten der Mischung einen Bereich von Dampfdrucken und Siedepunkten (gegenüber einer reinen Substanz mit einem einzigen Siedepunkt) aufweisen. Dies unterstützt die nachfolgende Entfernungsstufe durch Ausbreiten des Temperaturbereiches, über den die Masse der Flüssigkeitsverdampfung auftritt, anstatt dass die gesamten Flüssigkeit in dem Grünling bei einer einzigen Temperatur siedet, was die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Grünlings durch innere Drücke, die durch eingefangene Dampfansammlung verursacht werden, vermindert.
Andere Beispiele siliciumhaltiger Materialien schließen Silane ein. Beispiele geeigneter nicht reaktionsfähiger Silane schließen, ohne Einschränkung, Phenyltrimethylsilan, Tetra-n-butylsilan, p-Tolyltrimethylsilan, Methyltri-n-trioctylsilan, Dimethyldiphenylsilan und Methyltri-n-hexylsilan ein.
Eine besondere Ausführungsform, die oben beschriebene Vorteile anwendet, ist eine Zusammensetzung, die, zumindest teilweise, enthält: eine Flüssigkeit (einen „Binder“), umfassend eine Siloxanspezies, wie zuvor erwähnt, wobei die Siloxanspezies eine funktionelle Alkenylgruppe und eine funktionelle Hydridgruppe umfasst; eine Vielzahl von Teilchen, umfassend ein Keramikmaterial, das innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist; ein Katalysatormaterial, umfassend ein Metall und innerhalb der Flüssigkeit angeordnet; und ein Poren bildendes Mittel, innerhalb der Flüssigkeit angeordnet, wobei das Poren bildende Mittel Decamethylcyclopentasiloxan umfasst und in der Zusammensetzung in einer Konzentration in einem Bereich von etwa 5 Vol.-% bis etwa 35 Vol.-% der Zusammensetzung vorhanden ist.
Wie bereits erwähnt, kann die hierin beschriebene Zusammensetzung zum Herstellen eines porösen Keramikkörpers, wie, z.B., eines Kernes oder einer Schale zum Einsatz im Feinguss angewendet werden. Die Zusammensetzung wird in einer erwünschten Gestalt angeordnet, wie durch Platzieren der Zusammensetzung in einem Werkzeug, das die Gestalt eines Kernes oder dergleichen hat, oder durch Überziehen eines Musters mit der Zusammensetzung, um gemäß im Stande der Technik bekannten Praktiken eine Schale zu erzeugen, wobei die Siloxanspezies gehärtet werden (dabei eine polymere Matrix auf Siliconbasis bildend, wie oben erwähnt) und das Poren bildende Mittel verdampft wird, um die Flüssigkeit aus der polymeren Matrix auszutreiben, was eine Vielzahl von Poren innerhalb der Matrix hinterlässt und dadurch in der Bildung eines porösen Grünlings resultiert. Der Grünling kann dann erhitzt werden, um einen Keramikkörper zu erzeugen.
Es sollte klar sein, dass beim Erzeugen von Gegenständen, wie Schalen, z.B., wiederholte Zyklen des Überziehens (wie durch Eintauchen einer Form in eine Menge von Aufschlämmungszusammensetzung) und Härtens angewendet werden können, um eine erwünschte Schalendicke aufzubauen. Fortgeschrittene Schicht-für-Schicht Techniken durch sogenannte „additive Herstellungs“-Verfahren können auch angewendet werden, um komplexe Gegenstände, wie Kerne und andere Gegenstände, unter Einsatz der Zusammensetzung zu erzeugen, wobei eine dünne Schicht der Zusammensetzung in einer erwünschten Gestalt (wie durch Injektion mittels einer Druckerdüse oder einer anderen Auftragsausrüstung) aufgebracht, die Zusammensetzung gehärtet und dann weitere aufeinanderfolgende Auftragungs-/Härtungs-Zyklen angewendet werden, was zum Aufbauen von Massenschicht-für-Schicht gemäß einem dreidimensionalen Teiledesign führt, bis ein Teil erwünschter Gestalt hergestellt ist. In Techniken, die eine Schicht-für-Schicht-Methode benutzen, kann das Poren bildende Mittel zu irgendeinem geeigneten Punkt in dem Verfahren entfernt werden, wie (aber nicht darauf beschränkt) nachdem alle Schichten aufgetragen worden und gehärtet sind.
Wenn der Katalysator nicht bereits in der Aufschlämmungszusammensetzung vorhanden ist, kann er vor dem Gießprozess hinzugegeben werden. Die Zusammensetzung wird dann, z.B. durch Extrusion, Gießen, Übertragung mittels einer Spritze, Pressen, Schwerkraftübertragung und Ähnlichem in einen geschlossenen Hohlraum der Form übertragen. Wird die Extrusion angewendet, dann wird die Zusammensetzung, z.B. unter geringem Druck (von weniger als 50 psi), in ein Werkzeug extrudiert und dann gehärtet. Der Härtungsprozess wird häufig mit Wärme zur raschen Herstellung bewerkstelligt. Es kann jedoch eine Gelierung bei Raumtemperatur erwünscht sein, wenn die Reaktivität einer Metallkomponente (wenn vorhanden) exzessiv ist, z.B. Aluminium, wobei die Metallkomponente zum Reagieren mit verfügbarem organischen Material angeordnet ist, um unerwünschte Wasserstoffgas-Bläschen zu erzeugen. Andere Formtechniken, einschließlich Spritzgießen, können ebenfalls angewendet werden. Irgendwelche konventionellen Zusätze, die auf dem Gebiete der Keramikverarbeitung bekannt sind, z.B. Entformungsmittel, können für ihre bekannten Funktionen in der Zusammensetzung eingeschlossen sein.
Die Temperatur, bei der Härten, d.h. Polymerisation und/oder Vernetzen, in diesem Verfahren erwünschtermaßen ausgeführt wird („Härtungstemperatur“), hängt zum großen Teil von der speziellen Metallkatalysator-Verbindung und den speziellen Spezies ab, die eingeschlossen sind. Die Härtungstemperatur ist typischerweise derart ausgewählt, dass sie höher ist als etwa Raumtemperatur, wie etwa Raumtemperatur bis etwa 120°C, und in besonderen Ausführungsformen etwa 50°C bis etwa 100°C. In ähnlicher Weise hängt die Zeit, die zum Bilden einer festen Polymer-Lösungsmittel-Gelmatrix erforderlich ist, von den speziellen Komponenten der Zusammensetzung ab. Im Allgemeinen wird die die Aufschlämmungszusammensetzung enthaltende Form auf eine erhöhte Temperatur (d.h. höher als Raumtemperatur) für mindestens etwa 5 Minuten erhitzt, und in einigen Ausführungsformen für eine Dauer von etwa 5 bis etwa 120 Minuten, um die Siloxanspezies zu polymerisieren und eine feste Polymermatrix auf Siliconbasis zu bilden.
Während der Härtungsstufe bleibt das Poren bildende Mittel vorhanden, aber nicht umgesetzt, nimmt also weiterhin Raum innerhalb der gehärteten Matrix ein. Das Poren bildende Mittel wird dann nach dem Härten unter Temperatur- und Druckbedingungen entfernt, die zum Bewirken der Verflüchtigung des Mittels geeignet sind, und der Raum, der vorher von dem Poren bildenden Mittel eingenommen wurde, wird erwünschtermaßen zu Porosität innerhalb des resultierenden Grünlings. Die Entfernung des Poren bildenden Mittels wird typischerweise durch Erhitzen bis zu einer „Trocknungstemperatur“ bewerkstelligt, bei welcher für einen gegebenen Druck die Verdampfung des Mittels innerhalb eines erwünschten Zeitrahmens bewerkstelligt wird. Der umgebende Verarbeitungsdruck kann während des ganzen Verfahrens während der Stufe zur Entfernung des Mittels konstant bleiben oder eingestellt, wie verringert, werden, um die effiziente Verflüchtigung der Flüssigkeit zu unterstützen. In gewissen Ausführungsformen ist die Trocknungstemperatur höher als die Temperatur, die zum Härten der Zusammensetzung benutzt wird, um sicherzustellen, dass das Mittel während der Härtungsbehandlung bestehen bleibt. In einigen Ausführungsformen wird die Trocknungstemperatur unterhalb des Siedepunktes des Poren bildenden Mittels gehalten, um die Entwicklung von Dampf während des Verarbeitens besser zu kontrollieren, weil eine Dampferzeugung, die zu rasch auftritt, eine Dampfansammlung in dem gehärteten Körper verursachen kann, was das Risiko der Beschädigung des Körpers erhöht. Ein typischer Bereich für die Trocknungstemperatur reicht bis zu etwa 300°C, hängt jedoch natürlich teilweise von spezifischen Materialauswahlen ab, die beim Formulieren irgendeiner besonderen Instanz der Zusammensetzung vorgenommen werden.
Die hierin beschriebene Zusammensetzung kann eine verbesserte Dimensionskontrolle, verglichen mit konventionellen Systemen, teilweise durch bessere Dimensionsstabilität während der Trockenstufe, ergeben. Füllstoffteilchen, die innerhalb des gehärteten Harzes eingefangen sind, neigen zum Verbleiben an Ort und Stelle, was die Neuanordnung der Teilchen begrenzt, die üblicherweise während des Trocknens konventioneller Systeme beobachtet wird. Als ein Resultat kann die Trockenschrumpfung in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung signifikant vermindert werden, verglichen mit konventionellen Aufschlämmungs-Gusssystemen.
Der poröse Grünling kann danach erhitzt („geglüht“) werden, um das Polymer auf Silicongrundlage des Grünlings zu zersetzen, was einen Keramikkörper bildet, der Siliciumdioxid aus dem zersetzten Polymer und Keramikmaterial von dem Pulver einschließt, das ursprünglich in der Aufschlämmungszusammensetzung suspendiert war. Das Glühen kann durch Erhitzen auf eine Glühtemperatur, z.B. mehr als etwa 475°C, bewerkstelligt werden. Darüber hinaus kann der so gebildete Keramikkörper weiter, wie erwünscht, verarbeitet werden, z.B. kann der Keramikkörper gesintert werden, um einen Körper angemessener Dichte zum Gebrauch im Feinguss zu bilden. Sintertemperaturen für verschiedene Keramikpulver sind im Stande der Technik gut bekannt. In einem besonderen Beispiel kann der poröse Grünling in einem konventionellen Ofen unter einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bis zu einer Temperatur von etwa 900°C bis etwa 1.650°C für eine Gesamtperiode von etwa 2 bis etwa 48 Stunden erhitzt werden. Die Heizrate beträgt typischerweise, aber nicht notwendigerweise, von etwa 5°C pro Stunde bis etwa 200°C pro Stunde.
Der resultierende Keramikkörper kann in einem Feingussverfahren eingesetzt werden, indem man den Körper als einen Formkern benutzt. In solchen Ausführungsformen hat der Keramikkörper eine Gestalt, die an eine erwünschte Gestalt für einen inneren Hohlraum in dem durch Feinguss herzustellenden Teil angepasst ist. Der Keramikkörper kann, z.B., eine Gestalt entsprechend internen Kühldurchgängen einer strömungsmittelgekühlten Maschinenkomponente aufweisen, wie einer luftgekühlten Turbinenschaufel. In Übereinstimmung mit bekannten Verfahren zum Feinguss wird der Keramikkörper innerhalb eines Feinguss-Formhohlraumes angeordnet, geschmolzenes Metall wird in den Formhohlraum gegossen oder in anderer Weise angeordnet (wodurch der Keramikkörper untergetaucht wird), und dann lässt man das geschmolzene Metall innerhalb der Form erstarren. Der Keramikkörper (Kern) wird durch chemisches Auslaugen oder ein anderes Verfahren entfernt, was einen Raum innerhalb des erstarrten Metallteiles zurücklässt.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele werden zum weiteren Beschreiben der Techniken angegeben, sollten jedoch nicht als einschränkend gelesen werden, weil dem Fachmann Variationen zugänglich sind, die innerhalb des Umfangs der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegen.
Vergleichsbeispiel
Eine keramische Aufschlämmungs-Zusammensetzung mit dem reaktionsfähigen Siloxanbindersystem und einer Pulvermischung entsprechend Beispiel 3 der US 7,287,573 wurde durch Kombinieren der aufgeführten Bestandteile in den in der folgenden Tabelle 1 aufgeführten Anteilen hergestellt. Die reaktionsfähigen Siloxane waren 1,3,5,7-Tetravinyl-1,3,5,7-tetra-methylcyclotetrasiloxan (United Chemical Technologies, Produktnummer T2160) und ein hydridfunktionelles Organosilicatharz (Momentive Performance Materials 88104EX). NaIRP64, eine Natriumform eines schwach sauren Ionenaustauscherharzes, IRP64 (hergestellt durch Rohm & Haas), wurde zusätzlich als ein Mineralisator eingeschlossen, um die Umwandlung von amorphem Siliciumdioxid in Cristobalit während des Sinterns zu fördern. Tabelle 1: Vergleichsbeispiel – Aufschlämmungszusammensetzung

Komponente Gew.-%

UCT T2160 7,53

Momentive 88104EX 9,90

Na-IRP64 0,60

Abgerauchtes Siliciumdioxid 1,05

Zirkon 39,45

Geschmolzenes Siliciumdioxid 41,47

Insgesamt 100,0
Die obige Zusammensetzung repräsentiert eine Keramikaufschlämmung mit einer Keramikbeladung (Zirkon und Siliciumdioxide) von etwa 62 Vol.-%. Die Komponenten wurden in einer asymmetrischen Dualzentrifuge DAC1100-FVZ HS (Flacktek, Landrum, SC) mit zwischenzeitlichem Handvermischen für insgesamt 3 Minuten, 10 Sekunden Mischzeit bei 1600 Umdrehungen pro Minute, vermischt. Nach dem Abkühlen wurde die Aufschlämmung durch Zugabe von 9,4 Mikrolitern Karstedt’s Platinkatalysator (GE Silicones 89023, 10 Gew.-% Pt) per 100 Gewichtsteile der Aufschlämmung katalysiert. Die resultierende katalysierte Aufschlämmung wurde in 6 oz fassende Kartuschen überführt, unter verringertem Druck entgast, dann in flüchtige organische polymere Formen unter Benutzung einer manuellen Verstemm-Kartuschenkanone (Techon Systems) injiziert. Die Formen waren rechteckig geformt mit internen Abmessungen 4“ × 0,625 × 0,2“ (L × B × H). Die gefüllten Teststabformen wurden dann für 15 Stunden in einem Luftzirkulationsofen bei 50°C erhitzt, um die reaktionsfähige Siloxanbindermatrix zu härten.
Nach Beendigung des Härtens wurden die gehärteten rechteckigen Teststabproben/Formen in einen elektrischen Ofen geladen und in einer Luftatmosphäre bis zu einer Endtemperatur von 1.000°C, mit isothermen Zwischenhalten für 3 Stunden jeweils bei 150, 175, 200, 300, 500 und 650°C, für 3 Stunden geglüht. Nach dem Sintern bei 1000°C wurde der Ofen abgestellt und der Inhalt auf natürliche Weise auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Nach dem Glühen wurde der Raumtemperatur-MOR (Reißmodul) der resultierenden gesinterten Keramik-Teststäbe auf einem Instron 4465-Belastungsrahmen in einem 4-Punkt-Biegemodus gemessen. Die offene Porosität und die Massendichte der gebrochenen Stücke wurden durch Archimedische Auftriebsmessungen in Wasser gemäß den Verfahren und Definitionen, wie in ASTM C830 angegeben, bestimmt.
Beispiel 1
Vergleichbare Keramikfeststoff-Aufschlämmungsformulierungen von 62 Vol.-% und rechteckige Teststäbe wurden in der gleichen Weise hergestellt und fabriziert, wie für das Vergleichsbeispiel beschrieben, aber mit Decamethylcyclopentasiloxan (Momentive SF1202, D₅), das als Poren bildendes Mittel zu der Aufschlämmung hinzugegeben wurde. Formulierungen A bis D wurden hergestellt, wobei 5, 10, 15 bzw. 20% des gesamten Aufschlämmungsvolumens D₅ umfasste, wobei der Volumenanteil der reaktionsfähigen Siloxanmischung entsprechend verringert wurde, um eine konstante 62 vol.-%ige Keramikfeststoff-Beladung in der ungehärteten Mischung aufrechtzuerhalten.

Wie in dem Vergleichsbeispiel wurde das Massenverhältnis der reaktionsfähigen Siloxane aufrechterhalten, um ein molares Verhältnis von Si-H zu Vinyl von ungefähr 1:1 zu ergeben. Die hergestellten Aufschlämmungen wurden mit 9,4 Mikroliter 89023 Pt-Katalysatorlösung pro 100 Gewichtsteile Aufschlämmungsmischung katalysiert, in Teststabformen injiziert, gehärtet, geglüht und getestet, wie in dem Vergleichsbeispiel. Mittlere Testwerte für Formulierungen A-D sind in Tabelle 2 zusammen mit den Daten für das Vergleichsbeispiel angegeben. Tabelle 2: Testdaten für geglühte Keramikteile, hergestellt aus Aufschlämmungszusammensetzungen, enthaltend 0–20 Vol.-% D₅ als Porenbildner.

Proben-ID	Porenbildner Vol.-% (D₅)	Offene Porosität (Vol.-%)	±95% Cl	Massendichte (g/cm³)	±95% Cl	RT-MOR (psi)	±95% Cl
Vergl. Beisp.	0	13,02	0,15	2,438	0,004	1159	47
A	5	14,23	0,16	2,427	0,005	893	154
B	10	17,03	0,15	2,369	0,005	2027	336
C	15	19,54	0,19	2,323	0,007	4107	147
D	20	22,53	0,17	2,247	0,004	3515	68

Beispiel 2
Vergleichbare Keramikfeststoff-Aufschlämmungsformulierungen mit 62 Vol.-% und rechteckige Teststäbe wurden in der gleichen Weise hergestellt, wie für das Vergleichsbeispiel beschrieben, aber unter Zugabe linearer PDMS-Flüssigkeit von 5 cStk Viskosität, die als ein Poren bildendes Mittel zu der Aufschlämmungsmischung hinzugegeben wurde. Die PDMS-Flüssigkeit mit 5 cStk hatte ein Zahlenmittel des Molekulargewichtes (MW), bestimmt mittels ²⁹Si-NMR-Endgruppenanalyse, im Bereich von 741 bis 830 g/mol. Formulierungen E-H wurden hergestellt mit 5, 10, 15 bzw. 20 Vol.-% der Gesamtaufschlämmung, bestehend aus Poren bildendem Mittel, wobei der Volumenanteil der reaktiven Siloxanmischung entsprechend verringert wurde, um die angestrebte 62 vol.-%-ige Keramikfeststoff-Beladung aufrechtzuerhalten.

Wie im Vergleichsbeispiel wurde das Massenverhältnis der reaktionsfähigen Siloxane derart aufrechterhalten, dass man ein molares Verhältnis von Si-H zu Vinyl von ungefähr 1:1 erhielt. Die zubereiteten Aufschlämmungen wurden mit 9,4 Mikroliter 89023 Pt-Katalysatorlösung pro 100 Gewichtsteile Aufschlämmungsmischung katalysiert, in Teststabformen injiziert, gehärtet, geglüht und wie in dem Vergleichsbeispiel getestet. Mittlere Testwerte für Formulierungen E-H sind in Tabelle 3 zusammen mit den Daten für das Vergleichsbeispiel angegeben. Tabelle 3: Testdaten für geglühte Keramikteile, hergestellt aus Aufschlämmungszusammensetzungen, enthaltend 0–20 Vol.-% 5 cStk PDMS-Flüssigkeit als Porenbildner.

Proben-ID	Porenbildner Vol.-% (D₅)	Offene Porosität (Vol.-%)	±95% Cl	Massendichte (g/cm³)	±95% Cl	RT-MOR (psi)	±95% Cl
Vergl. Beisp.	0	13,02	0,15	2,438	0,004	1159	47
E	5	14,31	0,39	2,423	0,011	1380	141
F	10	17,40	0,12	2,355	0,006	1644	238
G	15	20,01	0,33	2,305	0,010	2720	465
H	20	21,24	0,38	2,279	0,013	3822	53

Beispiel 3
Zwei 19,6 mm (0,77”) lange zylindrische Testproben eines mittleren Durchmessers von 2,3 mm (0,09“) bzw. 10,2 mm (0,4“) wurden unter Einsatz einer Aufschlämmung auf Silicongrundlage, entsprechend der für das obige Vergleichsbeispiel beschriebenen Zusammensetzung, hergestellt. Zwei weitere Testproben gleicher nominaler Abmessung wurden unter Einsatz einer Aufschlämmung der Zusammensetzung entsprechend der obigen Formulierung G hergestellt. Nach dem Härten wurden die Proben mit 5°C/h auf 180°C mit Zwischentränkungen unter einem Druck von 0,1 Torr zum Entfernen des Poren bildenden Mittels erhitzt, gefolgt vom Glühen unter atmosphärischen Bedingungen bis zu 480°C bei Raten von 5–15°C/h mit mindestens einer Zwischentränkung. Tabelle 4 fasst die Differenzialmessungen der linearen Schrumpfung entlang der Länge der zylindrischen Proben (das ist der absolute Unterschied des Schrumpfens der größeren Probe gegenüber der Schrumpfung der kleineren Probe) zusammen, wobei die berichteten Schrumpfwerte auf der Summierung der linearen Nettoschrumpfung beruhen, die der Entfernung des Poren bildenden Mittels („Trockenschrumpfung“) und dem Glühzyklus („Glühschrumpfung“) zuzuschreiben ist. Tabelle 4: Werte der differenziellen Linearschrumpfung für geglühte Keramikteile, hergestellt aus Aufschlämmungszusammensetzungen, enthaltend 0–15 Vol.-% einer PDMS-Flüssigkeit von 5 cStk als Porenbildner.

Aufschlämmungsformulierung differenzielle Linearschrumpfung (absolut)

Vergleichsbeispiel (kein Poren bildendes Mittel) 0,81%

Formulierung G (15 Vol.-% Poren bildendes Mittel) 0,16%
Die obigen Beispiele zeigen, dass mit dem Einbringen von entweder D₅ oder einer PDMS-Flüssigkeit geringen Molekulargewichtes in eine Keramikaufschlämmung die offene Porosität eines geglühten Keramikgegenstandes daraus um 73%, mit Bezug auf das Vergleichsbeispiel, erhöht wurde. Die offene Porosität in dem geglühten Keramikkörper kann auch in einer vorhersagbaren Weise, wie erforderlich, manipuliert werden. Mit der Erhöhung des relativen offenen Porenvolumens nimmt die Massendichte des geglühten Keramikkörpers entsprechend ab. Zusätzlich ist ein unerwarteter Vorteil, dass mit zunehmender Menge des in die Aufschlämmung eingebrachten Poren bildenden Mittels die Raumtemperatur-MOR außerordentlich zunimmt, bspw. um einen Faktor vom 3,3- bis 3,5-fachen der Werte für das Vergleichsbeispiel. Dieses Verhalten kontrastiert mit Bekanntem in der Wissenschaft von Keramikmaterial, wo die höchste Festigkeit in einem Materialsystem häufig gefunden werden kann, wenn das Material dichter ist und seine Massendichte sich dem theoretischen Wert nähert. Während die Bindung an eine besondere Theorie nicht erwünscht ist, kann das Einsetzen der spezifischen Poren bildenden Mittel gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verringerung der Mikrorissfrequenz des geglühten Keramikkörpers durch eine Verringerung der effektiven Vernetzungsdichte in der grünen Keramik erzeugen, verursacht durch eine Verdünnung der reaktionsfähigen Siloxanmatrix mit dem nicht reaktionsfähigen Poren bildenden Siloxan. Das Einbringen eines Poren bildenden Mittels in die Aufschlämmungszusammensetzung, wie in Beispiel 4, erzeugt Gegenstände mit dramatisch verminderter abmessungsabhängiger Schrumpfung, was nahelegt, dass der erhöhte Grad an Porosität in dem gehärteten Körper, erzeugt durch den Einschluss des Poren bildenden Mittels, einen rascheren Übergang gasförmiger Spezies ermöglichen kann, was wiederum die Dimensionsabhängigkeit der Schrumpfung verringern kann.
Beispiel 4

Formulierung I wurde in einer ähnlichen Weise wie beim Vergleichsbeispiel hergestellt, wobei sie eine nicht einschränkende Aufschlämmungszusammensetzung zeigt, die für die hier beschriebenen Techniken nützlich ist, wobei der Binder in diesem Falle RTV 615, ein System war, das ein Siloxanmaterial mit hohem MW_c (z.B. mehr als 10.000 g/mol und in diesem spezifischen Fall mehr als 30.000 g/mol) einschließt. D₅ wurde als das Poren bildende Mittel eingesetzt, in diesem Fall bei etwa 17 Vol.-%. Diese Zusammensetzung kann durch Zugabe von etwa 3,1 Mikrolitern des Lamoreaux-Katalysators (eines platinhaltigen Katalysators) pro 100 g der Aufschlämmung katalysiert werden. Tabelle 5: Formulierung I

Komponente	Gew.-%
D₅	7,6
Momentive RTV615 (Teil A:Teil B-Verhältnis 10:1, bezogen auf das Gewicht	12,1
Na₂B₄O₇	0,4
Abgerauchtes Siliciumdioxid	1,0
Zirkon	38,5
Geschmolzenes Siliciumdioxid	40,4
Gesamt	100,0

Während nur gewisse Merkmale der Erfindung hierin dargestellt und beschrieben wurden, sind dem Fachmann viele Modifikationen und Änderungen zugänglich. Es sollte daher klar sein, dass die beigefügten Ansprüche alle Modifikationen und Änderungen umfassen, die in den wahren Umfang der Erfindung fallen.
Es sind Zusammensetzungen und Verfahren geschaffen, die zur Erzeugung von Keramikgegenständen, wie z.B. Kernen und Schalen für den Feinguss, nützlich sind. Die Zusammensetzung umfasst eine Flüssigkeit, die aufweist: eine Siloxanspezies; eine Vielzahl von Teilchen, die ein Keramikmaterial umfassen und innerhalb der Flüssigkeit angeordnet sind; ein Katalysatormaterial, das innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist; und ein Poren bildendes Mittel, das innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist. Das Poren bildende Mittel umfasst ein siliciumhaltiges Mittel, das in Bezug auf die Flüssigkeit im Wesentlichen inert ist und ein mittleres Molekulargewicht von weniger als etwa 1300 Gramm pro Mol aufweist. Das Verfahren umfasst ein Anordnen irgendeiner der vorstehend beschriebenen Zusammensetzungen in einer gewünschten Gestalt, Härten der Siloxanspezies und Verflüchtigen des Poren bildenden Mittels zum Bilden eines porösen Grünlings.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7287573 [0004, 0036, 0074]
US 7413001 [0036]
US 7487819 [0036]
US 8413709 [0036]
US 3715334 [0053]
US 3775452 [0053]
US 3220972 [0053]
US 3516946 [0053]
US 4288345 [0053]
US 4421903 [0053]
US 4256870 [0053]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Plueddeman’s „Silane Coupling Agents“, Plenum Press, New York (1982) [0057]

Claims

Zusammensetzung, die aufweist: eine Flüssigkeit, die eine Siloxanspezies umfasst, eine Vielzahl von Teilchen, die ein Keramikmaterial aufweisen und innerhalb der Flüssigkeit angeordnet sind, ein Katalysatormaterial, das innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist, und ein Poren bildendes Mittel, das innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist, wobei das Poren bildende Mittel ein siliciumhaltiges Mittel umfasst, das in Bezug auf die Flüssigkeit im Wesentlichen inert ist und ein Zahlenmittel des Molekulargewichtes von weniger als etwa 1300 Gramm pro Mol aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Siloxanspezies der Flüssigkeit eine funktionelle Alkenylgruppe und eine funktionelle Hydridgruppe umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Poren bildende Mittel ein Siloxan, ein Silan oder eine Kombination, die ein Siloxan und ein Silan aufweist, umfasst.
Zusammensetzung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das siliciumhaltige Mittel eine Mischung siliciumhaltiger Mittelkomponenten umfasst, wobei die Komponenten der Mischung unterschiedliche Siedepunkte aufweisen, und/oder wobei das mittlere Molekulargewicht des siliciumhaltigen Mittels mindestens etwa 150 Gramm pro Mol beträgt.
Zusammensetzung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Poren bildende Mittel in der Zusammensetzung in einer Konzentration von mindestens etwa 5 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 7 Vol.-% bis etwa 35 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung, vorhanden ist.
Zusammensetzung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Poren bildende Mittel Decamethylcyclopentasiloxan umfasst und in der Zusammensetzung in einer Konzentration von 7 Vol.-% bis etwa 35 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung vorhanden ist.
Zusammensetzung, die aufweist: eine Flüssigkeit, die eine Siloxanspezies aufweist, wobei die Siloxanspezies eine funktionelle Alkenylgruppe und eine funktionelle Hydridgruppe umfasst, eine Vielzahl von Teilchen, die ein Keramikmaterial aufweisen und die innerhalb der Flüssigkeit angeordnet sind, ein Katalysatormaterial, das ein Metall umfasst und innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist, und ein Poren bildendes Mittel, das innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist, wobei das Poren bildende Mittel Decamethylcyclopentasiloxan umfasst und in der Zusammensetzung in einer Konzentration von 5 Vol.-% bis etwa 35 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung vorhanden ist.
Verfahren, das aufweist: Anordnen der Zusammensetzung nach Anspruch 1 zu einer gewünschten Gestalt, Härten der Siloxanspezies und Verflüchtigen des Poren bildenden Mittels zum Bilden eines porösen Grünlings.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner ein Glühen des Grünlings zum Bilden eines Keramikkörpers aufweist und vorzugsweise ferner ein Anordnen des Keramikkörpers innerhalb einer Feingussform und Verfestigen von geschmolzenem Metall innerhalb der Feingussform aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Härten ein Reagieren der Siloxanspezies bei einer Härtungstemperatur umfasst und wobei das Verflüchtigen des Poren bildenden Mittels bei einer Trocknungstemperatur ausgeführt wird, die höher als die Härtungstemperatur ist.