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Schlickergußverfahren Die Erfindung betrifft ein Schlickergußverfahren,
bei dem die poröse saugfähige Form im wesentlichen aus Sand besteht und der gegossene
Gegenstand durch Zerschlagen der Form erhalten wird.
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Zur Herstellung eines grünen oder nicht gebackenen Gußstücks wird
üblicherweise Schlicker in eine Dauerform aus Gips gegossen, in der die Gießmasse
in der gewünschten Form erhärtet, bevor der Formling aus der Form entfernt wird.
Dieses Verfahren ist zur Herstellung großer Stückzahlen mit derselben Gußform geeignet.
Jedoch treten häufig Schwierigkeiten beim Entfernen des Formlings aus der Form auf,
beispielsweise wenn er so geformt ist, daß seine Oberfläche beim Trocknen unlöslich
mit der Form verbunden ist, und/oder der Formling nur schwer, ohne ihn zu beschädigen
oder ohne die Form zu zerschlagen, entfernt werden kann. Eine weitere Schwierigkeit
entsteht beim Gießen von dünnwandigen Gegenständen, da der Formling meist eine erhebliche
Grünschrumpfung aufweist, während die Gipsform starr ist. Dadurch entstehen Schrumpfrisse,
die in manchen Fällen so erheblich sind, daß die dünnen Wände des Formlings ernstlich
geschwächt werden oder springen. Bei Verwendung eines Schlickers, in dem grobe Feststoffe
suspendiert sind, tritt praktisch keine Grünschrumpfung auf. In diesem Fall ist
die Entfernung des Formlings aus der Form sehr schwierig.
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Um verschieden geformte, grüne Formlinge durch Schlickergußverfahren
zufriedenstellend herzustellen, darf die normale Schrumpfung des Formlings nicht
gehindert werden, und die Formlinge müssen aus den Formen leicht entfernt werden
können.
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Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von Formlingen, bei dem die Schrumpfung des Schlickers keine Rolle spielt und das
bei einer Vielzahl verschieden geformter Gegenstände angewendet werden kann.
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Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der nachfolgenden
Beschreibung beispielsweise das Schlickergußverfahren für Silicium oder siliciumhaltige
Gegenstände beschrieben. Das Verfahren ist jedoch in gleicher Weise auf Schlicker
anwendbar, der andere suspendierte Feststoffe enthält.
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Gemäß der Erfindung können Formlinge verschiedener Formen und Gestalten
hergestellt werden, ohne daß die bei bekannten Schlickergußverfahren üblichen Probleme,
wie das Herausnehmen aus der Form und Schrumpfrisse, auftreten. Das Verfahren gemäß
der Erfindung wird vorzugsweise wie folgt durchgeführt: Ein Standardgießschlicker
aus einem Suspensionsmittel, vorzugsweise Wasser, in dem Siliciumteilchen geeigneter
Größe suspendiert sind, wird in eine nur einmal verwendbare poröse Sandform gegossen.
Das Suspensionsmittel des Schlickers wird langsam von der umgebenden Sandform aufgesaugt,
wobei die Siliciumteilchen zurückbleiben, die nach dem Trocknen einen grünen Siliciumformling
bilden. Erfindungsgemäß wird die Sandform im Anfangsstadium der Bildung des grünen
Formlings aufgebrochen, d. h. nachdem dieser genügend Grünfestigkeit hat, um seine
Form zu halten, aber vor seinem endgültigen Festwerden und Erstarren, damit die
normale Grünschrumpfung des Formlings ungehindert vor sich gehen kann. Das Verfahren
gemäß der Erfindung, bei dem das Problem der Schrumpfung eines grünen Siliciumformlings
gegenüber einer starren Form nicht auftritt, unterscheidet sich grundlegend von
solchen Verfahren, bei denen der Schlicker in Gipsformen gegossen wird. Auch wenn
die Schrumpfung des grünen Siliciumformlings verhältnismäßig niedrig ist, wird das
schwierige Entfernen des Formlings aus der Form vermieden.
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Als Material für die Form bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
eine für die Zusammensetzung des Formlings geeignete Mischung aus Sand und Ton verwendet.
Die Mischung muß eine ausreichende Menge Ton enthalten, um den Sand zu binden, aber
keinen Überschuß, da sonst die Form bis zu einem Grad erhärten würde, bei dem sie
nicht mehr leicht zerschlagen werden kann. Zur Herstellung der Form aus dem Sand
wird dieser mit Wasser befeuchtet, damit die Sandteilchen haftfähig genug sind,
um die Form zusammenzuhalten.
Es wurde gefunden, daß eine Zusammensetzung
der Mischung aus gleichen Teilen Formsand (mit etwa 70/,
Ton als Bindemittel)
und gewöhnlichem Quarzsand bei Schlickergußverfahren von Siliciumgegenständen, insbesondere
solchen mit dünnen Wänden, besonders zufriedenstellend ist. Der prozentuale Gehalt
der beiden Sandarten kann zwischen 40 und 60 Volumprozent der Mischungszusammensetzung
schwanken, ohne die Vorteile dieser Zusammensetzung zu beeinträchtigen. Wenn die
Schrumpfung des grünen Siliciumformlings keine Rolle spielt, z. B. wenn der Schlicker
verhältnismäßig grobe Siliciumteilchen (über 2 #t) enthält, oder wenn der Formling
verhältnismäßig dickwandig ist, werden vorteilhafterweise Mischungen mit einem verhältnismäßig
hohen Tongehalt verwendet.
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Die Korngröße des zur Herstellung der Form verwendeten Sandes muß
so sein, daß die Form genügend Porosität zum Absorbieren des Wassers oder des sonstigen
Suspensionsmittels des Schlickers besitzt. Der Sand muß auch fein genug sein, um
nicht die suspendierten Siliciumfeststoffe der Gießmasse zu absorbieren. Vorzugsweise
muß der Sand durch ein Sieb mit 0,417 mm Maschenöffnung hindurchgehen.
| Maschenweite I Formsand I Quarzsand |
| 0,417 mm 50/0 250/, |
| 0,208 mm 190/0 750/, |
| 0,147 mm 100/' 40/0 |
| 0,074 mm 660/0 10/0 |
| 1000110 1000/' |
Nachstehende Beispiele erläutern das Verfahren gemäß der Erfindung.
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Beispiel 1 Ein Schlicker wurde durch Suspendieren von Siliciumteilchen
von weniger als 2 #t in Wasser hergestellt. Damit wurde ein dünnwandiger Gegenstand
mit einer Gesamtlänge von 30,5 cm, einer Wanddicke von 0,32 cm und äußeren Durchmessern
von 7,0 und 8,9 cm an beiden Enden hergestellt. Der Gegenstand verjüngte sich zu
einem inneren Durchmesser von 2,54 cm in seiner Mitte. Die Form bestand aus einer
Mischung von tonhaltigem Formsand zu gleichen Teilen, die der Teilchengröße der
vorstehenden Tabelle entsprachen. Der Boden der Form war mit einem Gummistöpsel
versehen, damit der überflüssige Schlicker abgelassen werden konnte. Die Form wurde
mit dem Schlicker vollständig gefüllt. Nach Ablauf der zur Bildung der gewünschten
Wandstärke erforderlichen Zeit wurde der überschüssige Schlicker im Standard-Schlickergußverfahren
abgelassen. Nachdem der Gegenstand in der Form erhärtet war, wurde der Sand von
dem mittleren Teil mit dem kleinsten Durchmesser entfernt. Auf diese Weise konnte
die normale Grünschrumpfung ohne Gefahr der Rißbildung an dieser Stelle vor sich
gehen. Ein derartiger Gegenstand läßt sich in einer üblichen Gipsform nicht herstellen.
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Beispiel 2 Ein Schlicker wurde aus suspendiertem Siliciumpulver mit
einer maximalen Teilchengröße von 0,074 mm und Wasser hergestellt. Damit wurde ein
hohler Zylinder von 6,35 cm Länge, dem gleichen äußeren Durchmesser und einem inneren
Durchmesser von 2,54 cm gegossen. Die Form enthielt einen Metallkern. Der Schlicker
wurde in diese Form gegossen und der Sand entfernt, nachdem der Gegenstand erhärtet
war. Die Grünschrumpfung war unbedeutend, da ein Silicium mit einer groben Teilchengröße
verwendet worden war. In Fällen, in denen ein derartiger Schlicker in die bisher
üblicherweise verwendete Gipsform gegossen wurde, konnte der Gegenstand infolge
der geringen Schrumpfung nur schwierig ohne Beschädigung aus der Form entfernt werden.
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Offene Sandformen aus 1000/0igem Formsand (mit 70/, Ton) wurden mit
Erfolg beim Gießen von feuerfesten Ziegeln von 11,4 zu 3,2 zu 22,9 cm verwendet.
Nachdem der erstarrte Ziegel genügend Grünstärke hatte, um seine Gestalt zu bewahren,
wurden zwei Seiten der Sandform entfernt, um den Trocknungsprozeß zu fördern. Kurz
danach wurde die ganze Sandform um den Ziegel entfernt. In diesem Fall bestand der
Schlicker aus einer Suspension von Silicium mit einer maximalen Teilchengröße von
0,074 mm in Wasser.
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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Schlickergußverfahren
verschieden geformter Gegenstände in Sandformen ohne die üblicherweise (bei Gipsformen)
auftretenden Probleme der Schrumpfung und der schwierigen Entfernung der Formlinge
leicht durchgeführt «-erden kann. Im Gegensatz zu Formen aus den üblichen Zusammensetzungen
können Formen aus der erfindungsgemäßen Formmasse leicht von dem Gegenstand abgeschabt
oder entfernt werden, nachdem sie ihren Zweck erfüllt und das Wasser absorbiert
haben und nachdem der Formling genügend Grünfestigkeit hat, um seine Gestalt ohne
den Halt der Gußform zu behalten.