DE1946073A1

DE1946073A1 - Formmassen

Info

Publication number: DE1946073A1
Application number: DE19691946073
Authority: DE
Inventors: Gordon Halsey
Original assignee: Monsanto Chemicals Ltd
Current assignee: Monsanto Chemicals Ltd
Priority date: 1968-09-12
Filing date: 1969-09-11
Publication date: 1970-08-27
Also published as: GB1239420A; BE738741A; FR2017899A1; JPS5016808B1

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

PATENTANWÄLTE
8 MÜNCHEN 2, HI LBLESTRASSE 2O

Dr. Barg Dipl.-lng. Stopf, 8 München 2, HllblestroBe 20

Ihr Zeichen Unser Zeichen 18 819 Dahim M a Cp_n IQCQ

Anwaltsakte 18 819

Monsanto Chemicals limited, London / England

Formmassen

Diese Erfindung betrifft zur Herstellung keramischer Gegenstände brauchbare Zubereitungen, im besonderen Zubereitungen, die neue Bindemittel zusammen mit feuerfesten Füllstoffteilchen enthalten.

Die heutzutage meist verwendeten beiden Bindemittel zur | Herstellung keramischer Gegenstände, von denen hohe Festigkeit gefordert wird, beispielsweise Formen zum Metall- * gießen, sind Silica(Kiesel)-Sole, bei denen das Dispersi- * ^J

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onsmedium im wersentlichen Wasser ist,und weiterhin alkoholische Lösungen von hydrolysiertem Äthylsilikat. Von den beiden Bindemitteln liefern die letzteren etwas festere Bindungen.

Es wurde nunmehr gefunden, daß bestimmte alkoholische Dispersionen von kolloidalem Siliciumdioxyd besonders wirksame Bindemittel sind und unter vergleichbaren Verwendungsbedingungen sogar festere keramische Materialien als hydrolysiertes Äthylsilikat liefern.

Eine Zubereitung der Erfindung ist ein Gemisch eines feuerfesten, teilchenförmigen Feststoffs und eines Silicasols von 5 bis 50 Gew.% kolloidalem Siliciumdioxyd in einem Dispersionsmedium, das einen einwertigen Alkohol mit von 1 bis 3 Kohlenstoffatomen pro Molekül enthält.

Die Zubereitungen der Erfindung können zur Herstellung keramischer Gegenstände von im allgemeinen derselben Art und im allgemeinen in derselben V/eise wie die bisher verwendeten Zubereitungen, die auf wäßrigen Silicasolen oder hydrolysieren Alkylsilikaten als Bindemittel aufgebaut sind, verwendet werden. Die vorliegenden Zubereitungen sind jedoch von besonderem Wert zur Herstellung keramischer Formmasken für den Metallguß.

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Im Hinblick,,auf die Siliciumdipxyd-Konzentration enthal-... ten die bevorzugten, zur,Herstellung der Zubereitungen der Erfindung, verwendeten Sole von,-10 bis 35$ und im besonderen von 15 bis 25 Gew.# Siliciumdioxyd. Die Sole können neutral sein, sind aber im allgemeinen stabiler, d.h. sie und damit die Zubereitungen der Erfindung können länger ohne Gelierung gelagert werden, wenn sie eine geringe Säuremenge enthalten. Vorzugsweise enthält das Sol nicht mehr ale 0_r15 gÄquiy. Säure/1, Die optimale Menge liegt oftmals im Bereich von 0,03 bis 0,04-5 gÄquiy*Säure, pro Liter. Zu geeigneten Säuren gehören Schwefelsäure und Salzsäure und im allgemeinen jede Säure, die völlig dissoziiert ISt₁ oder eine Dissoziationskonstante in Wasser uav bei 25⁰C, die größer als, 10~. ist. und die im Hinblick auf ., die anderen Bestandteile des Sols inert ist..

Das Sol kann ebenso eine geringe Menge,im allgemeinen I

10 Gew.# des Sols nicht übersteigend Wasser enthalten, Vorzugsweise übersteigt der Wassergehalt des Sols .0,5 Gew.# nicht,und während im Prinzip wasserfreie. Sole verwendet werden können, wird in der Praxis die untere Grenze des Wassergehalts durch die hygroskopische Natur des alkoholischen Mediums bestimmt. Das flüssige Medium des Sols kann ebenso ein organisches, alkoholnischbares Lösungsmittel enthalten, aber vorzugsweise ist wenigstens 80^ und insbesondere wenigstens 9C^ri des Gesamtgewichts des Di-

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spersionsmediums ein Alkohol mit von 1 bis 3 Kohlenstoffatomen pro Molekül oder ein Gemisch solcher Alkohole. Der bevorzugte Alkohol ist Äthanol.

Die oben beschriebenen Sole können nach dem Verfahren der Anmelderin, britische Patentanemdlung Nr. 35420/68, hergestellt werden. .

Der teilchenförmige Peststoff in einer Zubereitung der Erfindung kann aus einer großen Vielzahl feuerfester Materialien ausgewählt werden. So kann es beispielsweise ein Aluminosilikat wie Molochit, Sillimanit oder Mullit, Siliciumcarbid, ein Oxyd wie Siliciumdioxyd (Kieselerde), Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd oder Zirkondioxyd, ein Silikat wie Zirkon oder Forsterit oder ein gebrannter, feuerfester, plastischer Ton (Formenton) wie beispielsweise ein gebrannter Ayreshire-oder Stourbridge-Ton sein. Wo die Zubereitung zur Herstellung einer keramischen Formmaske verwendet werden soll, ist die Teilchengröße des Feststoffs vorzugsweise geringer als 76 /U (200 BSS mesh) und vorzugsweise sollte das feuerfeste Material einen bedeutenden Anteil, möglicherweise 50 bis 75$, Material mit einer Teilchengröße kleiner als 53/u (300 BSS raeäi enthalten.

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Das Verhältnis der feuerfesten Peststoffteilchen und des Silicasols in der erfindungsgemäßen Zubereitung kann variieren, aber im allgemeinen sollte, damit das SiIiciumdioxyd als Bindemittel wirksam wird, das Gewichtsverhältnis von kolloidalem Siliciumdioxyd zu feuerfestem Peststoff nicht geringer als ungefähr 3$ sein, und es ist gewöhnlich von 5 bis 20%. Höhere Verhältnisse als ungefähr 30$ sind im allgemeinen unwirtschaftlich.

Die Konzentration des verwendeten Silicasols zur Bildung dieser Siliciumdioxydmenge wird von der gewünschten Konsistenz der Zubereitung abhängen. Wenn beispielsweise die Zubereitung zur Tauchbeschichtung bei der Herstellung einer keramischen Formmaske verwendet werden soll, sollte beispielsweise die Konsistenz die einer ziemlich dünnen Creme sein. Sole mit einem 15- bis 30 Gew.^igen Siliciumdioxydgehalt sind im allgemeinen geeignet, obgleich kon- (

zentriertere Silicasole zur Mischung mit dem teilchenförmigen Peststoff unter nachfolgender Verdünnung der Zubereitung mit Alkohol auf die gewünschte Viskosität verwendet werden können.

Das Verwendungsverfahren einer Zubereitung der Erfindung zur Herstellung eines keramischen Gegenstands umfaßt im wesentlichen verschiedene Stufen, wobei man die Zubereitung zu der gewünschten Gestalt verformt, das Bindemittel

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gelieren läßt, den Gegenstand trocknet und nachfolgend brennt. Die Gelierung des Bindemittels kann durch Zugäbe einer alkalischen Substanz, beispielsweise einem Amin,, das unmittelbar vor der Verformung der Zubereitung zugegeben wird, oder in geeigneten Fällen durch alkalische Dampfbehandlung, beispielsweise mit Ammoniak, nach der Verformung beschleunigt werden.

Ein typisches Verfahren zur Herstellung einer keramischen Formmaske unter Verwendung einer Zubereitung der Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Ein Modell aus Wachs oder einem anderen auslösbaren Material wird in eine Schlickerzubereitung der Erfindung getaucht, die in geeigneter Weise gerührt wird, um eine einheitliche Verteilung des teilchenförmigen Feststoffs sicherzustellen. Nachdem der überschüssige Schlicker abgetropft ist, wird das beschichtete Modell in einem Wirbelbett aus einem teilchenförmigen, feuerfesten Material gröberer Teilchengröße als dem in der Schlickerzubereitung zur Bildung einer Stuckbeschichtung gehängt. Das Gebilde wird dann in einer Ammoniakdampf enthaltende Kammer überführt, um die Schlikkerbeschichtung zu verfestigen. Eine Verweilzeit von wenigen Minuten in der Kammer ist ausreichend, wonach das Gebilde an der Luft, aber bei etwas erhöhter Temperatur gelagert werden kann, um einen Grad an Trocknung und Härtung der Beschichtung zu bewirken. Das Eintauchen, die

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Stuckbildung, das Verfestigen bzw. Abbinden und Trocknen werden wiederholt, bis eine Gesamtzahl von 4 bis 7 Beschichtungen in dieser Weise aufgebracht sind. Die erste Tauchbeschichtung kann eine unterschiedliche Zusammensetzung gegenüber der danach aufgebrachten zweiten Tauchbeschichtung haben. Beispielsweise kann durchschnittliche Teilchengröße des feuerfesten Materials etwas geringer sein und das Gewichtsverhältnis von kolloidalem Siliciumdioxyd zu feuerfestem Material kann typischerweise im Bereich von 5 bis 7,5$ liegen im Vergleich zu einem Verhält nis von 12 bis 20$ in der zweiten Tauchbeschichtung. Wenn eine Formschale mit ausreichender Stärke aufgebaut ist, wird das Modell beispielsweise durch Ausschmelzen entfernt und die so erhaltene Form gebrannt.

Zu den anderen Gegenständen, die aus den Zubereitungen der Erfindung hergestellt werden können, gehören Präzisionsstückformen und Blockformen zum Metallgießen und Formen zur Herstellung von Gegenständen, die selbst aus keramischem Material hergestellt sind wie Geschirr.

Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel erläutert.

Beispiel

Dieses Beispiel beschreibt eine Zubereitung der Erfindung und ihre Verwendung zur Herstellung einer keramischen

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- 8 Schalengußform (Formmaske).

Ein Kieselerde-in-Äthanol-Sol mit einem Gehalt von 3,5 Gew.io Siliciumdioxyd wurde mittels Elektrolyse hergestellt, wobei eine Ferrosiliciumanode in einem Kieselsäure enthaltenden äthanolischen Elektrolyt nach dem Verfahren der britischen Patentanmeldung 17567/66 verwendet wurde. Das Sol wurde durch eine Kolonne von "Deacidit FF"-Anionenaustauscherharzen geleitet, wodurch man ein im wesentlichen vollständig entsäuertes Sol erhielt, wie dies durch Universal-Indikatorpapier festgestellt wurde.

Zu diesem Sol wurden dann 98 Gew.^ige Schwefelsäure, in der Menge zugegeben, daß bei der nachfolgenden Konzentration des Sols durch Verdampfen von Äthanol bei einem Druck Ton ^O Torr auf einen Siliciumdioxydgehalt von 28 Gew.$ die Säurekonzentration 0,038 gÄquiv./l beträgt.

Ein sur TauehbeSchichtung geeigneter Schlicker zur Herstellung einer keramischen Formmaske vnirde durch Zugabe von 320 g Kolochit ITr. 6 zu 200 ml 28$igem Silicasol hergestellt«

Sine keramische Formmaske wurde auf einem achsmodell aufgebaut, wobei man wechselnde BeSchichtungen mittels Tauchbeschichtung und Molochit Nr. 10 als Trocke istuck in der

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herkömmlichen Weise mit einer Gesamtzahl von jeweils fünf Beschichtungen verwendete,, Eine Ammoniakatmosphäre wurde zur Beschleunigung der Gelierung "bei jeder Tauchte schichtung verwendet. Nachdem man danach trocknen ließ, wurde das Wachs in einem Autoklaven geschmolzen und die Form dann 2 Stunden "bei 1000⁰O gebrannt. Die Form hatte eine Biegefestigkeit von 34 kg/cm als Mittel von acht |

Messungen.

Eine vergleichbare Formmaske, die ebenfalls unter Verwendung einer Tauchbeschichtung mit einer hydrolysieren Äthylsilikatlösung als Bindemittel hergestellt wurde, hatte eine Biegefestigkeit von 24,5 kg/cm , wodurch erwiesen ist, daß die aus der Zubereitung der Erfindung hergestellte keramische Form wesentlich größere Festigkeit aufwies.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche :

1o Formmasse, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gemisch eines feuerfesten, teilchenförmigen Feststoffs und eines Silieasols, das von 5 Ms 50$, bezogen auf das Gewicht des Sols, kolloidales Siliciumdioxyd in einem Dispersionsmedium enthält, das ein®n einwertigen Alkohol mit von 1 bis 5 Kohlenstoffatomen pro Molekül aufweist»

2» Formmasse gemäß Anspruch 1 _B dadurch gekennzeichnet, daß das Disparsionsmadium im wesentlichen besteht aus Ton 80 "bis 1QQ^ einwertigem Alkohol oder einem Gemisch solcher Alkohole, von 0 "bis 20$ einem organisch,®», mit Alkohol mischbaren Lösungsmittel ₉ wofasi "beide Prozentsätze auf das Gesamtgewicht des Di©p©ruionsm.@eLii2BS Isezo=» g©n sind„ und von 0 "bis' 1G$a_s "besogen auf das Gewiehi; dee Sols, Wasser,'

3ό lorsssass© gemäß iMWipiraoh. Z₉ äcmmsoh

daß das Dispersionsmediuii wenigstens 90^ einwertigen Al kohol und nisht ai^Jir ©1s 0&5^ Wasoer @;

4« fonmiaase gemäß @i2i®m der Äisprüchs 1 Me 3_g da durch geksnngeiclmet, äsi &ev einwertig© Alle&hal l

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5. Formmasse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sol von 10 bis 35 Gew.% Siliciumdioxyd enthält.

6. Formmasse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Sol von 0,03 bis 0,045 gÄquiv. pro Liter Sol einer Säure enthält, die völlig f dissoziiert ist oder eine Dissoziationskonstante in Wasser bei 25⁰C hat, die größer als 10 ist und die im Hinblick auf die anderen Bestandteile des Sols inert ist,

7. Formmasse gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Säure Schwefelsäure oder Salzsäure ist.

8. Formmasse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge kolloidales Siliciumdioxyd von 5 bis 20$, bezogen auf das Gewicht des feuerfesten, teilchenförmigen Feststoffs, beträgt„

9. Formmasse gemäß Anspruch 1, im wesentlichen wie im Beispiel beschrieben.

10. Verfahren zur Herstellung eines keramischen G-egenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Zubereitung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zu der gewünschten Ge-

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Stalt des Gegenstandes verformt, das Bindemittel gelieren läßt und den Gegenstand trocknet und danach brennt,

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelierung des Bindemittels dadurch beschleunigt wird, daß man der Zubereitung unmittelbar vor dem Verformen ein Amin zugibt oder die Zubereitung Ammoniakdampf nach der Verformung aussetzt.

12. . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der hergestellte Gegenstand eine keramische Formmaske für den Metallguß ist«.

13. Verfahren gemäß Anspruch 10, im wesentlichen wie im Beispiel beschrieben.

14. Keramischer Gegenstand, sofern er nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13 erhalten wurde.

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