DE19510151A1 - Gußeinbettmasse - Google Patents
GußeinbettmasseInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gußeinbettmasse auf kerami
scher Basis für die Herstellung von Gußformen nach dem
Wachsausschmelzverfahren zum Gießen von Titan, Titanle
gierungen oder anderen im flüssigen Zustand heftig mit
Sauerstoff reagierenden Metallen, welche im wesentlichen
eine Grundmasse mit Zirkonoxid und mit anderen thermody
namisch stabilen Rohstoffen und zusätzlich Zement und
Bindemittel enthält. Eine solche Gußeinbettmasse ist in
der EP-A-92104283.4 beschrieben.
Die bekannte Gußeinbettmasse soll sich insbesondere für
die Erstellung von Gußformen zum Gießen von Titan eignen.
Titan ist aufgrund von guten mechanischen Eigenschaften
und seiner Biokompatibilität ein nahezu idealer Werkstoff
für dentale Restaurationen. Die große Reaktionsfreudig
keit des geschmolzenen sowie auch festen und noch glü
henden Titans stellt bei der Gußtechnik bisher jedoch ein
großes Problem dar.
Der Einbettmasse kommt gerade beim Titanguß eine Schlüs
selrolle zu. Die Einbettmasse nach der genannten EP-A-92
104283.4 soll als thermodynamisch stabilen, keramischen
Rohstoff Quarz (SiO₂) und seine Modifikationen, gemischt
mit 40-60% Zirkonoxid oder aber auch Aluminiumoxid
oder Magnesiumoxid enthalten. Ein Zirkonoxidgehalt von
weniger als 40% wird ausdrücklich als nachteilig be
zeichnet. Als Bindemittel werden Monoammonium-Phosphat
(NH₄H₂PO₄) und Magnesiumoxid (MgO) genannt. Die Einbett
masse nach dieser Schrift enthält also mindestens 40%
Bestandteile, die mit Titan heftig reagieren. Um dies zu
unterdrücken, soll die Einbettmassenmischung vor dem
Aushärten so gelagert und geschüttelt werden, daß
schweres Zirkonoxid schwerkraftbedingt in die Nähe der
Gußoberfläche diffundiert. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß auch dies nicht zu sauberen und glänzenden Oberflä
chen der Gußstücke führt, weil aggressive Metalle, ins
besondere Titan, sehr heftig mit Siliziumdioxiden und
Phosphaten reagieren. Das führt zu einem sehr festen Haf
ten des Gußstückes an der die Gußform bildenden Einbett
masse, zu einer dicken Oxidschicht an der Gußteiloberflä
che und zur Diffusion von Sauerstoffin die Oberfläche
des Gußteils und damit zur Ausbildung einer sehr spröden
und rißanfälligen Zone, der sogenannten "alpha-case" (bis
0,3 mm dick), die nachträglich entfernt werden muß.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Gußein
bettmasse der eingangs genannten Art zu entwickeln, wel
che alle üblichen Eigenschaften der bekannten phosphatge
bundenen Gußeinbettmassen besitzt, bei der jedoch Reak
tionen zwischen dem Metall und dem Material der Gußform
möglichst weitgehend verhindert werden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
als thermodynamisch stabile Rohstoffe maximal 35% Magne
siumoxid und maximal 50% Zirkonoxid, als Zement 5-15%
hydraulischer Calciumoxidzement und als Bindemittel maxi
mal 2% eines alkalischen Zirkonatbinders vorgesehen
sind.
Dieser Problemlösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß
es außerhalb der keramischen Industrie spezielle alkali
sche Zirkonatbinder gibt, so daß man zum Aushärten der
Gußeinbettmasse hydraulische Zemente anwenden kann, die
bekanntlich nur in alkalischen Medien härten.
In der erfindungsgemäßen Gußeinbettmasse sind keine
Stoffe vorhanden, welche mit dem aggressiven Titan rea
gieren. Dennoch ist das Material vergleichbar gut zu ver
arbeiten wie die bisher gebräuchlichen silikat- und
phosphathaltigen Gußeinbettmassen. Der für die Verwirkli
chung der Erfindung erforderliche Zirkonatbinder sollte
alkalisch bis neutral sein, um die Härtung des
Calciumoxidzements nicht negativ zu beeinflussen. Die
Konzentration sollte, abhängig von der gewünschten Verar
beitungszeit, bei maximal 2% liegen.
Der calciumoxidhaltige, silikatfreie Zement gewährleistet
die Härtung des gegossenen Schlickers zu einer harten
Gußform. Von Vorteil sind hierbei schnell härtende Ze
mente mit einem hohen CaO-Gehalt (mindestens 45%) und
einem möglichst niedrigen Al₂O₃-Gehalt. Je nach gewünsch
ter Härtezeit (Abbindezeit) liegt der Zement-Gehalt bei
5-15%.
Das Magnesiumoxid verhilft dem fertigen Pulvergemisch zu
einem homogenen Gefüge, verbessert die Fließfähigkeit des
Schlickers und gleicht den Unterschied zwischen "schwe
rem" Zirkonoxid und anderen "leichteren" Bestandteilen
des Pulvergemisches aus. Aus diesem Grund sollte das
industrielle Magnesiumoxidpulver mit einem hohen
Schüttgewicht bevorzugt werden, wobei eine Reinheit von
mindestens 98% wünschenswert ist. Eine optimale Wirkung
wird ab ca. 20% bis 35% MgO erreicht. Ein höherer Gehalt
führt, neben anderem wegen der gewählten Reinheit, zu
schlechteren Gußergebnissen und einem nicht optimalen
Verhalten der Einbettmasse.
Bei dem Zirkonoxid ist der Vorzug einem vollstabilisier
ten Elektroschmelzprodukt mit geringer Oberfläche zu ge
ben, weil solche Pulver mit geringer Menge an Flüssigkeit
zu Schlicker anmischbar sind. Die Korngröße soll dabei so
gewählt werden, daß mindestens 50% des Pulvers zwischen
120 bis 250 Mikron liegt.
Optimale Wirkung erreicht man mit 20 bis 35% Zirkonoxid.
Eine höhere Menge führt zu einem schlechteren Zusammen
halt der Gußeinbettmasse. Bei über 50% Zirkonoxid ergibt
sich keine homogene Einbettmasse mehr.
Für die genaue Passung der dentalen Gußstücke wird übli
cherweise die Erstarrungskontraktion des gegossenen Me
talls mit einer entsprechenden vorherigen Volumenexpan
sion der Gußform kompensiert. Zusätzlich muß auch die
Kontraktion der Gußform ausgeglichen werden, die durch
den Wasseraustritt ab 100°C und die Sinterschrumpfung ab
ca. 600°C eintritt. Neben der thermischen Dehnung der
Rohstoffe, die aber bei den oben genannten relativ gering
ist, wird das Problem folgendermaßen gelöst:
Es ist bekannt, daß bei einer Reihe von Fest
körperreaktionen, bei denen Spinelle gebildet werden,
eine unterschiedlich große Volumenzunahme eintritt. Auf
grund der Tatsache, daß in der Einbettmasse Magnesiumoxid
vorliegt, führt der Zusatz von Aluminiumoxid zur Bildung
von MgAl₂O₄-Spinell bei Temperaturen von 950-1300°C
und einer entsprechenden Volumenzunahme. Vorzugsweise
wird hochreaktives Aluminiumoxid Al₂O₃ zu 15-25% dem
Pulvergemisch zugesetzt. Zum verbesserten Ablauf der
Festkörperreaktion schon bei niedrigeren Temperaturen
bzw. mit niedrigerem Al₂O₃-Gehalt kann dem Einbettmassen
pulver eine Reihe von Keimbildnern zugesetzt werden
(MgAl₂O₄, FexOy, B₂O₃, CrO₃, . . .).
Einbettmassen dieser Art kann man mit gutem Ergebnis für
Titanguß einsetzen, vorteilhaft ist sie aber auch bei
sehr hohen Temperaturen, z. B. für Bearbeitung von
(glas)keramischen Materialien. Die Spinellbildung wird
erst bei ca. 1600°C vollständig abgeschlossen, so daß
die Sinterschrumpfung der Gußform ständig mit der erzeug
ten Volumenzunahme kompensiert werden kann.
Dem Einbettmassenpulver bzw. der Flüssigkeit können zu
sätzlich geringe Mengen an Additiven zugemischt werden,
z. B. Verflüssigungsmittel, Mittel zum Erreichen einer hö
heren Gasdurchlässigkeit der Gußform, Dispergiermittel,
Beschleuniger bzw. Verzögerer der Zementhärtung usw. Der
Vorzug ist dabei immer ausbrennbaren bzw. nicht phosphat-
und silikathaltigen Stoffen zu geben.
Die Einbettmasse, die als Pulver und wasserhaltige Flüs
sigkeit vorliegt, wird ähnlich den üblichen phosphatge
bundenen Einbettmassen verarbeitet. Nach Anmischen der
beiden Komponenten entsteht ein plastischer, fließfähiger
Schlicker. Die Wachsmodellation wird damit eingegossen.
Die Verarbeitungszeit kann auf bis zu 15′ eingestellt
werden, so daß genug Zeit für Korrekturen bleibt. Die
Zementhärtung bewirkt eine allmähliche Versteifung der
Gußform, bis nach ca. 1/2-2 Std. - je nach Zusammenset
zung - eine ausreichend harte Gußform vorliegt. Beim
Brand wird vorzugsweise eine Haltestufe bei 150-300°C
gewählt, um das Wasser aus der keramischen Form langsam
entweichen zu lassen. Der weitere Temperaturanstieg kann
grundsätzlich - dank der geringen thermischen Dehnung der
Rohstoffe - relativ schnell erfolgen. Das gesamte Tempe
raturprofil hängt jedoch auch von dem benutzen Expansi
onsmittel ab. Beim dentalen Titanguß wird die Gußform
nachher vorzugsweise auf ca. 450°C abgekühlt, getempert
und in einer Gußanlage mit Titan gegossen.
Die beschriebene Einbettmasse haftet beim Ausbetten nicht
am Gußstück und läßt sich von Hand entfernen. Die
Gußoberfläche ist metallisch sauber bis glänzend, mit ei
ner stark reduzierten alpha-case Zone, die nur auf Verun
reinigungen der Rohstoffe und Aluminiumoxid zurück
zuführen ist.
Claims (3)
1. Gußeinbettmasse auf keramischer Basis für die Herstel
lung von Gußformen nach dem Wachsausschmelzverfahren zum
Gießen von Titan, Titanlegierungen oder anderen im flüs
sigen Zustand heftig mit Sauerstoff reagierenden Metal
len, welche im wesentlichen eine Grundmasse mit Zirkono
xid und mit anderen thermodynamisch stabilen Rohstoffen
und zusätzlich Zement und Bindemittel enthält, dadurch
gekennzeichnet, daß als thermodynamisch stabile Rohstoffe
maximal 35% Magnesiumoxid und maximal 50% Zirkonoxid,
als Zement 5-15% hydraulischer Calciumoxidzement und
als Bindemittel maximal 2% eines alkalischen Zirkonat
binders vorgesehen sind.
2. Gußeinbettmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Zirkonoxidanteil maximal 35% beträgt.
3. Gußeinbettmasse nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 15-20% Aluminium
oxidpulver enthält, welches bei 950 bis 1300°C mit Mag
nesiumoxid unter Volumenzunahme reagiert.
Priority Applications (2)
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DE1995110151 DE19510151A1 (de) | 1995-03-21 | 1995-03-21 | Gußeinbettmasse |
EP96104402A EP0733419A1 (de) | 1995-03-21 | 1996-03-20 | Gusseinbettmasse |
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Publications (1)
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DE19510151A1 true DE19510151A1 (de) | 1996-09-26 |
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DE1995110151 Withdrawn DE19510151A1 (de) | 1995-03-21 | 1995-03-21 | Gußeinbettmasse |
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Country | Link |
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EP (1) | EP0733419A1 (de) |
DE (1) | DE19510151A1 (de) |
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