DE1508668C3 - Masse für hochwarmfeste Gießformen und -kerne - Google Patents

Description

entferntesten in Betracht gezogen. Vielmehr bestand wegen der Gefahr des Entstehens von giftigen Methanoldämpfen ein Vorurteil gegen die Verwendung von Methyl-trialcoxy-silanen. Das Entstehen von Methanoldämpfen bietet jedoch keinerlei Probleme, da die bei der Hydrolyse von Methyl-trialcoxy-silanen entstehenden Methanoldämpfe leicht abgesaugt werden können, während die überraschende Erhöhung der Grünfestigkeit der mit den erfindungsgemäßen Massen hergestellten Gießformen und -kerne einen bedeutenden technischen Fortschritt darstellt.

Zum Nachweis der verbesserten Grünfestigkeit, die aus der erfindungsgemäßen Masse hergestellte Gießformen und -kerne aufweisen, wurden unter Verwendung der im Beispiel 1 der USA.-Patentschrift 3 093 404 angegebenen Mischung von 60 °/₀ Zirconiumsilikatsand und 40°/₀ Zirconiumsilikatfluor mit einer Bindemittellösung, deren Silangehalt 1% SiO₂ äquivalent ist, Vergleichsversuche durchgeführt. Die Mischungen wurden mit und ohne Zugabe von 0,1 °/o Essigsäure im Bindemittel hergestellt. Die Bindemittellösung enthiielt nach der Hydrolyse in Wasser 20°/₀ SiO₂. Aus den hergestellten Massen wurden Zylinder von etwa 5 cm Durchmesser geformt und zunächst 8 Stunden bei 105⁰C getrocknet und dann 8 Stunden bei etwa 320⁰C in Luft gebrannt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Druckfestigkeit der Zylinder geprüft. Dabei wurden die folgenden Resultate erzielt:

Verwendetes Silan	Essigsäure in °/o	Druck festigkeit in kg/cm2
Methyl-trimethoxy-silan .. Methyl-trimethoxy-silan .. Methyl-triäthoxy-silan ... Methyl-triäthoxy-silan ... Äthyl-triäthoxy-silan	0,1 0,1 0,1	167 192 199 266 116

Die Vergleichsversuche zeigen, daß durch die Erfindung eine Erhöhung der Grünfestigkeit auf nahezu das Doppelte der Grünfestigkeit aus den bekannten Massen hergestellten Körper erzielt wird, was keineswegs zu erwarten war.

Die bei Verwendung der erfindungsgemäßen Massen erzielbare hohe Grünfestigkeit beruht grundsätzlich darauf, daß die Methyl-trialcoxy-silane zwei eng miteinander verbundene, aber nichtsdestoweniger deutlich getrennte Phasen oder Schritte im Verlauf des Abbindens und Härtens durchlaufen. Wenn die Methyl-trialcoxy-silane mit einer entsprechenden Wassermenge gemischt oder in ihr aufgelöst werden, hydrolysieren sie, ohne daß es wie bei den bekannten Bindern einer Ansäuerung bedarf, und bilden ein Methylsilantriol und einen Alkohol, der der Alkoxy-Gruppe des ursprünglichen Silans entspricht. Dann geliert das Methylsilantriol anscheinend als Ergebnis einer chemischen Kondensation und Polymerisation dieser Substanz. Trotz der engen Beziehung zwischen dem Hydrolysieren und dem Gelieren des Organosilans können die beiden Schritte im wesentlichen getrennt und zu verschiedenen Zeiten ausgeführt werden, so daß die flüssige Binderkomponente der Masse hergestellt und die Hydrolyse des Organosilan-Bestandteils des Binders im wesentlichen vollständig ausgeführt werden kann, lange bevor der flüssige Binder der hochwarmfesten Materialkomponente der Masse hinzugefügt wird. Darüber hinaus ist es möglich, durch Hinzufügen gewisser Gelbildner zu der Masse den hydrolysierten Organosilan-Bestandteil des flüssigen Binders zu veranlassen, zu einer vorher bestimmten Zeit nach dem Einbetten des Formmodells zu gelieren, so daß eine genaue Steuerung der Operationen bei der Form- und Kernanfertigung und eine

ίο gute Anpassung an den Arbeitsablauf möglich ist. Der größte Vorteil der Erfindung besteht jedoch in der außergewöhnlich hohen Grünfestigkeit der Formen und Kerne, die bei Verwendung der erfindungsgemäßen Masse erreicht wird.

Eine nach der Erfindung zusammengesetzte Masse für hochwarmfeste Gießformen und -kerne kann beispielsweise aus einer homogenen Aufschlämmung bestehen, die etwa 15 bis 50 Gewichtsprozent des flüssigen Binders, etwa 0,001 bis 0,5 Gewichtsprozent

ao eines Gelbildners für die hydrolysierten Organosilane und im übrigen im wesentlichen ein hochwarmfestes Material mit einer solchen Verteilung der Teilchengrößen enthalten, daß nicht mehr als 70 und vorzugsweise nicht mehr als 50 Gewichtsprozent des Materials eine Teilchengröße von mehr als etwa 0,15 mm und wenigstens mehr als 20 und vorzugsweise wenigstens etwa 35 Gewichtsprozent des Materials eine Teilchengröße von weniger als etwa 0,07 mm hat. Der flüssige Binder enthält etwa 30 bis 60 Gewichtsprozent wenigstens eines der angegebenen hydrolysierten Methyl-trialkoxy-silane und etwa 70 bis 40 Gewichtsprozent Wasser. Der Binder kann auch bis zu 30 Gewichtsprozent Tetraäthylorthosilikat enthalten, vorausgesetzt, daß er nicht weniger als 40 Gewichtsprozent Wasser enthält, und er enthält vorteilhaft bis zu 0,1 Gewichtsprozent eines konventionellen sauren oder basischen Hydrolysiermittels für Organosilane. Das hochwarmfeste Material der erfindungsgemäßen Masse wird durch die hydrolysierten Organosilane des flüssigen Binders in Suspension gehalten. Zur Herstellung von Gießformen und -kernen kann entweder der entstandene Brei über ein Wachsmodell gegossen oder das Modell in den Brei eingetaucht werden. Die das Modell umgebende Masse erhärtet dann ohne merkliches Absetzen oder Abscheiden von Teilchen ihres hochwarmfesten Materials, und es findet beim Trocknen der Masse eine bemerkenswert geringe Schwindung der Gießformen und -kerne statt. Das Härten oder Abbinden der Masse wird durch die Gegenwart eines Gelbildners für das hydrolysierte Methyl-trialkoxy-silan gefördert, der vorteilhaft mit

dem hochwarmfesten Material vermischt wird, bevor der flüssige Binder hinzugefügt wird.

Die Frischfestigkeit der erfindungsgemäßen Masse beruht zum Teil auf dem SiO₂-GeImIt des in der Masse vorhandenen flüssigen Binders. Um sicherzustellen, daß die hergestellten Gießformen und -kerne die hohe Grünfestigkeit haben, die für die erfindungsgemäße Masse charakteristisch ist, sollte der flüssige Binder vorteilhaft wenigstens etwa 30 Gewichtsprozent Methyl-trimethoxy-silan, Methyl-triäthoxy-silan oder Methyl-triisopropoxy-silan oder eine Kombination dieser drei Organo-Silane enthalten, damit der Binder wenigstens 5 und vorzugsweise wenigstens 10 Gewichtsprozent SiO₂ enthält. Ferner kann der flüssige Binder, wenn gewünscht, auch bis zu 30 Gewichtsprozent Tetraäthylorthosilikat enthalten, ohne die hohe Grünfestigkeit der Gießformen und -kerne, die

aus der Masse gebildet werden, in einem merklichen Ausmaß zu beeinträchtigen, vorausgesetzt natürlich, daß der Binder die vorher erwähnten Mengen von Methyl-trialkoxy-silan enthält. Das Organosilan wird in einer Wassermenge aufgelöst, die über die Menge hinausgeht, die dazu benötigt wird, um das Silan mit Sicherheit vollständig zu hydrolysieren. Um die besten Ergebnisse zu erhalten, sollte der flüssige Binder nicht weniger als 40 Gewichtsprozent Wasser enthalten. Diese Wassermenge geht weit über die Menge hinaus, die zur Sicherstellung der vollständigen Hydrolyse des Silans notwendig ist. Um die gewünschte Hydrolyse des Organosilans zu fördern, enthält der flüssige Binder vorteilhaft noch einen sehr kleinen Anteil eines konventionellen sauren oder basischen Hydrolysiermittels für die Organosilane. Dabei kann es sich um ein organisches oder anorganisches, saures oder basisches Reaktionsmittel handeln, wie z. B. Chinonamin, Piperidin, oder um Oxide oder Salze von Schwer-

metallen, Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen. Vorzugsweise enthält der Binder zwischen ungefähr 0,01 und 0,1 Gewichtsprozent eines sauren Hydrolysiermittels, wie z.B. HCl, H₂SO₄, NHO₃, H₃PO₄, HF u. dgl., die eine nur geringe Tendenz haben, eine Gelbildung des hydrolysierten Organosilans zu verursachen. Die Gelbildung des das Organosilan enthaltenden flüssigen Binders wird durch die Verwendung sehr kleiner Mengen an Hydrolysiermittel und weiterhin vorzugsweise noch dadurch verhindert, daß der Binder auf eine Temperatur von ungefähr 4° C oder weniger abgekühlt und bei dieser Temperatur aufbewahrt wird, bevor er mit dem hochwarmfesten Material zur Herstellung der erfindungsgemäßen Masse vermischt wird.

Beispielsweise wurden flüssige Binder der verschiedenen Zusammensetzungen, die in der folgenden Tabelle aufgeführt sind, erfolgreich für Massen nach der Erfindung verwendet:

Bestandteile

Gewichtsanteil für jeden Bestandteil in jeder der Zusammensetzungen
¹I²I³I⁴I⁵I⁶I⁷I⁸I⁹

Methyl-trimethoxy-silan ..

Methyl-triäthoxy-silan

Methyl-triisopropoxy-silan

Tetraäthyl-orthosilicat

Wasser

30

70

40

	60	50	30	40	30	50
30					10
		50		10		10
	40	20	50	10
70		50	50	40

Der hochwarmfeste Materialbestandteil der Masse besteht aus einer Mischung von konventionellen hochwarmfesten Substanzen, die eine hierin angegebene Verteilung der Partikelgröße haben. Zum Beispiel kann das hochwarmfeste Material aus einer Mischung von feinem Quarzsand, Quarzmehl, gemahlenem Glas, gemahlener Schamotte, Zirkoniumsilikat, gebranntem Kyanit, Bindesand oder irgendeinem anderen hochwarmfesten Material bestehen, das gegenüber dem zu gießenden Material neutral ist und das einen Schmelzpunkt hat, der über der Gießtemperatur des Metalls liegt. Für die Herstellung von Gießformen und -kernen, die eine hohe Grünfestigkeit haben, ist es von wesentlicher Bedeutung, daß die Teilchen des hochwarmfesten Materials eine solche Größe haben, daß nicht mehr als 70 und vorzugsweise nicht mehr als 50 Gewichtsprozent des Materials eine Teilchengröße von mehr als etwa 0,15 mm und wenigstens etwa 20 und vorzugsweise wenigstens etwa 35 Gewichtsprozent des Materials eine Teilchengröße von weniger als etwa 0,07 mm hat. Wenn der fertige Guß eine glatte, nichtkörnige Oberfläche haben soll, hat das hochwarmfeste Material vorzugsweise in seiner Gesamtheit eine Teilchengröße von weniger als 0,07 mm und vorzugsweise weniger als 0,04 mm. Wenn jedoch die Oberflächenglätte des fertigen Gußstückes von sekundärer Bedeutung ist, kann das hochwarmfeste Material einen relativ großen Anteil von relativ grobem Material, d. h. in der Größenordnung etwa 0,15 mm bis etwa 0,80 mm enthalten, vorausgesetzt, daß die Größenverteilung aller Teilchen innerhalb der oben angegebenen Grenzen liegt. Je größer der Anteil von grobem Material in der hochwarmfesten Masse ist, desto kleiner ist allgemein die Menge an flüssigem Binder, die benötigt wird, um Gießformen und -kerne mit einer optimalen Grünfestigkeit zu erhalten.
Der in der erfindungsgemäßen Masse enthaltene Anteil an Gelbildner kann direkt zu dem flüssigen Binder hinzugefügt werden. In diesem Falle muß ohne unangemessene Verzögerung der flüssige Binder mit dem hochwarmfesten Material vermischt und die sich ergebende Masse zum Anfertigen von Gießformen oder -kernen verwendet werden. Um jedoch die Lagerfähigkeit des flüssigen Binders zu verlängern und eine vorzeitige Gelierung des Binders oder der Masse, zu der der Binder hinzugefügt worden ist, zu verhindern, wird der Gelbildner vorzugsweise zu dem hochwarmfesten Material oder zu dem flüssigen Binder und dem hochwarmfesten Material hinzugefügt, wenn diese beiden Bestandteile zur Bildung der Masse zusammen-

+5 gemischt werden. Der Gelbildner wird dem hochwarmfesten Material besonders dann hinzugefügt, wenn der Gelbildner aus einem festen Stoff besteht. Beispielsweise haben sich die folgenden Materialien als Gelbildner für die erfindungsgemäße Masse als besonders befriedigend erwiesen: Triäthanolamin, Piperidin, Pyridin, Chinonamin, Hexamin, MgO, CaO, BaO, SrO, CoO, PbO, ZnO, CdO, Na₂CO₃, CaCO₃, H₂SO₄, HNO₃, HCl, HF, H₃PO₄, NH₄F, Na₂SiF₆, HaF, BaCl₂, CoCl₂, PbCl₂, NH₄Cl u. dgl.

In einer Versuchsreihe über die Gelbildungszeit, die die meisten der aufgezählten Gelbildner umfaßte, wurden Proben von 25 g einer Lösung, die 40 Gewichtsprozent hydrolysiertes Methyl-triäthoxy-silan und 60 Gewichtsprozent Wasser enthielt, jeweils mit 0,06 g des zu prüfenden Gelbildners behandelt. Die Gelbildungszeiten reichten von 5 Minuten bis zu 48 Stunden, je nachdem, welcher Gelbildner verwendet wurde. Es ist demnach ersichtlich, daß durch die Verwendung des geeigneten Gelbildners die Masse zu fast jeder vorher bestimmten Zeit nach dem Hinzufügen des Gelbildners zum Abbinden oder zum Gelieren gebracht werden kann.
Der hydrolysierte flüssige Binder, das hochwarm-

feste Material und der Gelbildner werden innig zusammengemischt, um eine homogene Aufschlämmung zu bilden, die in der üblichen Weise bei Präzisionsgießverfahren benutzt werden kann, indem entweder der Brei über das Modell gegossen oder das Modell in den Brei eingetaucht wird, um eine Schalenform herzustellen. Die Masse sollte daher genügend flüssigen Binder enthalten, um einen gießbaren Brei zu erzeugen, jedoch sollte die Menge an Binder nicht so groß sein, daß die aus ihr hergestellte Gießform nicht genügend hochwarmfestes Material enthält, um den Beanspruchungen und der hohen Temperatur standzuhalten, denen sie beim folgenden Gießen ausgesetzt ist. Demgemäß sollte die erfindungsgemäße Mischung wenigstens etwa 15, aber nicht mehr als 50 Gewichtsprozent flüssigen Binders enthalten, wobei der Rest, abgesehen von den kleinen, in der Masse vorhandenen Mengen an Hydrolysiermittel und Gelbildner, von dem hochwarmfesten Material gebildet wird. ^J

Wie angegeben, wird bei dem üblichen Präzisionsgießverfahren das Wachsmodell in die Masse eingebettet, indem die Masse über das Modell gegossen oder das Modell in die Masse eingetaucht wird od. dgl. Nachdem das Modell in der üblichen Weise in die Masse eingebettet worden ist und die Masse infolge der Gelierung des Organosilan-Bestandteils des flüssigen Binders abgebunden hat und ausgehärtet ist, wird die gebildete Gießform getrocknet, um aus ihr im wesentlichen alle freie Feuchtigkeit zu entfernen, indem sie mehrere Stunden auf Temperaturen erwärmt wird, die nahe oder leicht über dem Siedepunkt von Wasser liegen. Die frische Gießform wird dann erwärmt, um das Wachsmodell zu schmelzen, das in üblicher Weise durch die Steiger herausfließt. Die getrocknete und wachsfreie Gießform wird dann gewöhnlich einem Aushärtungs- oder Brennvorgang bei einer hohen Temperatur unterworfen, wie es aus der Formtechnik bekannt ist, um die Gießform für den Gießvorgang vorzubereiten, bei dem das geschmolzene Metall durch die Steiger in den Innenraum der Gießform gegossen wird. Die Gießform, die aus der erfindungsgemäßen Masse hergestellt ist, besitzt eine außergewöhnlich hohe Grünfestigkeit und auch nach dem Brennen eine größere Festigkeit als eine entsprechende Gießform, die aus bekannten Formmassen hergestellt worden ist. Infolgedessen stellt die erfindungsgemäße Masse einen wesentlichen Fortschritt bei der Produktion von Schalenformen, dünnen Kernen, Zahnmodellen u. dgl. dar.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.

Beispiel 1

Eine Mischung nach der Erfindung wurde hergestellt, indem zuerst ein flüssiger Binder, der 30 Gewichtsprozent Methyl-trimethoxy-silan und 70 Gewichtsprozent Wasser mit einem Anteil von ungefähr 0,1 °/₀ HCl enthielt, hergestellt wurde. Nachdem die Lösung sorgfältig gemischt worden war, um eine im wesentlichen vollständige Hydrolyse des Organosilans zu bewirken, wurden 35 ml des hydrolysierten flüssigen Binders innig mit 150 g eines hochwarmfesten Materials gemischt, das aus 26,98 Gewichtsprozent Quarzsand mit einer Korngröße von weniger als 0,15 mm, 38,0 Gewichtsprozent gemahlener Schamotte mit einer .." Korngröße von etwa 0,6 bis 0,15 mm, 35 Gewichtsprozent Quarzmehl mit einer Korngröße von weniger als 0,07 mm und 0,02 Gewichtsprozent Magnesiumoxid bestand. Die Zusammensetzung der Masse und die Korngrößenverteilung des hochwarmfesten Materials können wie folgt zusammengefaßt werden:

Flüssiger Binder Gewichtsprozent

Methyl-trimethoxy-silan 30

Wasser 70

HCl (Hydrolysiermittel) < 0,1 ■

Hochwarmfestes Material Gewichtsprozent

Quarzsand über 0,25 mm 0 bis 0,67

Quarzsand über 0,18 mm 0,27 bis 1,04

Quarzsand über 0,15 mm 0,54 bis 1,34

Quarzsand über 0,10 mm 1,62 bis 2,96

Quarzsand über 0,07 mm ... 1,89 bis 3,23

Quarzsand über 0,06 mm 54,0 bis 56,5

Schamotte über 0,84 1,52 bis 3,43

Schamotte über 0,42 .......... 16,0 bis 25,0 ·.

Schamotte über 0,25 12,4 bis 14,4

Schamotte über 0,18 1,52 bis 3,8

Schamotte über 0,15 0,38 bis 0,95

Schamotte über 0,10 0,38 bis 1,52

MgO (Gelbildner) 0,02

Masse

Flüssiger Binder 34 ml

Hochwarmfestes Material 150 g

Die erzeugte Mischung war ein gießbarer Brei, der für die Durchführung des Präzisionsgießverfahrens mit dem Wachsmodell der Schneide eines Zahns verwendet wurde. Nachdem die Form mit dem Modell bei etwa 104⁰C 4 Stunden lang getrocknet worden war, wurde sie erhitzt, um das Wachsmodell zu schmelzen und zu entfernen, und es würde dann in den Hohlraum der Form eine Legierung auf Kobaltbasis gegossen, wobei ein vollständig zufriedenstellender Guß erreicht wurde.

B ei spi e1 2

Es wurde unter Verwendung desselben hochwarmfesten Materials wie im Beispiel 1 ein Masse folgender Zusammensetzung hergestellt:

Flüssiger Binder

Methyl-trimethoxy-silan.... 60 Gewichtsprozent

Wasser 40 Gewichtsprozent

HCl(Hydrolysiermittel) .... 0,1 Gewichtsprozent

Hochwarmfestes Material
siehe Beispiel 1

Masse

Flüssiger Binder 35 ml

Hochwarmfestes Material 150 g

Die Masse wurde wie im Beispiel 1 zum Präzisionsgießen verwendet, und es wurde ein vollkommen zufriedenstellender Zahnguß auf Kobaltbasis erreicht.

Beispiel 3

Eine Masse wurde durch inniges Mischen von 35. ml flüssigem Binder, der 30 Gewichtsprozent von hydrolysiertem Methyltrimethoxy-silan und 70 Gewichts-

309 541/138

9 10

prozent Wasser enthielt, mit 150 g eines hochwarm- Beim Ersetzen von Methyl-trimethoxy-silan durch

festen Materials hergestellt, das 43,34 Gewichtsprozent Methyl-triäthoxy-silan in der Mischung wurden gleich

Quarzsand mit einer Korngröße entsprechend einer gute Ergebnisse erzielt.

Siebung bei etwa 0,20 mm lichter Maschenweite, . .

15,0 Gewichtsprozent Quarzsand mit einer Korngröße 5 Beispiels

entsprechend einer Siebung bei etwa 0,15 mm lichter Es wurde eine Masse folgender Zusammensetzung

Maschenweite, 40,0 Gewichtsprozent Quarzsand mit unter Verwendung eines hochwarmfesten Materials

einer Korngröße entsprechend einer Siebung mit etwa mit der angegebenen Verteilung der Teilchengrößen

0,05 mm lichter Maschen weite, 1,5 Gewichtsprozent wie vorher hergestellt:

fein gemahlenes Glas und 0,15 Gewichtsprozent io

Magnesiumoxid enthielt. Die Zusammensetzung der _... .

Masse und die Verteilung der Teilchengrößen des Flüssiger Binder Gewichtsprozent

hochwarmfesten Materials war wie folgt: Methyl-trimethoxy-silan 30

Wasser 70

Flüssiger Binder Gewichtsprozent¹⁵ HCl (Hydrolysiermittel) < 0,1

Methyl-trimethoxy-silan 30

Wasser 70 Hochwannfestes Material Gewichtsprozent

HCl (Hydrolysiermittel) < 0,1 Quarzsand über 0,42 mm 2,4 bis 3,6

20 Quarzsand über 0,25 mm 16,4 bis 21,0

Hochwarmfestes Material Gewichtsprozent Quarzsand über 0,18 mm 22,4 bis 28,9

^y Quarzsand über 0,15 mm 9,0 bis 15,9

Quarzsand über 0,25 mm 4,4 bis 12,0 Quarzsand über 0,10 mm 10,5 bis 16,0

Quarzsand über 0,15 mm 7,0 bis 16,6 Quarzsand über 0,07 mm 3,4 bis 5,8

Quarzsand über 0,07 mm 7,2 bis 17,4 _a5 Quarzsand unter 0,07 mm.. 20,7 bis 33,8

Quarzsand über 0,03 mm 53,7 bis 65,0 Gemahlenes Kalk-Natron-Glas.... 1,0

Fein gemahlenes Glas 1.50 MgO (Gelbildner) 0,16

MgO (Gelbildner) 0,15

Masse

Masse _3o Flüssiger Binder 35 ml

Flüssiger Binder 35 ml Hochwarmfestes Material 150 g

Hochwarmfestes Material 150 g

Diese Masse wurde zum Präzisionsgießen eines

Die Masse wurde wie vorher um ein Zahnmodell Zahnes verwendet und ergab einen völlig befriedigengegossen. Nachdem die Masse durch Verdampfen des 35 den Abguß. Ähnliche Ergebnisse wurden erreicht, als Wassers gehärtet war, wurde die grüne Gießform in das Methyl-trimethoxy-silan der Mischung durch einen Brennofen gestellt, um das Wachs auszubrennen Methal-triäthoxy-silan ersetzt wurde,
und die Gießform vorzuwärmen. Eine Kobalt-Chrom- . · 1 *
Zahnlegierung wurde dann in die heiße, wachsfreie i3 e 1 s ρ 1 e 1
Gießform gegossen, und man erhielt einen hinsichtlich 40 In der oben beschriebenen Weise wurde eine Masse seiner Dimensionen und Glätte völlig zufrieden- unter Verwendung desselben hochwarmfesten Mastellenden Zahnguß. terials wie im Beispiel 5 mit folgender Zusammen-

Es wurde eine zweite Masse hergestellt, in der das Setzung hergestellt:
Methyl-trimethoxy-silan der vorhergehenden Mischung

durch Methyl-triäthoxy-silan ersetzt wurde. Es wurden 45 . .

gleich gute Ergebnisse erzielt, als die zweite Mischung lässiger Binder

zur Herstellung eines Zahnabgusses in der gerade Methyl-trimethoxy-silan.... 60 Gewichtsprozent

beschriebenen Weise verwendet wurde. Wasser 40 Gewichtsprozent

_. . . , . HCl (Hydrolysiermittel) ... .<0,l Gewichtsprozent

Beispiel4 \ j j /

Eine Masse wurde unter Verwendung desselben Hochwarmfestes Material
hochwarmfesten Materials wie im Beispiel 3 mit der siehe Beispiel 5

folgenden Zusammensetzung hergestellt:

Masse

„... „. , 55 Flüssiger Binder 35 ml

Flussiger Binder Gewichtsprozent Hochwarmfestes Material 150 g

Methyl-trimethoxy-silan.... 60 Gewichtsprozent

Wasser 40 Gewichtsprozent Die Mischung wurde zum Präzisionsgießen eines

Zahnes verwendet und ergab einen vollkommen zu-

Hochwarmfestes Material 60 friedenstellenden Abguß. Ähnliche Ergebnisse wurden

siehe Beispiel 3 erzielt, als das Methyl-trimethoxy-silan der Mischung

durch Methyl-triäthoxy-silan ersetzt wurde.
Masse _ . . ,

T-I- -T.-J oc 1 Beispiel 7

Flussiger Binder 35 ml

Hochwarmfestes Material 150 g ⁶5 Ein hochwarmfestes Material mit der gewünschten

Korngrößenverteilung wurde dadurch hergestellt, daß

Die Masse wurde mit bestem Ergebnis wie im Bei- 2550 g auf eine Korngröße von ungefähr 0,04 mm spiel 3 dazu verwendet, einen Zahnguß herzustellen. gemahlenes Zirkonium, 1700 g gemahlenes Hartfeuer-

porzellan mit einer Korngröße von etwa 0,04 mm, 7650 g Hartfeuerporzellan mit einer Korngröße von ungefähr 0,7 · 0,035 mm, 5100 g Hartfuerporzellan mit einer Korngröße von weniger als 0,15 mm und 51 g gebranntes Magnesiumoxid gemischt wurden und die Mischung 16 Stunden in einem Doppelkegelmischer gemahlen wurde, um ein inniges Mischen der Bestandteile des Materials zu sichern. Der flüssige Binder wurde hergestellt, indem 107 g Methyl-trimethoxy-silan mit 193 g destilliertem Wasser gemischt und die Mischung 20 bis 30 Minuten heftig gerührt wurde, um das Organosilan zu hydrolysieren. Das Organosilan enthielt genügend restliche Salzsäure, nämlich ungefähr 0,1 °/₀ um eine im wesentlichen vollständige Hydrolyse dieser Substanz vor Beendigung des Rührens sicherzustellen. Der flüssige Binder wurde auf eine Temperatur zwischen +2,8 und 5,0⁰C abgekühlt, um das Gelieren des hydrolysierten Organosilan-Bestandteiis zu verhindern. Der kalte flüssige Binder wurde aufbewahrt, bis er zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Masse verwendet wurde. Eine solche Masse wurde hergestellt, indem 132 g flüssiger Binder mit 275 g hochwarmfestem Material gemischt wurden. Die sorgfältig gemischte Masse wurde auf der vorher erwähnten Temperatur gehalten, um ein Gelieren der hydrolysierten Organosilane zu verhindern. Die Zusammensetzung der Masse und die Größenverteilung der Teilchen des hochwarmfesten Materials ergeben sich aus der folgenden Tabelle:

Flüssiger Binder Gewichtsprozent

Methyl-trimethoxy-silan 35,7

Wasser 64,3

HCl (Hydrolysiermittel) < 0,1

Hochwarmfestes Material

Gewichtsprozent

Quarzsand über
Quarzsand über
Quarzsand über
Quarzsand über
Quarzsand über

0,149 mm 0 bis 0,28

0,074 mm 10,08 bis 12,32

0,053 mm 10,34 bis 12,62

0,044 mm 8,08 bis 9,88

0,037 mm 2,54 bis 4,33

Quarzsand unter 0,037 mm 43,63 bis 53,45

Zirkonium über 0,053 mm 0 bis 0,07

Zirkonium über 0,044 mm 0 bis 0,29

Zirkonium über 0,037 mm 0,15 bis 0,89

Zirkonium unter 0,037 mm 13,8 bis 14,8

MgO (Gelbildner) 0,29

Masse

Flüssiger Binder 132 g

Hochwarmfestes Material 275 g

Die Mischung wurde dazu verwendet, um Gießkerne mit geringem Querschnitt herzustellen. Diese Gießkerne hatten eine außergewöhnlich hohe Grünfestigkeit.

Hochwarmfestes Material Gewichtsprozeru Gemahlener Schamott über 3 mm 20,0

Gebranntes Kyanit über
Gebranntes Kyanit über
Gebranntes Kyanit über
Gebranntes Kyanit über
Gebranntes Kyanit über
Gebranntes Kyanit unter

0,42 mm 0,16

0,20 mm 0,16

0,15 mm 0,08

0,10 mm 0,72

0,07 mm 6,56

0,07 mm 72,32

Diese Masse wurde als Investmentmaterial für umhüllte Wachsmodelle verwendet.

Beispiel 9

Es wurde eine Serie von Versuchen gemacht, um sowohl die Grünfestigkeit als auch die Festigkeit der gebrannten Masse, die sich aus der Bruchfestigkeit von identisch gleichen Proben ergibt, von Massen zu bestimmen, die äquivalente Anteile von Methyl-trimethoxy-silan und Tetraäthylorthosilikat im jeweiugen Binder enthielten. Vier Massen wurden durch Mischen gleicher Teile des hochwarmfesten Materials nach Beispiel 5 mit einem flüssigen Binder hergestellt, der für die erste Masse 12,2 °/₀ SiO₂ in Form von hydrolysiertem Methyl-trimethoxy-silan, für die zweite Masse 12,2 °/₀ SiO₂ in Form von hydrolysiertem Tetraäthylorthosilikat, für die dritte Masse 20°/₀ SiO₂ in Form von Methyl-trimethoxy-silan und für die vierte Masse 20% SiO₂ in Form von Tetraäthylorthosilikat enthielt.

Aus jeder feuerfesten Masse wurde eine Anzahl von Testkörpern hergestellt, und es wurden alle Testkörper bei etwa 104° C 4 Stunden getrocknet. Die Grünfestigkeit von Testkörpern aus allen vier Massen wurde durch Messen ihrer Biegefestigkeit bestimmt.

Die übriggebliebenen Testkörper wurden dann 4 Stunden bei einer Temperatur von etwa 1150⁰C gebrannt, und es wurde die Festigkeit dieser gebrannten Testkörper durch Messung der Biegefestigkeit bestimmt. Die Ergebnisse dieser Versuche zeigt die folgende Tabelle:

Binder

Methyl-trimethoxy-silan
Tetraäthylorthosilicat..
Methyl-trimethoxy-silan
Tetraäthylorthosilicat..

SiO₂-Gehalt

12,2% 12,2% 20%
20%

Biegefestigkeit in kg/cm²

Frischfestigkeit

3,25 1,08 32,8 3,71

Festigkeit nach dem Brennen

7,07 5,46 19,5 7,77

Diese Biegefestigkeits-Versuche zeigen überzeugend die deutlich bessere Festigkeit von grünen und gebrannten Teilen aus der erfindungsgemäßen Masse im Vergleich zu der Festigkeit von grünen und gebrannten Teilen aus der vorbekannten Masse, die den gleichen Anteil an SiO₂ enthält.

Beispiel 10

Ein hochwarmfestes Material, das vorwiegend aus Hartfeuer-Porzellan bestand, das auf eine Korngröße

flüssigen Binders, aber eines anderen hochwarmfesten 65 von weniger als etwa 0,04 mm gemahlen war, und ein Materials als im Beispiel 7 beschrieben, hergestellt. - flüssiger Binder, der aus Wasser und Methyl-trimeth-

Beispiel
Eine Masse wurde unter Verwendung des gleichen

Die Teilchen des Materials hatten die folgende Größenverteilung:

oxy-silan hergestellt war und einen SiO₂-Gehalt von 20% hatte, wurden zusammen mit einer Spur MgO

als Gelbildner zusammengemischt, um nach der Erfindung eine Masse herzustellen, die zur Erzeugung von Kernen für sehr feine Durchgänge und Gießformen für Präzisionsgießverfahren durch Eintauchen der Modelle geeignet ist. Das gleiche hochwarmfeste Material wurde mit einem flüssigen Binder, der aus Wasser und Tetraäthylorthosilikat hergestellt wurde und den gleichen SiO₂-Gehalt hatte, gemischt, um eine zweite Masse zu erhalten. Testkörper aus den beiden Massen wurden 4 Stunden bei etwa 104° C getrocknet. Die Testkörper, die mit dem Methyl-trimethoxy-silan enthaltenden Binder gefertigt wurden, erfuhren während der Trocknung eine Schwindung von 0,46 °/₀. Die Grünfestigkeit der Masse ergab eine Biegefestigkeit von 48,5 kg/cm². Die Testkörper, die mit dem äthylsilikathaltigen flüssigen Binder hergestellt wurden, erfuhren beim Trocknen eine Schwindung von 0,88 % und hatten eine Biegefestigkeit im Grünzustand von nur, 14,6 kg/cm². Ähnliche Versuche wurden mit Methyl-triäthoxy-silan als Binder durchgeführt, und es wurden ebenso eindrucksvolle Ergebnisse erzielt.

B e i spi el 11

Eine Masse, die aus Hartfeuer-Porzellan mit einer Korngröße von weniger als etwa 0,04 mm und einem flüssigen Binder auf Methyl-trimethoxy-silan-Basis, der 20 % SiO₂ und weniger als 0,1 °/₀ HCl als Hydrolysiermittel enthielt, hergestellt wurde, wurde dazu verwendet, eine Schalengießform um ein Wachsmodell dadurch herzustellen, daß das Modell in den Brei dieser Masse wiederholt eingetaucht und nach jedem Ausheben des Modells aus dem Brei sofort jede Schicht der haftengebliebenen Masse mit grobem Hartfeuer-Porzellan bestreut wurde. Die entstandene Schalengießform wurde getrocknet, vom Wachs befreit und mit einer Kobaltlegierung abgegossen. Es wurde dabei ein Präzisionszahnguß mit einer glatten Oberfläche erhalten.

Claims (7)

1 2 gänge gehandhabt werden zu können, ohne beschädigt Patentansprüche: oder zerbrochen zu werden. Die Herstellung von Präzisionsgießformen und -kernen mit einer hohen

1. Masse für hochwarmfeste Gießformen und Festigkeit im Grünzustarid ist besonders dann von -kerne, bestehend aus einer homogenen, gießbaren 5 höchster Wichtigkeit, wenn die Formen und Kerne Aufschlämmung eines hochwarmfesten Materials, Abschnitte oder Querschnitte haben, die verhältnisvon dem nicht mehr als etwa 70 Gewichtsprozent mäßig dünn sind, wie es bei Schaleniformen, dünnen eine Korngröße von mehr als 0,15 mm und Kernen, Zahnmodellen u. dgl. der Fall ist. Überdies wenigstens etwa 20 Gewichtsprozent eine Korn- ist es bei der Herstellung aller Arten von Präzisionsgröße von weniger als 0,07 mm haben, in einem io gießformen von höchster Wichtigkeit, daß die Festigwäßrigen Binder, der im wesentlichen aus einem keit der getrockneten, entwachsten und gebrannten oder mehreren hydrolisierten Alcyl-trialcoxy-si- Formen oder Kerne ausreichend ist, um den Belanenbesteht,dadurchgekennzeichnet, lastungen und den hohen Temperaturen, die bei dem daß die Masse als Binder Methyl-trialcoxy-silan in anschließenden Metallgießvorgang auftreten, zu widerForm von Methyl-trimethoxy-silan, Methyl-tri- 15 stehen. Deshalb wurde eine beträchtliche Zeit und äthoxy-silan oder Methyl-triisopropoxy-silan und Mühe darauf verwendet, feuerfeste Massen für Präetwa 0,001 bis 0,5 Gewichtsprozent eines Gel- zisionsgießformen und -kerne zu entwickeln, die eine bildners enthält. hohe Grünfestigkeit ergeben, so daß Formen' oder

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Kerne mit geringen Querschnitten hergestellt werden zeichnet, daß der flüssige Binder etwa 30 bis 20 können, die nicht in zu großem Umfange zerbrechen 60 Gewichtsprozent Methyl-trialcoxy-silan enthält. und die, wenn sie gehärtet oder gebrannt worden sind,

3. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- eine genügende Festigkeit haben, um den Beankennzeichnet, daß der flüssige Binder bis zu etwa spruchungen des Gießvorganges zu widerstehen.

0,1 Gewichtsprozent eines Hydrolysiermittels ent- Es wurde bereits vorgeschlagen, gewisse Organo-

hält. 25 silikate und insbesondere Tetraäthylorthosilikat als

4. Masse nach Anspruch 3, dadurch gekenn- Binder für hochwarmfeste Formmassen zu verwenden, zeichnet, daß das Hydrolysiermittel eine der Aus der USA.-Patentschrift 3 093 494 ist es bekannt, Mineralsäuren HCl, H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄ und daß Äthyl-und Propyl-trialcoxy-silane, und zwar ins-HF ist. besondere Äthyl-trimethoxy-silan und Äthyl-triäthoxy-

5. Feuerfeste Masse nach einem der vorher- 30 silan, als Binder geeignet sind. Solche Organosilikate gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, hydrolysieren, wenn sie mit Wasser und einem sauren daß der flüssige Binder nicht weniger als 5 Ge- oder basischen Hydrolysiermittel gemischt werden, wichtsprozent SiO₂ enthält. und die entstandene organosilikathaltige Flüssigkeit

6. Masse nach einem der vorhergehenden An- ergibt einen ausgezeichneten Binder für hochwarmsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Gel- 35 feste Materialien für den Präzisionsguß. Formen, die bildner eine anorganische Säure oder Base, ein durch Verwendung dieser Mischung hergestellt wur-Amin oder das Oxid oder Salz eines Alkalimetalls, den, haben jedoch keine außergewöhnlich hohe Grüneines Erdalkalimetalls oder eines Schwefmetalls festigkeit, und deshalb ist es schwierig, daraus beenthält, friedigende Formen und Kerne mit geringem Quer-

7. Masse nach einem der vorhergehenden An- 4° schnitt herzustellen. Weiter müssen Formen aus den sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige bekannten Massen, die hydrolysiert^ Organosilikate Binder bis zu 30 Gewichtsprozent Tetraäthyl- enthalten, allgemein bei einer relativ hohen Tempeorthosilikat und nicht weniger als 40 Gewichts- ratur gebrannt werden, um" eine genügende Festigkeit prozent Wasser enthält. für das nachfolgende Gießen zu entwickeln.

45 Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe

zugrunde, eine Masse für hochwarmfeste Gießformen

und -kerne der eingangs beschriebenen Art zu schaffen,

Die Erfindundung bezieht sich auf eine Masse für die sich durch eine verbesserte Grünfestigkeit aushochwarmfeste Gießformen und -kerne, bestehend zeichnet.

aus einer homogenen,, gießbaren Aufschlämmung 50 Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch eines hochwarmfesten Materials, von dem nicht mehr gelöst, daß die Masse als Binder Methyl-trialcoxyals etwa 70 Gewichtsprozent eine Korngröße von mehr silan in Form von Methyl-trimethoxy-silan, Methylais 0,15 mm und wenigstens etwa 20 Gewichtsprozent triäthoxy-silan oder Methyl-triisopropoxy-silan und eine Korngröße von weniger als 0,07 mm haben, in etwa 0,001 bis 0,5 Gewichtsprozent eines Gelbildners einem wäßrigen Binder, der im wesentlichen aus 55 enthält.

einem oder mehreren hydrolysierten Alcyl-trialcoxy- Es hat sich überraschend gezeigt, daß durch die

silanen besteht. ' erfindungsgemäße Verwendung eines Methyl-trialcoxy-

Präzisions-Metallgußteile, die, wenn überhaupt, silans an Stelle des aus der USA.-Patentschrift 3 093 494 nur wenig Nacharbeit verlangen, um ein fertiges Pro- bekannten Äthyl-trialcoxy-silans eine bedeutende Erdukt zu ergeben, oder die in dem Zustand, wie er sich 60 höhung der Grünfestigkeit erzielt wird. Dieses Ergebdurch das Gießen ergibt, extrem kleine Abmessungs- nis ist höchst überraschend und war keineswegs vortoleranzen aufweisen sollen, werden gewöhnlich nach hersehbar. Da demgemäß bei der Verwendung von dem Präzisions-Gießverfahren mit verlorenen Mo- Methyl-triäthoxy-silanen an Stelle von Äthyl-triäthoxydellen hergestellt. Die bei dem Präzisions-Gießver- silanen keine besseren Resultate zu erwarten waren, fahren verwendeten Formen müssen sowohl im 65 jedoch bei der Anwendung von Methyl-äthoxy-silanen grünen als auch im gebrannten Zustand eine genü- giftige Gase bei der Herstellung der Gießformen und gende Festigkeit aufweisen, um im normalen Verlauf -kerne entstehen können, hat die Fachwelt die Verder Trocknungs-, Wachsausschmelz- und Gießvor- Wendung von Methyl-trialkoxy-silanen nie auch nur im