DE102018110215A1

DE102018110215A1 - Verfahren zur Herstellung eines großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteils

Info

Publication number: DE102018110215A1
Application number: DE102018110215.1A
Authority: DE
Inventors: Christos Aneziris; Lisa Freitag; Ulrich Klotz; Claudia Legner; Ulrike Schindler
Original assignee: Verein fur Das Forschungsinstitut fur Edelmetalle und Metallchemie E V; Verein fur das Forschungsinstitut fur Edelmetalle und Metallchemie eV; Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Verein fur Das Forschungsinstitut fur Edelmetalle und Metallchemie E V; Verein fur das Forschungsinstitut fur Edelmetalle und Metallchemie eV; Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteils für Hochtemperaturanwendungen und die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung von Tiegeln, Tauchausgüssen, Stopfen, Hitzeschilden, Auslaufdüsen, Rohren oder Gießrinnen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein großformatiges, keramisches Gradienten-Bauteil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteilen für Hochtemperaturanwendungen.
Bauteile für Hochtemperaturanwendungen sind beispielsweise Tiegel, Tauchausgüsse, Stopfen, Hitzeschilde, Auslaufdüsen, Rohre, Gießrinnen oder auch Fertigbauteile, wie Deckel, Pfannen oder Königsteine.
Derartige Bauteile unterliegen über einen längeren Zeitraum sowohl hohen thermischen und mechanischen als auch korrosiven Belastungen. Werkstoffe, die üblicherweise für diese Bauteile Verwendung finden sind zumeist keramische Werkstoffe, die bei Temperaturen oberhab 1500°C temperaturbeständig und mechanisch belastbar sind.
Gerade die Oberflächen derartiger keramischer Bauteile, die in Kontakt mit korrosiven Medien stehen, sollen eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Oberflächengüte aufweisen. Demgegenüber kann das Innere der keramischen Bauteile eine geringere Korrosionsbeständigkeit aufweisen, dafür aber die mechanische Festigkeit liefern. Diese Eigenschaften lassen sich gezielt durch einen Gradienten über die Bauteildicke herstellen, indem ein Material- und/oder ein Korngrößengradient eingestellt wird.
Keramische Bauteile werden über bekannte keramische Herstellungsverfahren, wie die Pressformgebung oder den Schlickerguss hergestellt.
Über die Pressformgebung lassen sich schwer Bauteile mit komplexen Geometrien herstellen. Auch die Herstellung von keramischen Bauteilen mit definierten Gradienten hinsichtlich der Korngröße oder des Materials ist mittels der Pressformgebung schwer zu erreichen.
Die Schlickergusstechnologie erlaubt nur die Herstellung von keramischen Bauteilen mit kleinen Abmessungen und einfachen Geometrien mit einem Korngrößengradienten [Schafföner].
Aus dem Gießereiwesen ist ein Verfahren zur Herstellung von Feingussformen oder Feingussformschalen bekannt. Hierbei wird ein keramischer Schlicker auf ein sehr genaues, verlorenes Modell aus Wachs aufgebracht, der feuchte Schlicker anschließend mit einer keramischen Sand-Schicht besandet und beide Schichten anschließend getrocknet. Weitere Schlicker- und Sand-Schichten werden aufgebracht bis die gewünschte Formdicke oder Formschalendicke erreicht ist. Die so entstandene Feingussform wird weiter getrocknet, bevor das verlorene Wachsmodell durch Ausschmelzen entfernt wird. Im Anschluss folgt das Brennen der Feingussform, um die Festigkeit zu erhöhen, so dass die gebrannte Feingussform den thermischen und mechanischen Belastungen während des Gießens standhält. Nach dem Abkühlen des gegossenen Bauteils wird die Feingussform üblicherweise zerstört, so dass das Gussteil entnommen werden kann. D.h. derartige Feingussformen oder Feingussformschalen sind für den Einmalgebrauch vorgesehen.
Feingussformen weisen üblicherweise Abmessungen im Bereich von 10 cm bis 50 cm Höhe und 5 mm bis 10 mm Schichtdicke auf. Allen Feingussformen ist gemein, dass diese für den einmaligen Gebrauch vorgesehen sind, sogenannte verlorene Formen. Eine Feingussform ist dementsprechend nur für den Zeitraum des Gießprozesses und der anschließenden Erstarrung des Gussteils thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Ein üblicher Gießprozess im Feinguss dauert wenige Sekunden vom Eingießen der Schmelze bis zur Erstarrung des Gussteils.
Thermischen und mechanischen Langzeitbelastungen sind Feingussformen nicht ausgesetzt. Die Materialauswahl und die Abstimmung der Schlicker- und Sand-Schichten erfolgt bei Feingussformen unter den Gesichtspunkten: Temperaturstabilität, Sinterverhalten, Abbildungsgenauigkeit und Oberflächengüte. Zur Herstellung von Feingussformen werden daher ausschließlich keramische Materialien für die Schlicker- und Sand-Schichten mit feinen Korngrößen im Bereich von ≤ 1 mm eingesetzt [Rothe].
DE 11 2013 004 948 T5 offenbart eine Feingussform und ein Verfahren zur Herstellung einer Feingussform. Die Feingussform wird hergestellt, indem ein Feinguss-Wachsmodell in einen Schlicker getaucht, aus diesem herausgezogen und anschließend eine Trocknungsbehandlung zur Bildung einer Primärschicht aus dem Schlickerfilm durchgeführt wird. Der Schlicker enthält monodispergierte, ultrafeine Aluminiumoxid-Partikel mit einer Partikelgröße von 1,0 µm oder kleiner und Zirkonoxid- oder Aluminiumoxidpulver als Mehl mit einer Partikelgröße von 5 bis 80 µm und einer durchschnittlichen Partikelgröße von 50 µm oder kleiner. Anschließend wird eine mehrlagige Unterstützungsschicht aufgebracht durch mehrmaliges Eintauchen des Wachsmodells mit Primärschicht in einen Schlicker und Aufbringen eines Stuck-Materials. Das Stuck-Material kann Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder insbesondere Siliziumcarbid sein mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,5 mm oder größer. Danach folgt ein Wachsentfernungsprozess und ein Formbrennprozess, in dem der nach der Wachsentfernung erhaltene Formkörper einer Brennbehandlung unterzogen wird, wodurch ein Formwerkzeug erhalten wird.
DE 10 2006 005 057 A1 offenbart ein Werkzeug zum Herstellen eines Gussteils und ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs für die Fertigung eines Gussteils. Die Gussform wird hergestellt durch die Beschichtung eines Wachsrohlings mit mindestens einer Schlickermasse, Trocknen und Härten der Gussform, Entfernen des Wachsrohlings aus der Gussform und Brennen der Gussform. Die Gussform weist einen Frontschichtbereich, der mit der reaktiven Nichteisenschmelze in Kontakt steht, aus mindestens einem Seltenerdoxid und mindestens einem weiteren Metalloxid und einen Backupschicht-Bereich auf. Der Schlicker für den Frontschichtbereich enthält Y₂O₃-Pulver mit Korngrößen zwischen 1 µm und 50 µm und TiO₂-Pulver mit einer Korngröße von weniger als 10 µm. Der Schlicker für den Backup-Bereich enthält Aluminiumoxidpulver, gemischt aus Pulvern mit drei unterschiedlichen Körnungen. Die Besandung des Frontschichtbereich-Schlickers erfolgt mit Y₂O₃-Pulver mit einem Korndurchmesser von 50 µm bis 250 µm. Die Besandung des Backupschicht-Bereich-Schlickers erfolgt mit Al₂O₃-Pulvern mit Körnungen im Bereich von 10 µm bis 250 µm.
DE 689 15 861 T2 offenbart ein Verfahren zur Bildung einer Keramikschalenform zum Feinguss, wobei auf einem Modell eine Flächenüberzugsschichtaus einem ersten Keramikmaterial gebildet wird. Die Flächenüberzugsschicht wird mit abwechselnden Schichten aus einem zweiten Keramikmaterial und einem dritten Keramikmaterial überzogen, wobei das zweite und das dritte Keramikmaterial unterschiedliche thermophysikalische Eigenschaften aufweisen. Derartige Materialien sind Aluminiumoxid, Mullit, Zirkoniumoxid, Yttriumoxid, Thoriumoxid, Zirkon, Siliziumdioxid, ein weniger als 72 Gew.-% Aluminiumoxid enthaltendes Aluminiumsilikat und Verbindungen, Mischungen oder Legierungen davon.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches die Herstellung von großformatigen keramischen Gradienten-Bauteilen ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines großformatigen keramischen Gradienten-Bauteils für Hochtemperaturanwendungen, bei dem ein Modell mindestens 4fach mittels Schlickerauftrag, Besanden und Trocknen beschichtet wird, nachfolgend das Modell vom so gebildeten Formkörper entfernt wird, und anschließend der Formkörper thermisch behandelt wird, wobei für den ersten Schlickerauftrag ein Schlicker verwendet wird, der als suspendiertes pulverförmiges Material feinkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen von ≤ 1 mm enthält, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens eine der dem ersten Schlickerauftrag folgenden Schlickerschichten ein Schlicker verwendet wird, der als suspendiertes pulverförmiges Material mindestens 20 Gew.-% grobkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen im Bereich von > 1 mm bis 10 mm enthält.
Vorteilhaft wird das Verfahren zur Herstellung eines großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteils für Hochtemperaturanwendungen derart ausgeführt, dass die Schritte: a) Aufbringen eines Schlickers auf ein Modell, um eine Schlicker-Schicht zu bilden; b) Besanden der Schlicker-Schicht mit einem Besandungsmaterial und c) Trocknen des besandeten Modells, um eine Formkörperlage zu bilden, mindestens 4-mal wiederholt werden, um einen mehrlagigen Formkörper zu erhalten.
Beim erstmaligen Aufbringen eines Schlickers auf das Modell, wird ein erster Schlicker verwendet. Im ersten Schlicker werden als suspendiertes pulverförmiges Material feinkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen von ≤ 1 mm verwendet. Der erste Schlicker bildet eine feinkörnige Schlicker-Schicht.
In mindestens einem wiederholten Aufbringen eines Schlickers wird ein Schlicker aufgebracht, in dem als supendiertes pulverförmiges Material mind. 20 Gew.-% grobkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen im Bereich von > 1 mm bis 10 mm verwendet werden. Ein derartiger Schlicker bildet eine grobkörnige Schlicker-Schicht.
Nach der letztmaligen Trocknung der aufgebrachten Formkörperlagen wird d) das Modell entfernt, um den mehrlagigen Formkörper freizulegen und anschließend wird e) der mehrlagige Formkörper thermisch behandelt zum Erhalt des großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteils.
In einer Ausführungsform wird die Schrittfolge a) bis c) so oft wiederholt, bis die gewünschte Anzahl an Formkörperlagen des mehrlagigen Formkörpers oder die gewünschte Dicke an Schlicker-Sand-Schichten auf das Modell aufgebracht ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das großformatige, keramische Gradienten-Bauteil mit Abmessungen in der Länge oder in der Höhe oder in der Breite von mindestens dem 100-fachen der maximalen Korngröße der grobkörnigen Partikel hergestellt.
Ein keramisches Gradienten-Bauteil im Sinne der Erfindung ist ein keramisches Bauteil, welches über die Bauteildicke hinweg einen Gradienten hinsichtlich der Korngröße und/oder des Materials aufweist. Der Korngrößen- und/oder Materialgradient bewirkt dabei vorteilhaft einen Eigenschaftsgradienten des Bauteils. So kann vorteilhaft an der Oberfläche des Gradienten-Bauteils, welche mit korrosiven Medien in Kontakt steht, eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit eingestellt werden als im Inneren des Bauteils. Weiterhin vorteilhaft kann die Temperaturwechselbeständigkeit des Gradienten-Bauteils verbessert werden durch einen vorliegenden Korngrößengradienten innerhalb des Bauteils.
In Schritt a) wird der Schlicker mit einem dem Fachmann bekannten Beschichtungsverfahren, wie Tauch-, Sprüh- oder Zentrifugierverfahren auf das Modell aufgebracht. Im Tauchverfahren wird das Modell in einen Schlicker getaucht, das Modell herausgezogen und überschüssiger Schlicker entfernt. Im Sprühverfahren wird ein Schlicker auf das Modell aufgesprüht. Beim Zentrifugierverfahren wird das Modell in den Schlicker getaucht, das Modell herausgezogen und der überschüssige Schlicker durch Zentrifugieren abgeschleudert. Der Schlicker wird in Schritt a) auf mindestens einen Teil der äußeren Oberfläche des Modells aufgebracht.
Mindestens ein Teil der äußeren Oberfläche des Modells im Sinne der Erfindung meint, dass auf mindestens einen Teil der äußeren Oberfläche des Modells eine Schlicker-Schicht aufgebracht wird und mindestens ein weiterer Teil der äußeren Oberfläche des Modells keine Schlicker-Schicht aufweist. Vorteilhaft wird über den mindestens einen weiteren Teil der äußeren Oberfläche des Modells, der keine Schlicker-Schicht aufweist, die Entfernung des Modells in Schritt d) ermöglicht.
Ein Schlicker im Sinne der Erfindung ist eine Suspension aus Wasser und einem pulverförmigen Material. In einer Ausführungsform wird ein pulverförmiges Material mit maximalen Korngrößen im Bereich von 45 µm bis 10 mm verwendet.
Der Schlicker kann zusätzlich dem Fachmann bekannte Dispergierhilfsmittel, organische Bindemittel, Netzmittel und/oder Entschäumer enthalten. Bekannte organische Bindemittel sind beispielweise Celluloseacetatbutyratwachs, Nitrocellulose, Petroleum-Wachs, Polyethylen, Polyacrylatester, Polymethylmethacrylat, Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyralwachs, Polyvinylchlorid, Acrylpolymer, Ethylenoxidpolymer, Hydroxyäthylencellulose, Methylcellulose, Cellulose, Polyvinylalkohol, Polysaccharide oderwässrige Polymerdispersionen.
In einer Ausführungsform enthält der Schlicker einewässrige Polymersuspension als organisches Bindemittel. Vorteilhaft erhöhen die wässrige Polymersuspension die Grünfestigkeit der aufgebrachten Schlicker-Schicht, welche vorteilhaft für die thermische Entfernung des Modells ist.
Weiterhin kann der Schlicker auch in der Lebensmittelindustrie gebräuchliche Additive, wie Xanthan und Guarkernmehl, als Binder und Stabilisatoren enthalten. Insbesondere zur Stabilisierung von im Schlicker suspendierten grobkörnigen pulverförmigen Materialien haben sich diese Additive bewährt.
Bekannte Dispergierhilfsmittel sind beispielsweise anorganische Dispergierhilfsmittel, wie Polysilikate oder Polyphosphate oder organische Dispergierhilfsmittel wie Polycarbonate, Polyacrylate, Oxalate, Citrate, Polycarboxilat, Alkanolamine oder Carbonsäurezubereitungen. Bekannte Entschäumer sind beispielsweise Alkylpolyalkylenglykolether oder Zubereitungen aus Kohlenwasserstoffen und Fettsäurederivaten. Bekannte Netzmittel sind beispielsweise Ammoniumligninsulfonat, Polypropylenglycol Alkylarylpolyetheralkohol, Polyethylenglycolethylether, Athylphenylglycol, Polyoxyethylenacetat, Polyoxethylenesther.
Ein Schlicker in dem ein pulverförmiges Material suspendiert ist, welches nur feinkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen ≤ 1 mm aufweist, wird als feinkörniger Schlicker bezeichnet und bildet eine feinkörnige Schlicker-Schicht.
Ein Schlicker in dem ein pulverförmiges Material suspendiert ist, welches mindestens 20 Gew.-% grobkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen im Bereich von > 1 mm bis 10 mm aufweist, wird als grobkörniger Schlicker bezeichnet und bildet eine grobkörnige Schlicker-Schicht.
Dem Fachmann bekannt ist, dass feinkörnige Schlicker bedingt durch die größere spezifische Oberfläche des suspendierten pulverförmigen Materials die Zugabe von höheren Mengen an Wasser und Dispergiermitteln benötigen. In einer Ausführungsform weisen die Schlicker strukturviskoses Verhalten auf, um eine optimale Beschichtung des Modells zu ermöglichen.
Vorteilhaft wird durch den ersten Schlicker, welcher eine feinkörnige Schlicker-Schicht bildet, die Korrosionsbeständigkeit, die Oberflächenqualität des herzustellenden Gradienten-Bauteils und die Abbildungsgenauigkeit eingestellt. Vorteilhaft wird durch die grobkörnige Schlicker-Schicht, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Kriechbeständigkeit des herzustellenden Gradienten-Bauteils eingestellt. Weiterhin vorteilhaft wird durch die grobkörnige Schlicker-Schicht die Schwindung während der thermischen Behandlung in Schritt e) reduziert und die Herstellung großformatiger Gradienten-Bauteile ermöglicht. Weiterhin vorteilhaft wird durch die Kombination aus grob- und feinkörnigen Schlicker-Schichten die Porengrößenverteilung innerhalb des Gradienten-Bauteils eingestellt. Weiterhin vorteilhaft können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren großformatige, keramische Gradienten-Bauteile für Hochtemperaturanwendungen hergestellt werden, die einen Korngrößengradienten über die Bauteildicke aufweisen.
Ein Modell im Sinne der Erfindung ist ein Körper, der die Negativform des herzustellenden großformatigen Bauteils abbildet. Ein Modell kann aus einem Modellteil oder mehr als einem Modellteil bestehen. Ein Modell aus einem Modellteil wird auch als einteiliges Modell bezeichnet. Einteilige Modelle werden für die Herstellung großformatiger Bauteile mit einfachen Geometrien eingesetzt. Beispiele für Bauteile mit einfachen Geometrien sind beispielsweise Tiegel, Pfannen und Rohre.
Ein Modell bestehend aus mehr als einem Modellteil wird auch als mehrteiliges Modell bezeichnet. Mehrteilige Modelle werden für die Herstellung großformatiger Bauteile mit komplexen Geometrien und/oder Hinterschneidungen eingesetzt. Weiterhin können mehrteilige Modelle Platzhalter aufweisen, die die Hohlräume im herzustellenden Bauteil abbilden. Beispiele für Bauteile mit komplexen Geometrien sind beispielsweise Königsteine, Gießrinnen und Tauchausgüsse.
Die noch feuchte Schlicker-Schicht auf dem Modell wird in Schritt b) mit einem Besandungsmaterial besandet. Vorteilhaft wird dadurch das Besandungsmaterial in die feuchte Schlicker-Schicht eingelagert. Ein Besandungsmaterial im Sinne der Erfindung ist ein pulverförmiges Material mit maximalen Korngrößen im Bereich von 45 µm bis 10 mm. Als pulverförmiges Besandungsmaterial kann ein keramisches oder ein metallisches Besandungsmaterial oder eine Mischung aus beiden verwendet werden. Keramische Besandungsmaterialien umfassen oxidische keramische Materialien, nicht-oxidische keramische Materialien, Materialien, die mit keramischen Herstellungsverfahren hergestellt werden oder Mischungen davon. Materialien, die mit keramischen Herstellungsverfahren hergestellt werden, sind beispielsweise Diamant oder Graphit. Als oxidische keramische Materialien werden beispielsweise Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, MgO, Cr₂O₃, CaO, SiO₂, La₂O₃, LaCrO₃, CaZrO₃, MgAl₂O₄, VO₂, Nb₂O₅, HfO, MoO₂, WO₃, Ta₂O₅ verwendet. Als nicht-oxidische keramische Materialien werden Nitride, Karbide, Boride und Silizide der Halbmetalle, Metalle oder Übergangsmetalle, wie beispielsweise SiC, B₄C, AlN, Si₃N₄, ZrB₂, TiN, TiC, WC, TiB₂, CrB₂, TaC, NbC verwendet.
In einer Ausführungsform können als keramische Besandungsmaterialien kohlenstoffgebundene keramische pulverförmige Materialien verwendet werden. Bespiele für kohlenstoffgebundene keramische pulverförmige Materialien sind kohlenstoffgebundenes Al₂O₃, kohlenstoffgebundenes MgO oder kohlenstoffgebundenes ZrO₂.
Metallische Besandungsmaterialien umfassen refraktäre Metalle, Metalle mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1000°C oder Mischungen daraus. Refraktäre Metalle im Sinne der Erfindung sind die hochschmelzenden, unedlen Metalle der 4., 5., 6. und 7. Nebengruppe des Periodensystems oder Mischungen davon. Refraktäre Metalle der 4. Nebengruppe sind Ti, Zr, Hf. Refraktäre Metalle der 5. Nebengruppe sind V, Nb, Ta. Refraktäre Metalle der 6. Nebengruppe sind Cr, Mo, W. Refraktäre Metalle der 7. Nebengruppe sind Tc, Re.
In einer Ausführungsform werden als refrakträren Metalle Zr, Hf, V, Ta, Nb, Cr, Mo, W, Tc, Re oder Mischungen daraus verwendet. Bevorzugt werden als refraktären Metalle Nb, Ta, Mo, W, Re oder Mischungen davon verwendet. Als Metalle mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1000°C werden Cu, Fe, Si, Ni, Ti oder Mischungen davon verwendet.
Besandungsmaterialien mit maximalen Korngrößen von ≤ 1 mm werden als feinkörnige Besandungsmaterialien bezeichnet. Besandungsmaterialien mit maximalen Korngrößen im Bereich von > 1 mm bis 10 mm werden als grobkörnige Besandungsmaterialien bezeichnet. In einer Ausführungsform wird als grobkörniges Besandungsmaterial ein keramisches oder ein metallisches Brechgranulat oder eine Mischung aus beiden verwendet Vorteilhaft wird die Korngröße des Besandungsmaterials auf die Korngröße der zuvor aufgebrachten Schlicker-Schicht abgestimmt.
So kann eine feinkörnige Schlicker-Schicht mit einem feinkörnigen Besandungsmaterial und eine grobkörnige Schlicker-Schicht mit einem grobkörnigen Besandungsmaterial besandet werden. Weiterhin kann es auch vorteilhaft sein, eine feinkörnige Schlicker-Schicht mit einem grobkörnigen Besandungsmaterial und/oder eine grobkörnige Schlicker-Schicht mit einem feinkörnigen Besandungsmaterial zu besanden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Materialien der Schlicker-Schicht und des Besandungsmaterials aufeinander abzustimmen. So kann eine Schlicker-Schicht, die aus einem Schlicker gebildet wird, wobei als im Schlicker suspendiertes pulverförmiges Material ein metallisches Material verwendet wird, mit einem metallischen Besandungsmaterial besandet werden. Es kann aber auch vorteilhaft sein, eine Schlicker-Schicht, die aus einem Schlicker gebildet wird, wobei als im Schlicker suspendiertes pulverförmiges Material ein metallisches Material verwendet wird, mit einem keramischen Besandungsmaterial zu besanden. Weiterhin kann es auch vorteilhaft sein, eine Schlicker-Schicht, die aus einem Schlicker gebildet wird, wobei als im Schlicker suspendiertes pulverförmiges Material ein keramisches Material verwendet wird, mit einem metallischen Besandungsmaterial zu besanden. Weiterhin kann es auch vorteilhaft sein, eine Schlicker-Schicht, die aus einem Schlicker gebildet wird, wobei als im Schlicker suspendiertes pulverförmiges Material ein keramisches Material verwendet wird, mit einem keramischen Besandungsmaterial zu besanden. Eine Schlicker-Schicht, die aus einem Schlicker gebildet wird, wobei als im Schlicker suspendiertes pulverförmiges Material ein keramisches und ein metallisches Material verwendet werden, kann mit einem keramischen Besandungsmaterial, einem metallischen Besandungsmaterial oder einer Mischung aus beiden besandet werden.
In Schritt c) wird anschließend das besandete Modell getrocknet, um eine Formkörperlage des mehrlagigen Formkörpers zu bilden. Vorteilhaft wird dadurch eine Verfestigung der Schlicker-Schicht und des in die Schlicker-Schicht eingelagerten Besandungsmaterials erreicht. Weiterhin vorteilhaft werden während des Trocknens festigkeitssteigernde äußere Druckspannungen durch das Aufschrumpfen der besandeten Schlicker-Schicht auf dem Modell generiert.
In Schritt d) wird anschließend an das letztmalige Durchführen des Schritts c) das Modell entfernt, um den mehrlagigen Formkörper freizulegen. Bevorzugt wird das Modell thermisch entfernt. Bekannte thermische Verfahren zur Modellentfernung sind beispielsweise das Ausschmelzen oder das Ausbrennen.
Anschließend wird der freigelegte mehrlagige Formkörper in Schritt e) thermisch behandelt zum Erhalt des großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteils. Vorteilhaft wird dadurch der mehrlagige Formkörper weiter verfestigt zum Erhalt des großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteils. Die thermische Behandlung in Schritt e) kann unter oxidierender Atmosphäre, reduzierender Atmosphäre, Schutzgas-Atmosphäre oder Vakuum durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Schlicker auf ein Modell aus Wachs oder Kunststoff oder ein metallisches Modell mit einer Beschichtung aus Wachs oder Kunststoff aufgebracht. Vorteilhaft können Modelle aus Wachs und Kunststoff in Schritt d) einfach entfernt werden. Vorteilhaft kann ein metallisches Modell mehrfach verwendet werden, da beim Entfernen des Modells in Schritt d) nur die Beschichtung aus Wachs oder Kunststoff des metallischen Modells entfernt und das metallische Modell entnommen wird. Dadurch können bei der Modellherstellung Kosten eingespart werden, da Modelle aus Wachs oder Kunststoff nur einmalig eingesetzt werden können. Die Beschichtung aus Wachs oder Kunststoff eines metallischen Modells bedeckt vorteilhaft mindestens einen Teil der äußeren Oberfläche des metallischen Modells. Mindestens ein Teil der äußeren Oberfläche des metallischen Modells im Sinne der Erfindung meint, dass mindestens ein Teil der äußeren Oberfläche des metallischen Modells mit der Beschichtung aus Wachs oder Kunststoff bedeckt ist und mindestens ein weiterer Teil der äußeren Oberfläche des metallischen Modells keine Beschichtung aus Wachs oder Kunststoff aufweist. Der mindestens eine weitere Teil der äußeren Oberfläche des metallischen Modells ermöglicht die Entfernung der Beschichtung aus Wachs oder Kunststoff und die Entnahme des metallischen Modells in Schritt d).
In einer Ausführungsform bedeckt die Beschichtung aus Wachs oder Kunststoff die gesamte äußere Oberfläche des metallischen Modells. Modelle aus Wachs werden in Schritt d) durch Ausschmelzen entfernt. Dabei wird das mit Schlicker und Sand beschichtete Modell bis zu einer Temperatur unterhalb des Flammpunktes des verwendeten Wachses erhitzt. Metallische Modelle mit einer Beschichtung aus Wachs werden in Schritt d) ebenfalls durch Ausschmelzen entfernt. Dabei wird die Beschichtung aus Wachs ausgeschmolzen und das metallische Modell entnommen.
Modelle aus Kunststoff werden in Schritt d) durch Ausbrennen entfernt. Dabei wird das mit Schlicker und Sand beschichtete Modell bis zu einer Temperatur erhitzt, bei der sich der Kunststoff zersetzt. Metallische Modelle mit einer Beschichtung aus Kunststoff werden in Schritt d) ebenfalls durch Ausbrennen entfernt. Dabei wird die Beschichtung aus Kunststoff ausgebrannt und das metallische Modell entnommen. Ein Modell kann ein- oder mehrteilig sein.
Mehrteilige Modelle können aus mehreren metallischen Modellteilen mit einer Beschichtung aus Wachs oder Kunststoff oder aus mehreren Modellteilen aus Wachs oder Kunststoff zusammengesetzt sein. Weiterhin können mehrteilige Modelle aus einem metallischen Modellteil mit einer Beschichtung aus Wachs oder Kunststoff und mindestens einem Modellteil aus Wachs oder Kunststoff zusammengesetzt sein, so dass komplexe Geometrien abgebildet werden. Modelle oder Modellteile aus Wachs können kompakte Modelle oder Modellteile aus Wachs sein oder hohle Modelle oder Modellteile aus Wachs. Vorteilhaft erleichtern hohle Modelle oder Modellteile aus Wachs die Entfernung des Modells in Schritt d) während des Ausschmelzens. Bevorzugt ist das Wachs ein für das Wachsausschmelzverfahren angepasstes, niedrigschmelzendes Wachs, mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 60 bis 80°C und einen Flammpunkt im Bereich von 220 bis 240°C.
Wachse im Sinne der Erfindung sind organische, plastische Massen, welche aus unterschiedlich langen Molekülketten mit mehreren Kohlenwasserstoffeinheiten bestehen. Als Wachse werden synthetische, niedrigschmelzende Wachse mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet. Bevorzugt liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient des Wachses im Bereich von 50·10^-6 K^-1 bis 100·10^-6 K^-1. Wachse können als ungefüllte oder als gefüllte Wachse verwendet werden. Ungefüllte Wachse sind beispielsweise Paraffinwachse, mikrokristalline Wachse, Harze oder Mischungen daraus. Harze können natürliche oder synthetische Harze sein. Gefüllte Wachse sind Wachse, die zusätzlich Füllstoffe, wie beispielsweise Polystyrol enthalten. Bevorzugt werden gefüllte Wachse für die Modelle und/oder Modellteile aus Wachs oder die Beschichtung aus Wachs für das metallische Modell verwendet. Vorteilhaft weisen gefüllte Wachse eine geringere Schwindung, eine geringere Neigung zu Einfallstellen und kürzere Aushärtezeiten auf.
Als Kunststoff können Duroplaste oder Thermoplaste verwendet werden. Bekannte derartige Kunststoffe sind beispielsweise Polyurethan als Duroplast und Polypropylen als Thermoplast. Bevorzugt kommen Kunststoffe mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten zur Anwendung, um Spannungen während der Trocknung und der Modellentfernung zu vermeiden. Bevorzugt liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kunststoffs im Bereich von 50·10^-6 K^-1 bis 80·10^-6 K^-1.
Ein metallisches Modell und/oder Modellteil mit einer Beschichtung aus Wachs oder Kunststoff besteht beispielsweise aus Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer oder Messing. Vorteilhaft ist Aluminium ein preisgünstiges und leichtes Material, wodurch die Kosten für die Modellfertigung optimiert werden. Weiterhin vorteilhaft weisen Aluminium und Messing eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch in Schritt d) die Wärmeübertragung auf die Beschichtung aus Wachs beim Wachsausschmelzen positiv beeinflusst wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird mindestens ein keramisches pulverförmiges Material verwendet, welches im Schlicker suspendiert ist. Keramische pulverförmige Materialien umfassen oxidische keramische Materialien, nicht-oxidische keramische Materialien, Materialien, die mit keramischen Herstellungsverfahren hergestellt werden, oder Mischungen davon. Materialien, die mit keramischen Herstellungsverfahren hergestellt werden, sind beispielsweise Diamant oder Graphit. Als oxidische keramische Materialien werden beispielsweise Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, MgO, Cr₂O₃, CaO, SiO₂, La₂O₃, LaCrO₃, CaZrO₃, MgAl₂O₄, VO2, Nb₂O₅, HfO, MoO₂, WO₃, Ta₂O₅ verwendet. Als nicht-oxidische keramische Materialien werden Nitride, Karbide, Boride und Silizide der Halbmetalle, Metalle oder Übergangsmetalle, wie beispielsweise SiC, B₄C, AlN, Si₃N₄, ZrB₂, TiN, TiC, WC, TiB₂, CrB₂, TaC, NbC verwendet.
In einer Ausführungsform werden als keramische pulverförmige Materialien kohlenstoffgebundene keramische pulverförmige Materialien verwendet. Beispiele für kohlenstoffgebundene keramische pulverförmige Materialien sind kohlenstoffgebundenes Al₂O₃, kohlenstoffgebundenes MgO oder kohlenstoffgebundenes ZrO₂. In einer weiteren Ausführungsform wird eine Mischung keramischer pulverförmiger Materialien verwendet, welche im Schlicker suspendiert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich mindestens ein metallisches pulverförmiges Material verwendet, welches im Schlicker suspendiert ist. In einer Ausführungsform werden 5 bis 30 Gew.-% mindestens eines metallischen Materials als pulverförmiges Material verwendet, welches im Schlicker suspendiert ist. Bevorzugt werden 10 bis 20 Gew.-% mindestens eines metallischen Materials als pulverförmiges Material verwendet, welches im Schlicker suspendiert ist. Vorteilhaft werden durch das metallische Material die mechanischen Eigenschaften, die Korrosions-, Kriech- und Thermoschockbeständigkeit des herzustellenden großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteils verbessert.
Für den Einsatz des Gradienten-Bauteils bei hohen Temperaturen ist es zweckmäßig, dass das metallische pulverförmige Material einen hohen Schmelzpunkt aufweist. Metallische pulverförmige Materialien, die im Schlicker suspendiert sind, umfassen refraktäre Metalle, Metalle mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1000°C oder Mischungen daraus. Refraktäre Metalle im Sinne der Erfindung sind hochschmelzende, unedle Metalle der 4., 5., 6. und 7. Nebengruppe des Periodensystems oder Mischungen davon. Refraktäre Metalle der 4. Nebengruppe sind Ti, Zr, Hf. Refraktäre Metalle der 5. Nebengruppe sind V, Nb, Ta. Refraktäre Metalle der 6. Nebengruppe sind Cr, Mo, W. Refraktäre Metalle der 7. Nebengruppe sind Tc, Re. In einer Ausführungsform werden als refraktäre Metalle Zr, Hf, V, Ta, Nb, Cr, Mo, W, Tc, Re oder Mischungen daraus verwendet. Bevorzugt werden als refraktären Metalle Nb, Ta, Mo, W, Re oder Mischungen davon verwendet. Als Metalle mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1000°C werden Cu, Fe, Si, Ni, Ti oder Mischungen davon verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als metallische pulverförmige Materialien refraktäre Metalle, Metalle mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1000°C, eine Mischung refraktärer Metalle, eine Mischung von Metallen mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1000°C oder eine Mischung aus den vorgenannten verwendet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Schlicker mit einem kalten Beschichtungsverfahren aufgebracht. Ein kaltes Beschichtungsverfahren im Sinne der Erfindung, ist ein Verfahren bei dem der aufzubringende Schlicker eine Temperatur von maximal 30°C aufweist, bevorzugt liegt der Schlicker bei Raumtemperatur vor. Vorteilhaft können in einem kalten Beschichtungsverfahren temporäre Additive, wie Dispergierhilfsmittel, Bindemittel, Netzmittel und/oder Entschäumer im Schlicker verwendet werden, welche die Grünfestigkeit bei Raumtemperatur erhöhen und die notwendige Stabilität des mehrlagigen Formkörpers für das Ausschmelzen des Wachsmodells liefern. Weiterhin vorteilhaft verbrennen die temporären Additive, wie beispielweise Xanthan, Guarkernmehl und Polymersuspensionen rückstandslos in Schritt d) und beeinträchtigen nicht die Korrosionsbeständigkeit des keramischen Gradienten-Bauteils. Weiterhin kann durch die temporären Additive eine geeignete Porengrößenverteilung erzielt werden.
Erfindungsgemäß wird in mindestens einem vom erstmaligen Durchführen von Schritt a) verschiedenen Durchführen von Schritt a) ein pulverförmiges Material, welches im Schlicker suspendiert ist, verwendet, wobei das pulverförmiges Material mindestens 20 Gew.-% grobkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen im Bereich von > 1 mm bis 10 mm aufweist.
Ein Schlicker der mindestens 20 Gew.-% grobkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen im Bereich von > 1 mm bis 10 mm aufweist, welche im Schlicker suspendiert sind, wird als grobkörniger Schlicker bezeichnet und bildet eine grobkörnige Schlicker-Schicht. In einem grobkörnigen Schlicker liegt der Rest des im Schlicker suspendierten pulverförmigen Materials als Partikel mit maximalen Korngrößen im Bereich von 45 µm bis ≤ 1 mm vor. Vorteilhaft liegen dadurch die grobkörnigen Partikel innerhalb der aufgebrachten grobkörnigen Schlicker-Schicht in einer Matrix aus feinkörnigen Partikeln vor, wodurch die Porengrößenverteilung und die Temperaturwechselbeständigkeit positiv beeinflusst werden. Weiterhin vorteilhaft dienen die grobkörnigen Schlicker-Schichten als Stützschichten, die die erste feinkörnige Schlicker-Schicht mechanisch stabilisieren.
In einer weiteren Ausführungsform wird beim erstmaligen und/oder beim letztmaligen Durchführen von Schritt a) ein Schlicker aufgebracht, bei dem als im Schlicker suspendiertes pulverförmiges Material feinkörnige Partikel mit einer maximalen Korngröße von ≤ 1 mm verwendet werden. Vorteilhaft umschließen die erstmalig und die letztmalig aufgebrachte feinkörnige Schlicker-Schicht die grobkörnigen Stützschichten. Weiterhin vorteilhaft werden während der thermischen Behandlung in Schritt e) durch die erhöhte Schwindung der feinkörnigen Schlicker-Schichten Druckspannungen im Bauteil aufgebaut, die die Thermoschockbeständigkeit verbessern.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als grobkörnige Partikel ein keramisches oder ein metallisches Brechgranulat oder eine Mischung aus beiden verwendet. Ein keramisches Brechgranulat im Sinne der Erfindung ist ein keramisches Material, das über das Gießen eines schmelzflüssigen keramischen Materials und die anschließende Zerkleinerung nach der Abkühlung gewonnen wird. Ein metallisches Brechgranulat im Sinne der Erfindung ist ein metallisches Material, das über das Gießen eines schmelzflüssigen metallischen Materials und die anschließende Zerkleinerung nach der Abkühlung gewonnen wird. Das metallische oder keramische Brechgranulat wird nach der Zerkleinerung anschließend einem oder mehreren Klassierungsschritten unterzogen, so dass grobkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen im Bereich von > 1 mm bis 10 mm erhalten werden. Das metallische oder keramische Brechgranulat kann eine regelmäßige, geometrische Form, wie z. B. eine Würfel- oder Kugelform oder eine unregelmäßige Form, wie z. B. splittrig, schuppenartig aufweisen. Vorteilhaft wird durch das keramische oder das metallische Brechgranulat oder der Mischung aus beiden die Schwindung während der thermischen Behandlung in Schritt e) reduziert. Dadurch lassen sich vorteilhaft deutlich größere Bauteile herstellen, ohne dass diese infolge der Schwindung Risse erleiden. Vorteilhaft werden durch den Anteil der grobkörnigen Partikel die Temperaturwechselbeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit des Gradienten-Bauteils verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsform findet die Trocknung des besandeten Modells bei Temperaturen von 20°C bis 110°C statt, um eine Formkörperlage zu bilden. Nach der Trocknung einer Formkörperlage wird die Schrittfolge a) bis c) wiederholt In einer Ausführungsform wird die Trocknung bei einer relativen Luftfeuchte im Bereich von 30 bis 60 % durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die thermische Behandlung bei Temperaturen von 600°C bis 1900°C, bevorzugt bei 900°C bis 1650°C durchgeführt. Vorteilhaft wird durch die thermische Behandlung die Endfestigkeit des Gradienten-Bauteils erreicht. In einer weiteren Ausführungsform wird die thermische Behandlung in Schritt e) in oxidierender Atmosphäre, reduzierender Atmosphäre, Schutzgas-Atmosphäre oder Vakuum durchgeführt.
In einer Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Tiegeln, Tauchausgüssen, Stopfen, Hitzeschilden, Auslaufdüsen, Rohren, Gießrinnen oder Fertigbauteilen, wie Deckeln, Pfannen oder Königsteine verwendet.
Weiterhin zur Erfindung gehört ein großformatiges, keramisches Gradienten-Bauteil, wobei das Gradienten-Bauteil mindestens 4 Schichten und mindestens 10 Gew.-% grobkörnige, keramische Partikel und einen Korngrößengradienten aufweist, und eine erste Schicht des Gradienten-Bauteils nur feinkörnige, keramische Partikel mit maximalen Korngrößen von ≤ 1 mm enthält, und die erste Schicht die Oberfläche des Gradienten-Bauteils bildet, die mit korrosiven Medien in Kontakt steht, und mindestens eine weitere Schicht, die auf die erste Schicht folgt mindestens 20 Gew.-% grobkörnige, keramische Partikel mit maximalen Korngrößen im Bereich > 1 mm bis 10 mm enthält. Vorteilhaft können durch den Korngrößengradienten die Eigenschaften des Gradienten-Bauteils innerhalb der Schichten variieren und optimal an die Einsatzbedingungen angepasst werden. Keramische Partikel im Sinne der Erfindung sind pulverförmige keramische Materialien und/oder keramische Brechgranulate. Die erste Schicht des Gradienten-Bauteils bildet die Oberfläche des Gradienten-Bauteils, welche bei Einsatz des Gradienten-Bauteils mit korrosiven Medien in Kontakt steht. Korrosive Medien im Sinne der Erfindung sind Flüssigkeiten oder Gase, die bei Berührung eine korrosive Wirkung auf die Oberfläche des Gradienten-Bauteils ausüben. Beispiele für korrosive Medien, mit denen großformatige keramische Bauteile in Kontakt stehen, sind Metallschmelzen oder Gase. Vorteilhaft wird durch die erste Schicht des Gradienten-Bauteils, welche nur feinkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen von ≤ 1 mm aufweist, die Korrosionsbeständigkeit und die Oberflächengüte des Bauteils verbessert.
In einer Ausführungsform enthält zusätzlich die Schicht des Gradienten-Bauteils, welche die Oberfläche des Gradienten-Bauteils bildet, die nicht in Kontakt mit korrosiven Medien steht, nur feinkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen von ≤ 1 mm. Vorteilhaft wird dadurch die mindestens eine weitere Schicht, welche mindestens 20 Gew.-% grobkörnige Partikel enthält von feinkörnigen Schichten umschlossen, so dass während der thermischen Behandlung zum Erhalt des Gradienten-Bauteils Druckspannungen aufgebaut werden. Weiterhin vorteilhaft erhöht die zusätzliche feinkörnige Schicht die Festigkeit des Gradienten-Bauteils.
In einer Ausführungsform weisen die Schichten des Gradienten-Bauteils eine Gesamtdicke von 5 mm bis 15 mm auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteile Abmessungen in der Länge oder in der Höhe oder in der Breite von mindestens dem 100-fachen der maximalen Korngröße der grobkörnigen, keramischen Partikel auf.
In einer weiteren Ausführungsform weist ein großformatiges keramisches Gradienten-Bauteil Abmessungen in der Länge, Höhe und Breite jeweils im Bereich von 15 cm bis 180 cm, bevorzugt von 50 cm bis 150 cm auf. Vorteilhaft eignen sich derartige großformatige, keramische Gradienten-Bauteile für Hochtemperaturanwendungen.
In einer weiteren Ausführungsform werden die großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteile als Tiegel, Tauchausgüsse, Stopfen, Hitzeschilde, Auslaufdüsen, Rohre, Gießrinnen oder auch Fertigbauteile, wie Deckel, Pfannen oder Königsteine verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das großformatige, keramische Gradienten-Bauteil zusätzlich mindestens 5 Gew.-% metallische Bestandteile.
Metallische Bestandteile im Sinne der Erfindung sind pulverförmige metallische Materialien und/oder metallische Brechgranulate. Die metallischen Bestandteile können als feinkörnige und/oder als grobkörnige metallische Bestandteile vorliegen. Feinkörnige metallische Bestandteile weisen maximale Korngrößen von ≤ 1 mm auf und grobkörnige metallische Bestandteile weisen maximale Korngrößen von > 1 mm bis 10 mm auf. In einer Ausführungsform enthält mindestens eine der Schichten des großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteils die metallischen Bestandteile. Vorteilhaft werden durch die metallischen Bestandteile die mechanischen Eigenschaften, die Korrosions-, Kriech- und Thermoschockbeständigkeit des herzustellenden großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteils verbessert. Die metallischen Bestandteile können als feinkörnige und/oder grobkörnige Partikel in mindestens einer Schicht des großformatigen, keramischen Gradienten-Bauteils vorliegen.
Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche zu kombinieren.
Figurenliste
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und zugehöriger Figuren eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.

1 zeigt schematisch ein mit Schlicker beschichtetes einteiliges wachsbeschichtetes Metallmodell zur Herstellung eines keramischen Schmelztiegels.
2 zeigt die Draufsicht eines mehrteiligen Modells zur Herstellung eines Königsteins.
3 zeigt den Querschnitt eines Modellteils entlang der Schnittlinie A-A in 2

Beispiel 1: Herstellung eines korrosionsbeständigen metallokeramischen Schmelztiegels als Gradienten-Bauteil
Ein Schmelztiegel zum Schmelzen von hochschmelzenden und hochreaktiven Titanlegierungen wird hergestellt, indem ein einteiliges Modell des Tiegels aus einem wachsbeschichteten Metallmodell hergestellt wird. Das Modell aus einem Aluminiumkern beschichtet mit synthetischem, niedrigschmelzendem Wachs weist die Abmessungen von 30 cm Höhe und 10 cm Durchmesser auf. Das wachsbeschichtete Modell wurde durch Drehen eines Aluminiummodells und anschließende Tauchbeschichtung für die Wachsbeschichtung hergestellt. Die Wachsbeschichtung wurde dabei umlaufend auf das Aluminiummodell aufgebracht, wobei die spätere Einfüllöffnung des Tiegels ausgespart wurde.

In Schritt a) wird auf das wachsbeschichtete Modell eine erste Schlicker-Schicht durch Tauchen aufgebracht. Der Schlicker wird derart aufgebracht, dass mindestens ein Teil der äußeren Oberfläche des Modells nicht mit Schlicker beschichtet wird. Der erste Schlicker ist ein feinkörniger Schlicker mit suspendiertem keramischen pulverförmigen CaZrO₃-Material und metallischen pulverförmigen Titan, welches jeweils mit maximalen Korngrößen ≤ 1 mm vorliegt. Im Schlicker liegen drei unterschiedliche feinkörnige Kornfraktionen des keramischen pulverförmigen Materials und eine feinkörnige Kornfraktion des metallischen pulverförmigen Materials vor. Der Schlicker enthält zusätzlich Xanthan und Guarkernmehl als Stabilisatoren und Binder, sowie Dispergier- und Netzmittel, Entschäumer und Binder. Der Masseversatz für die Herstellung des feinkörnigen Schlickers ist in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1: Masseversatz für den ersten Schlicker

pulverförmiges Material	Anteil in Ma.-%
CaZrO₃; 0-0,5 mm (Imerys Fused Minerals GmbH)	55
CaZrO₃; 0-0,045 mm (Imerys Fused Minerals GmbH)	10
CaZrO₃; < 0,063 mm (stöchiometrische Synthese)	25
Cp-Ti-Pulver; < 0,045 mm (PyroGenesis S.A.)	10
Additiv, davon	6,09
Xanthan (Axilat RH 50 MD, CH, Erbslöh GmbH & Co. KG	0,02
Guarkernmehl (Dragonspice Naturwaren)	0,02
Dispergier- und Netzmittel (BYK LP-C 22134, BYK-Chemie GmbH)	2
Entschäumer (BYK LP-C 22787, BYK-Chemie GmbH)	0,05
Binder (BYK LP-C 22893, BYK-Chemie GmbH)	4
Entionisiertes Wasser	7

Die noch feuchte erste feinkörnige Schlicker-Schicht wird in Schritt b) mit einem metallokeramischen Besandungsmaterial besandet. Als metallokeramisches Besandungsmaterial wird eine Mischung aus CaZrO₃-Pulver der Kornfraktion 0 bis 0,5 mm (Imerys Fused Minerals GmbH) mit Cp-Ti-Pulver der Kornfraktion < 0,045 mm im Mischungsverhältnis 50:50 verwendet.
Anschließend wird in Schritt c) die besandete erste Schlicker-Schicht für 3 Stunden bei 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit getrocknet, um die erste Formkörperlage zu bilden.
Die Schrittfolge a) bis c) wird fünfmal durchgeführt.

Beim zweimaligen Durchführen von Schritt a) wird durch Tauchen ein Schlicker mit suspendierten keramischen pulverförmigen CaZrCh-Material und metallischen pulverförmigen Titan aufgebracht, wobei das pulverförmige CaZrO₃- und Titan-Pulver maximale Korngrößen von maximal 1 mm aufweisen. Der Masseversatz für die Herstellung des feinkörnigen Schlickers ist in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2: Massenversatz für den zweiten Schlicker

Material	Anteil in Ma.-%
CaZrO₃; 0,5-1 mm (Imerys Fused Minerals GmbH)	23
CaZrO₃; 0-0,5 mm (Imerys Fused Minerals GmbH)	27
CaZrO₃; 0-0,045 mm (Imerys Fused Minerals GmbH)	23
CaZrO₃; < 0,063 mm (stöchiometrisohe Synthese)	17
Cp-Ti-Pulver; < 0,045 mm (PyroGenesis S.A.)	10
Additiv, davon	6,15
Xanthan (Axilat RH 50 MD, CH, Erbslöh GmbH & Co. KG	0,05
Guarkernmehl (Dragonspice Naturwaren)	0,05
Dispergier- und Netzmittel (BYK LP-C 22134, BYK-Chemie GmbH)	2
Entschäumer (BYK LP-C 22787, BYK-Chemie GmbH)	0,05
Binder (BYK LP-C 22893, BYK-Chemie GmbH)	4
Entionisiertes Wasser	6,5

Die noch feuchte zweite Schlicker-Schicht wird beim zweimaligen Durchführen von Schritt b) mit einem metallokeramischen Besandungsmaterial besandet. Als metallokeramisches Besandungsmaterial wird eine Mischung aus CaZrO₃-Pulver der Kornfraktion 0,5 bis 1 mm (Imerys Fused Minerals GmbH) mit Cp-Ti-Pulver der Kornfraktion < 0,045 mm im Mischungsverhältnis 50:50 verwendet. Anschließend wird beim zweimaligen Durchführen von Schritt c) die besandete zweite Schlicker-Schicht für 3 Stunden bei 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit getrocknet, um die zweite Formkörperlage zu bilden.
Beim drittmaligen Durchführen von Schritt a) wird durch Tauchen ein grobkörniger Schlicker mit suspendierten keramischen pulverförmigen CaZrCh-Material mit 20 Gew.-% grobkörnigen Partikeln mit maximalen Korngrößen im Bereich vom 1 mm bis 3 mm entsprechend Tabelle 3 aufgebracht. Die noch feuchte dritte Schlicker-Schicht wird beim drittmaligen Durchführen von Schritt b) mit einem keramischen CaZrO₃-Besandungsmaterial der Kornfraktion 1 bis 3 mm besandet. Anschließend wird beim drittmaligen Durchführen von Schritt c) die besandete dritte Schlicker-Schicht für 3 Stunden bei 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit getrocknet, um die dritte Formkörperlage zu bilden.

Beim viertmaligen Durchführen von Schritt a) wird durch Tauchen ein grobkörniger Schlicker mit suspendierten keramischen pulverförmigen CaZrCh-Material mit 20 Gew.-% grobkörnigen Partikeln mit Korngrößen im Bereich von 1 mm bis 3 mm entsprechend Tabelle 3 aufgebracht. Tabelle 3: Masseversatz für einen grobkörnigen Schlicker

Material	Anteil in Ma.-%
CaZrO₃; 1-3 mm (Imerys Fused Minerals GmbH)	20
CaZrO₃; 0,5-1 mm (Imerys Fused Minerals GmbH)	20
CaZrO₃; 0-0,5 mm (Imerys Fused Minerals GmbH)	25
CaZrO₃; 0-0,045 mm (Imerys Fused Minerals GmbH)	20
CaZrO₃; < 0,063 mm (stöchiometrische Synthese)	15
Additiv, davon	6,15
Xanthan (Axilat RH 50 MD, CH, Erbslöh GmbH & Co. KG	0,05
Guarkernmehl (Dragonspice Naturwaren)	0,05
Dispergier- und Netzmittel (BYK LP-C 22134, BYK-Chemie GmbH)	2
Entschäumer (BYK LP-C 22787, BYK-Chemie GmbH)	0,05
Binder (BYK LP-C 22893, BYK-Chemie GmbH)	4
Entionisiertes Wasser	8

Die noch feuchte vierte Schlicker-Schicht wird beim viertmaligen Durchführen von Schritt b) mit einem keramischen CaZrO₃-Besandungsmaterial der Kornfraktion 1 bis 3 mm besandet. Anschließend wird beim viertmaligen Durchführen von Schritt c) die besandete vierte Schlicker-Schicht für 3 Stunden bei 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit getrocknet, um die vierte Formkörperlage zu bilden.
Beim fünftmaligen Durchführen von Schritt a) wird durch Tauchen ein Schlicker mit suspendiertem keramischen pulverförmigen CaZrCh-Material entsprechend Tabelle 1 aufgebracht. Die noch feuchte fünfte Schlicker-Schicht wird beim fünftmaligen Durchführen von Schritt b) mit einem keramischen CaZrO₃-Besandungsmaterial der Kornfraktion 0 bis 0,5 mm besandet. Anschließend wird beim fünftmaligen Durchführen von Schritt c) die besandete fünfte Schlicker-Schicht für 7 Tage bei 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit und zusätzlich 7 Tage im Exsikkator getrocknet, um die fünfte Formkörperlage zu bilden.
1 zeigt schematisch das beschichtete Modell nach dem 5-maligen Durchführen der Schrittfolge a) bis c). Das einteilige Modell besteht aus einem Metallmodell 1 mit einer Wachsbeschichtung 2, auf das die fünf Formkörperlagen 3 aufgebracht und getrocknet wurden.
Anschließend erfolgt in Schritt d) die Entfernung des wachsbeschichteten Modells, um den fünflagigen Formkörper freizulegen. Dazu wird das mit fünf Formkörperlagen beschichtete Modell bei 235°C in den heißen Trockenschrank gestellt Die Wachsbeschichtung wird dabei über den nicht mit Schlicker beschichteten Teil der Oberfläche ausgeschmolzen, so dass das Aluminiummodell entnommen werden kann.
In Schritt e) erfolgt die thermische Behandlung des mehrlagigen Formkörpers, um das großformatige, keramische Gradienten-Bauteil zu erhalten. Die thermische Behandlung wird mit einer Aufheizrate von 1 K min^-1 durchgeführt, wobei die Temperatur für 2 h bei 900°C und für 6 h bei 1500°C gehalten wird, die Abkühlung erfolgt frei.
Der so hergestellte Schmelztiegel weist Abmessungen 31 cm in der Höhe, einen Innendurchmesser von 10 cm und eine Wandstärke von 8-10 mm auf. Der Schmelztiegel wird zum Schmelzen von Titanlegierungen verwendet. Dabei sind 3-4 Schmelzen und Abgüsse in Formschalen mit Standzeiten von jeweils 2-5 min, inkl. einer zusätzlichen Bauteilbelastung durch das Kippen des Tiegels beim Gießen inbegriffen. Der metallische Anteil innerhalb des Schmelztiegels beträgt etwa 5 Gew.-% und verbessert die Korrosionsbeständigkeit, die mechanischen Eigenschaften sowie die Kriechbeständigkeit
Beispiel 2: Herstellung eines korrosionsbeständigen keramischen Königsteins als Gradienten-Bauteil
Ein Königstein für den Unterguss von Stahlschmelzen wird hergestellt, indem ein mehrteiliges Modell des Königssteins aus einem wachsbeschichteten Metallmodell hergestellt wird. 2 zeigt die Draufsicht des mehrteiligen Modells für einen Königstein. Das mehrteilige Modell 4 besteht aus vier Modellteilen 5, die jeweils aus einem metallischen Modelleil mit Wachsbeschichtung bestehen. Die vier Modellteile 5 werden derart zusammengesetzt, dass in deren Mitte eine Öffnung verbleibt, in die ein Platzhalter 6 eingesetzt wird. Der Platzhalter 6 besteht vollständig aus Wachs und bildet den späteren Hohlraum im Königstein ab, durch den die Stahlschmelze gegossen wird. 3 zeigt exemplarisch den Querschnitt eines metallischen Modellteils mit Wachsbeschichtung 5 aus denen das mehrteilige Modell 4 zusammengesetzt ist Zu erkennen ist das wachsbeschichtete metallische Modellteil 5, welches einen Platzhalter 6 aufweist, der den Hohlraum im späteren Königstein abbildet, über den die eingegossene Stahlschmelze verteilt wird. Die Wachsbeschichtung der Modellteile wird umlaufend auf die Modellteile aufgebracht. Die Maße des Gesamtmodells betragen 30 cm x 30 cm x 15 cm, wobei die Öffnung des Platzhalters 6 etwa einen Durchmesser von 8 bis 12 cm besitzt.

In Schritt a) wird auf das mehrteilige Modell eine erste Schlicker-Schicht durch Tauchen aufgebracht. Der Schlicker wird derart aufgebracht, dass mindestens ein Teil der äußeren Oberfläche des Modells nicht mit Schlicker beschichtet wird. Nicht beschichtet wird der in 2 dargestellte Bereich des Platzhalters 6. Der erste Schlicker ist ein feinkörniger Schlicker mit suspendierten keramischen pulverförmigen Al₂O₃-Material mit Korngrößen ≤ 1 mm. Im Schlicker liegen drei unterschiedliche feinkörnige Kornfraktionen des keramischen pulverförmigen Materials vor. Der Schlicker enthält zusätzlich Xanthan und Guarkernmehl als Stabilisatoren und Binder, sowie Dispergier- und Netzmittel, Entschäumer und Binder. Der Masseversatz für die Herstellung des feinkörnigen Schlickers ist in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4: Masseversatz für einen feinkörnigen Schlicker mit keramischem suspendierten pulverförmigen Material

Keramisches pulverförmiges Material	Anteil in Ma.-%
Al₂O₃; 0-0,5 mm (Almatis GmbH)	40
Al₂O₃; 0-0,2 mm (Almatis GmbH)	33
Al₂O₃; < 0,045 mm (Almatis GmbH)	27
Additiv, davon	6,09
Xanthan (Axilat RH 50 MD, CH, Erbslöh GmbH & Co. KG)	0,02
Guarkernmehl (Dragonspice Naturwaren)	0,02
Dispergier- und Netzmittel (BYK LP-C 22134, BYK-Chemie GmbH)	2
Entschäumer (BYK LP-C 22787, BYK-Chemie GmbH)	0,05
Binder (BYK LP-C 22893, BYK-Chemie GmbH)	4
Entionisiertes Wasser	12

Die noch feuchte erste feinkörnige Schlicker-Schicht wird in Schritt b) mit einem keramischen Al₂O₃-Besandungsmaterial besandet. Als Besandungsmaterial wird Al₂O₃ der Kornfraktion 0 bis 0,5 mm (Almatis GmbH) verwendet.
Anschließend wird in Schritt c) die besandete erste Schlicker-Schicht für 3 Stunden bei 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit getrocknet, um die erste Formkörperlage zu bilden.
Die Schrittfolge a) bis c) wird fünfmal durchgeführt.

Beim zweimaligen Durchführen von Schritt a) wird durch Tauchen ein Schlicker mit suspendierten keramischen pulverförmigen CaZrCh-Material mit maximalen Korngrößen ≤ 1 mm aufgebracht. Der Masseversatz für die Herstellung des feinkörnigen Schlickers ist in Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5: Massenversatz für einen Schlicker mit maximalen Korngrößen von 1 mm

Material	Anteil in Ma.-%
Al₂O₃; 0,5-1 mm (Almatis GmbH)	25
Al₂O₃; 0-0,5 mm (Almatis GmbH)	30
Al₂O₃; 0-0,2 mm (Almatis GmbH)	25
Al₂O₃; < 0,045 mm (Almatis GmbH)	20
Additiv, davon	6,15
Xanthan (Axilat RH 50 MD, CH, Erbslöh GmbH & Co. KG)	0,05
Guarkernmehl (Dragonspice Naturwaren)	0,05
Dispergier- und Netzmittel (BYK LP-C 22134, BYK-Chemie GmbH)	2
Entschäumer (BYK LP-C 22787, BYK-Chemie GmbH)	0,05
Binder (BYK LP-C 22893, BYK-Chemie GmbH)	4
Entionisiertes Wasser	10

Die noch feuchte zweite Schlicker-Schicht wird beim zweimaligen Durchführen von Schritt b) mit einem keramischen Al₂O₃-Besandungsmaterial besandet. Als Besandungsmaterial wird Al₂O₃ der Kornfraktion 0,5 bis 1 mm (Almatis GmbH) verwendet. Anschließend wird beim zweimaligen Durchführen von Schritt c) die besandete zweite Schlicker-Schicht für 3 Stunden bei 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit getrocknet, um die zweite Formkörperlage zu bilden.
Beim drittmaligen Durchführen von Schritt a) wird durch Tauchen ein grobkörniger Schlicker mit suspendiertem keramischen pulverförmigen Al₂O₃-Material mit 20 Gew.-% grobkörniger Partikel entsprechend Tabelle 6 aufgebracht. Die noch feuchte dritte Schlicker-Schicht wird beim drittmaligen Durchführen von Schritt b) mit einem keramischen Al₂O₃-Besandungsmaterial der Kornfraktion 0,5 bis 1 mm besandet. Anschließend wird beim drittmaligen Durchführen von Schritt c) die besandete dritte Schlicker-Schicht für 3 Stunden bei 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit getrocknet, um die dritte Formkörperlage zu bilden.

Beim viertmaligen Durchführen von Schritt a) wird durch Tauchen ein grobkörniger Schlicker mit suspendiertem keramischen pulverförmigen Al₂O₃-Material mit 20 Gew.-% grobkörnigen Partikeln mit maximalen Korngrößen im Bereich von 1 mm bis 3 mm entsprechend Tabelle 6 aufgebracht. Tabelle 6: Masseversatz für einen grobkörnigen Schlicker

Material	Anteil in Ma.-%
Al₂O₃; 1-3 mm (Almatis GmbH)	20
Al₂O₃; 0,5-1 mm (Almatis GmbH)	20
Al₂O₃; 0-0,5 mm (Almatis GmbH)	25
Al₂O₃; 0-0,2 mm (Almatis GmbH)	20
Al₂O₃; < 0,045 mm (Almatis GmbH)	15
Additiv, davon	6,15
Xanthan (Axilat RH 50 MD, CH, Erbslöh GmbH & Co. KG	0,05
Guarkernmehl (Dragonspice Naturwaren)	0,05
Dispergier- und Netzmittel (BYK LP-C 22134, BYK-Chemie GmbH)	2
Entschäumer (BYK LP-C 22787, BYK-Chemie GmbH)	0,05
Binder (BYK LP-C 22893, BYK-Chemie GmbH)	4
Entionisiertes Wasser	10

Die noch feuchte vierte Schlicker-Schicht wird beim viertmaligen Durchführen von Schritt b) mit einem keramischen Al₂O₃-Besandungsmaterial der Kornfraktion 1 bis 3 mm besandet. Anschließend wird beim viertmaligen Durchführen von Schritt c) die besandete vierte Schlicker-Schicht für 3 Stunden bei 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit getrocknet, um die vierte Formkörperlage zu bilden.
Beim fünftmaligen Durchführen von Schritt a) wird durch Tauchen ein Schlicker mit suspendierten keramischen pulverförmigen Al₂O₃-Material entsprechend Tabelle 4 aufgebracht. Die noch feuchte fünfte Schlicker-Schicht wird beim fünftmaligen Durchführen von Schritt b) mit einem keramischen Al₂O₃-Besandungsmaterial der Kornfraktion 0 bis 0,5 mm besandet. Anschließend wird beim fünftmaligen Durchführen von Schritt c) die besandete fünfte Schlicker-Schicht für 7 Tage bei 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit und zusätzlich 7 Tage im Exsikkator getrocknet, um die fünfte Formkörperlage zu bilden.
Anschließend erfolgt in Schritt d) die Entfernung des wachsbeschichteten Modells, um den fünflagigen Formkörper freizulegen. Dazu wird das mit fünf Formkörperlagen beschichtete Modell bei 235°C in den heißen Trockenschrank gestellt. Die Wachsbeschichtung der metallischen Modellteile und die Platzhalter aus Wachs werden ausgeschmolzen. Das Wachs tropft während des Ausschmelzens über den nicht beschichteten Teil der Oberfläche ab und die metallischen Modellteile werden über den durch die Platzhalter entstandenen Hohlraum entnommen.
In Schritt e) erfolgt die thermische Behandlung des mehrlagigen Formkörpers, um das großformatige, keramische Gradienten-Bauteil zu erhalten. Die thermische Behandlung wird mit einer Aufheizrate von 1 K min^-1 durchgeführt, wobei die Temperatur für 2 h bei 900 °C und für 6 h bei 1500°C gehalten wird, die Abkühlung erfolgt frei.
Der so hergestellte Königstein weist Abmessungen von ca. 31 cm × 31 cm x16 cm und eine zentrale Öffnung mit einem Durchmesser von 10 cm, in die die Stahlschmelze gegossen wird und eine Wandstärke von 8 bis 10 mm auf. Der Königstein wird zum Unterguss von Stahlschmelzen verwendet. Ein derartiger Königstein ist für Einsatzzeiten von etwa 45 min dem direkten Kontakt mit der Stahlschmelze und starken thermomechanischen Belastungen ausgesetzt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden Ausführungsformen. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die speziell beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein, sofern sich die Einzelmerkmale nicht gegenseitig ausschließen, oder eine spezifische Kombination von Einzelmerkmalen nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste

1: Metallisches Modell
2: Wachsbeschichtung des metallischen Modells
3: Formkörperlagen
4: Mehrteiliges Modell
5: Modellteil mit Wachsbeschichtung
6: Platzhalter

Zitierte Nicht-Patentliteratur

[Rothe] Rothe, H. „Untersuchung der Rissbildung bei der Herstellung keramischer Feingussformschalen", Dissertation, RWTH Aachen 1999
[Schafföner] Schafföner et. al, „Functional composites based on refractories produced by pressure slip casting" J. Eur. Ceram. Soc., 2016

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112013004948 T5 [0011]
DE 102006005057 A1 [0012]
DE 68915861 T2 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Rothe, H. „Untersuchung der Rissbildung bei der Herstellung keramischer Feingussformschalen“, Dissertation, RWTH Aachen 1999 [0104]
Schafföner et. al, „Functional composites based on refractories produced by pressure slip casting“ J. Eur. Ceram. Soc., 2016 [0104]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines großformatigen keramischen Gradienten-Bauteils für Hochtemperaturanwendungen, bei dem ein Modell mindestens 4-fach mittels Schlickerauftrag, Besanden und Trocknen beschichtet wird, nachfolgend das Modell vom so gebildeten Formkörper entfernt wird, und anschließend der Formkörper thermisch behandelt wird, wobei für den ersten Schlickerauftrag ein Schlicker verwendet wird, der als suspendiertes pulverförmiges Material feinkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen von ≤ 1 mm enthält, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens eine der dem ersten Schlickerauftrag folgenden Schlickerschichten ein Schlicker verwendet wird, der als suspendiertes pulverförmiges Material mindestens 20 Gew.-% grobkörnige Partikel mit maximalen Korngrößen im Bereich von > 1 mm bis 10 mm enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das großformatige, keramische Gradienten-Bauteil mit Abmessungen in der Länge oder in der Höhe oder in der Breite von mindestens dem 100-fachen der maximalen Korngröße der grobkörnigen Partikel hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schlicker auf ein Modell aus Wachs oder Kunststoff oder ein metallisches Modell mit einer Beschichtung aus Wachs oder Kunststoff aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein keramisches pulverförmiges Material verwendet wird, welches im Schlicker suspendiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens ein metallisches pulverförmiges Material verwendet wird, welches im Schlicker suspendiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlicker mittels eines kalten Beschichtungsverfahrens aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als grobkörnige Partikel ein keramisches oder ein metallisches Brechgranulat oder eine Mischung aus beiden verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als metallisches pulverförmiges Material ein refraktäres Metall, eine Mischung refraktärer Metalle, ein Metall mit einem Schmelzpunkt von mehr als 1000°C, eine Mischung von Metallen mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1000°C oder eine Mischung aus den vorgenannten verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Trocknung bei Temperaturen im Bereich von 20°C bis 110°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) die thermische Behandlung bei Temperaturen von 600°C bis 1900°C, bevorzugt bei 900°C bis 1650°C durchgeführt wird.
Großformatiges keramisches Gradienten-Bauteil, wobei das Gradienten-Bauteil mindestens 4 Schichten und mindestens 10 Gew.-% grobkörnige, keramische Partikel und einen Korngrößengradienten aufweist, wobei eine erste Schicht des Gradienten-Bauteils nur feinkörnige, keramische Partikel mit maximalen Korngrößen von ≤ 1 mm enthält, und die erste Schicht die Oberfläche des Gradienten-Bauteils bildet, die mit korrosiven Medien in Kontakt steht, und mindestens eine weitere Schicht, die auf die erste Schicht folgt, mindestens 20 Gew.-% grobkörnige, keramische Partikel mit maximalen Korngrößen im Bereich > 1 mm bis 10 mm enthält.
Großformatiges, keramisches Gradienten-Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das großformatige, keramische Gradienten-Bauteil Abmessungen in der Länge oder in der Breite oder in der Höhe von mindestens dem 100-fachen der maximalen Korngröße der grobkörnigen, keramischen Partikel aufweist.
Großformatiges, keramisches Gradienten-Bauteil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das großformatige keramische Gradienten-Bauteil zusätzlich mindestens 5 Gew.-% metallische Bestandteile enthält.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Tiegeln, Tauchausgüssen, Stopfen, Hitzeschilden, Auslaufdüsen, Rohren, Gießrinnen oder Fertigbauteilen, wie Deckeln, Pfannen oder Königsteine.