DE2164873A1

DE2164873A1 -

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Publication number: DE2164873A1
Application number: DE19712164873
Authority: DE
Priority date: 1970-12-30
Filing date: 1971-12-27
Publication date: 1972-07-20
Also published as: CA970927A; GB1362721A

Description

RECHTSANWÄLTELAWYERS

DR. JiIR. DiVL-CMEM. WALTER BEIL DR. JiIR. DiVL-CMEM. WALTER BEIL

ALfREO MOSPf=NER 23. 0θ2.1971' ALfREO MOSPf = NER 23. 0θ2. 1971 '

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stauffer Chemical Company Hew York, M". Y. , V. St. A.stauffer Chemical Company Hew York, M ". Y., V. St. A.

Verfahren zur Herstellung einer Gußform für den PräzisionsgLuß Method of making a casting mold for precision casting

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußformen zum Gießen von Metallen, Metall-Legierungen und ähnlichen Materialien, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Gußformen für das Präzisionsgießen.The present invention relates to a method for producing casting molds for casting metals, Metal alloys and similar materials, in particular a process for the production of casting molds for precision casting.

Das neue Verfahren stellt eine Verbesserung des "Investitions-Gießens" (investment casting) dar, das durch die Verwendung eines Modells gekennzeichnet ist, um das herum die Form gebildet wird und das aus der gebildeten Form durch Wärmeanwendung entfernt wird, durch die das Material des Modells geschmolzen oder verflüssigt wird und in diesem Zustand aus der FormThe new process represents an improvement on "investment casting", the is characterized by the use of a model around which the shape is formed and that from which formed shape is removed by application of heat, due to which the material of the model is melted or is liquefied and in this state out of shape

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abgezogen wird. Das Material des Modells kann. z.B_o aus einem Wachs oder einer plastischen Substanz bestehen. Auch gefrorenes Quecksilber und niedrig schmelzende Metalle, wie z.B. Zinn, wurden für die Herstellung derartiger Modelle verwendet. Da für diesen Zweck üblicherweise Wachs verwendet wird, hat sich der Ausdruck "Verfahren des verlorenen Wachses" (lost wax process) e ingebürge rt.is deducted. The material of the model can. eg _o consist of a wax or a plastic substance. Frozen mercury and low-melting metals such as tin were also used to make such models. Since wax is commonly used for this purpose, the term "lost wax process" has become established.

Bisher wurde ein verlorenes Modell in eine Schlämmung getaucht,die ein feines feuerfestes Material und ein Bindemittel enthielt, und danach liess man die überschüssige Schlämmung ablaufen, und der nasse Überzug wurde mit körnigem feuerfestem Material stuckatierto Diese beschriebene Folge von Arbeitsgängen wird so viele Male wiederholt wie zur Bildung einer Schale der erforderlichen Dicke nötig ist. Als letzte Verfahrensstufe wurde vor der Entfernung des Wachses aua der fertigen Form ein Decküberzug aufgebracht, indem man die Schale in die Schlämmung aus feuerfestem Material und Bindemittel tauchte.So far, a lost model has been immersed in a slurry, which is a fine refractory material and a Contained binder and then allowed to drain the excess slurry and the wet coating was stuccoed with granular refractory material to this described sequence of operations will be so many Times as necessary to form a shell of the required thickness. As the last procedural stage a top coat was applied by removing the shell from the finished mold before the wax was removed dipped into the slurry of refractory and binder.

Das vorstehend beschriebene Verfahren hat zahlreiche Nachteile, die bei der Auswahl akzeptabler Gußstücke zu einer hohen Ausschußrate führen,, Wenn ein konventionelles niedrig siedendes, hochflüchtiges Lösungsmittel in der Bindemittelzusammensetzung verwendet wird, trocknen die Vorüberzugsschlämmungen zu rasch und verhindern eine richtige Verankerung des nachfolgenden Stuckatierungsüberzugso Dies hat oft Defekte bei dem Gußstück, die als Plusmetall bekannt sind, Sprünge und Einschlüsse zur Folge mit einer hohen Ausschußrate an nichtakzeptablen Gußstücken. Ferner lösen sich Vorüberzüge aus organischen Alkylsilikaten oft vom Modell ab, wenn weitere ÜberzügeThe method described above has numerous Disadvantages that lead to a high scrap rate in the selection of acceptable castings, if a conventional low boiling, highly volatile solvent is used in the binder composition, dry the pre-coating slurries too quickly and prevent one correct anchoring of the subsequent stucco coating o This often results in defects in the casting known as plus metal, cracks and inclusions with a high reject rate of unacceptable castings. Furthermore, organic coatings dissolve Alkyl silicates often depend on the model when further coatings

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aufgebracht werden· Bisher wurde kolloidale Kieselsäure (Silikasol) als Vorüberzug verwendet, während das schnell trocknende Äthylsilikatbindemittel bei den Stützüberzügen (backup coats) verwendet wurde; andernfalls entstehen durch schlechte Deckung (infolge der schnellen Trocknung), schlechte Haftung des Stuckatiermaterials und ungleichmäßige Deckung zu viele Probleme, als dass diese Arbeitsweise für eine rationelle Herstellung von Gußstücken geeignet wäre. Das Problem bei der Verwendung von kolloidaler Kieselsäure (Silikasol) und Bindemittels auf Wasserbasis bei Vorüberzügen ist die schlechte Netzbarkeit des Modells. Dies ist eine ernstliche Schwierigkeit bei Modellen mit engen Aussparungen, bei denen das Entformungsmittel eine Deckung durch die Schlämmung auf dem Modell verhindern kann. Hierdurch entstehen ernsthafte Probleme bei den erhaltenen Gußstücken z.B. durch Defekte infolge von Plusmetall, Einschlüsse uswo mit einem hohen Ausschußprozentsatz und schlechter Wirtschaftlichkeit. Weiterhin macht diese Schwierigkeit eine sorgfältige manuelle Behandlung bei dem ersten Überzug nötig, um eine vollständige Deckung sicherzustellen, so dass eine Automatisierung des Tauchens nach dem Vorüberzug nicht praktisch ist«.· So far, colloidal silica was used (Silica sol) is used as a pre-coat, while the fast-drying ethyl silicate binder is used for the support coats (backup coats) was used; otherwise, due to poor coverage (as a result of the fast Drying), poor adhesion of the plastering material and uneven coverage too many problems for that this way of working would be suitable for an efficient production of castings. The problem with using it of colloidal silica (silica sol) and water-based binders for pre-coatings is poor wettability of the model. This is a serious problem for models with tight spaces where the Mold release agent can prevent coverage by the slurry on the model. This creates serious ones Problems with the castings obtained, e.g. due to defects as a result of plus metal, inclusions, etc. a high percentage of rejects and poor economic efficiency. Furthermore, this difficulty makes it a painstaking one manual handling of the first coat is necessary to ensure complete coverage, so that automation of post-pass diving is not practical. "

Die vorliegende Erfindung beruht auf einer Folge von neuartigen Verfahrensstufen, bei denen ein zuvor gereinigtes und geätztes verlorenes Modell mit einer Bindemittelschlämmung überzogen wird, die als Bindemittel ein hydrolysiertes Alkylsilikat und ein oberhalb von etwa 9O⁰C siedendes organisches Lösungsmittel enthält, worauf die überschüssige Schlämmung entfernt und das überzogene Modell mit einem feinkörnigen feuerfesten Material stuckatiert wird. Nach der Entfernung des grössten Teils des Lösungsmittels (50 bis 95 i°) wird der Vorüberzug auf dem Modell in Gegenwart eines basischenThe present invention is based on a series of novel processing steps, where a pre-cleaned and etched expendable pattern is coated with a Bindemittelschlämmung which contains as binder a hydrolyzed alkyl silicate, and above about 9O ⁰ C boiling organic solvent, after which the excess slurry removed and the coated model is stuccoed with a fine-grain refractory material. After most of the solvent (50 to 95 °) has been removed, the pre-coating is applied to the model in the presence of a basic

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Materials, ζ<»Β· von Ammoniak oder eines Amins, zum Gelieren gebracht, getrocknet und danach in einem neutralen oder leicht angesäuerten Alkohol behandelt. Diese Folge von Arbeitsgängen wird wiederholt, bis der gewünschte Vorüberzug erreicht ist·Materials, ζ <»Β · of ammonia or an amine, for Brought to gel, dried and then treated in a neutral or slightly acidic alcohol. This sequence of operations is repeated until the required pre-coating is achieved.

Das den Vorüberzug tragende Modell wird anschliessend mit einem Stützüberzug, der als Bindemittel ein hydrolysiertes Alkylsilikat, verdünnt mit einem unterhalb von 90⁰C siedenden organischen Lösungsmittel enthält, nach dem vorstehend für die Aufbringung des Vorüberzuges beschriebenen Verfahren mit der Abweichung überzogen, dass ein grobes Stuckatiermaterial als Stützüberzug aufgetragen wird»The precoating bearing model contains then with a support coating, diluted as a binder is a hydrolyzed alkyl silicate with a below 90 ⁰ C boiling organic solvent, coated by the process described above for the application of the pre-coating procedure with the difference that a coarse Stuckatiermaterial is applied as a support coating »

Es wurde gefunden, dass die Entfernung eines grb'sseren Teils des in der Vorüberzugsschlämmung enthaltenen Lösungsmittels (50 bis 95 $) die Wanderung des Bindemittels aus den Poren der feuerfesten Teilchen verstärkt, was die Bildung von Gußformen verbesserter Qualität zur Folge hat· Eine auf diese Weise hergestellte Gußform besitzt eine hohe Permeabilität und eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen Rißbildung, Weiterhin ist die Festigkeit in frischem Zustand vor dem Brennen unübertroffen· It has been found that removing a greater part of that contained in the precoat slurry Solvent ($ 50 to $ 95) the migration of the binder reinforced from the pores of the refractory particles, resulting in the formation of molds of improved quality Consequences · A mold produced in this way has a high permeability and an excellent one Resistance to cracking, furthermore the strength in the fresh state before firing is unsurpassed

Der erste Überzug oder die beiden ersten Überzüge auf dem Modell bezeichnet man im allgemeinen als "Vorüberzug" , und wi» vorstehend angegeben wurde, werden die durch die Lösungsmittelentfernung vor der Gelierung erhaltenen Vorteile im wesentlichen erreicht, in einigen Fällen sogar erhöht, wenn der Vorüberzug nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren behandelt wird· Die nachfolgenden Überzüge oder "Stütz"-Überzüge, die vor dem Brennen der Form aufgetragen werden, können einfach ohne GelierungThe first coat or two first coats on the model is commonly referred to as a "pre-coat" , and as indicated above, are those obtained by solvent removal before gelation Benefits are essentially achieved, in some cases even increased, if the pre-coating after the above The procedure described is treated · The subsequent coatings or "support" coatings, which are made prior to firing the Form can be applied easily without gelling

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an der Luft getrocknet werden·to be air-dried

Um ein vorzeitiges Gelieren der Schlämmung zu verhindern, kann man der Bindemittellösung eine kleine Menge einer Säure mit einer Azidität, die grosser ist als die des hydrolysierten Äthylsilikats, oder ein saures Puffer» mittel zusetzen· Der pH-Wert der Schlämmung wird dadurch im Bereich zwischen etwa 1,0 und etwa 3»2 gehaltene Geeignete Säuren und Puffermittel sind u.a. Salzsäure, Phosphorsäure und Schwefelsäure <, Die angewendete Menge der Säure oder des Puffermittels hängt von der verwendeten Säure oder dem verwendeten Puffermittel und dem in der Schlämmung anwesenden feuerfesten Material ab. Wenn das Bindemittel ein feinteiliges geglühtes Kieselsäuremehl (fused silica flour) als feuerfestes Material enthält, sollte man im allgemeinen etwa 4,18 ml konzentrierte Schwefelsäure pro kg Kieselsäuremehl zusetzen, um die in der geglühten Kieselsäure immer anwesenden Verunreinigungen zu neutralisieren«,To prevent the slurry from gelling prematurely, a small amount of a Acid with an acidity greater than that of hydrolyzed ethyl silicate, or an acidic buffer » add medium · The pH value of the slurry is thereby kept in the range between approx. 1.0 and approx. 3 »2 suitable Acids and buffering agents include hydrochloric acid, phosphoric acid and sulfuric acid <, the amount used the acid or buffering agent depends on the acid or buffering agent used and that in the Refractory material present in the sludge. When the binder is a finely divided calcined silica powder contains (fused silica flour) as a refractory material, one should generally contain about 4.18 ml concentrated Add sulfuric acid per kg of silica powder to remove the impurities that are always present in the annealed silica to neutralize «,

Als feuerfeste Materialien können bei der vorliegenden Erfindung viele verschiedene Substanzen verwendet werden. Im allgemeinen lassen sich wohlbekannte feuerfeste Stoffe, wie die Oxide und Silikate des Siliziums, Aluminiums, Zirkons, Zinks, Magnesiums, Chroms und Titans verwenden. Hierzu gehören die sauren Mineralien, die neutralen oder amphoteren Mineralien, insbesondere diejenigen Mineralien, deren primäre Elemente in der Gruppe II des Periodischen Systems zu finden sind, die sauren Gelmineralien, ZeB. Allophan, und die basischen Mineralien wie z.B. Zirkelit. Auch sind die vielen synthetischen Materialien wie die Zeolite, Molekularsiebe, Ionenaustauscherharze und ähnliche Substanzen zu erwähnen. Ausser den vorgenannten Materialien haben sich Zirkon, Ziegelmehl, kalzinierter Ton, Kieselsäuremehl oder Sand und geglühte Kieselsäure ebenfalls als geeignet erwiesen« A wide variety of substances can be used as the refractory materials in the present invention. In general, well-known refractories such as the oxides and silicates of silicon, aluminum, zirconium, zinc, magnesium, chromium and titanium can be used. These include the acidic minerals, the neutral or amphoteric minerals, in particular those minerals whose primary elements can be found in Group II of the Periodic Table, the acidic gel minerals, ZeB. Allophane, and the basic minerals such as zircelite. The many synthetic materials such as zeolites, molecular sieves, ion exchange resins and similar substances should also be mentioned. In addition to the above-mentioned materials, zircon, powdered brick, calcined clay, powdered silica or sand and annealed silica have also proven to be suitable «

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Saure, schwach saure oder neutrale amphotere Mineralien werden für die Verwendung bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Als Beispiele können insbesondere geglühte Kieselsäure, natürliche Kieselsäure, Zirkon, Sillimanit, Zirkonit, bei dem es sich um ein Gemisch aus Silikaten und Oxiden des Zirkons handelt, und Mullit, ein hochgradig feuerfestes Tonerdesilikat, Tone, Magnesia und andere Metalloxide und -Silikate genannt werden,.Acid, weakly acidic, or neutral amphoteric minerals are available for use in carrying out the present Invention preferred. Examples that can be used are, in particular, annealed silica, natural silica, Zircon, sillimanite, zirconite, which is a mixture of silicates and oxides of zirconium and mullite, a highly refractory alumina silicate, clays, magnesia and other metal oxides and -Silicates are called.

Zirkon und Tonerde, insbesondere das erstere Mineral, werden für die Verwendung als feuerfestes Material für den Vorüberzug besonders bevorzugt· Bei Verwendung von 5 Gew«-# eines feinen natürlichen oder geglühten Kieselsäuremehls mit Zirkon kann eine auslaugbare Gußform erahalten werden· Zirkon ist in dieser Hinsicht einzigartig, da es sich bei Erhitzung nicht mit Kieselsäure umsetzt wie dies alle feuerfesten Tonerdematerialien tun· Eine auslaugbare Form ist eine Form, die sich von dem gegossenen Metall beispielsweise mittels einer heissen Ätzlösung ohne mechanische Mittel entfernen lässt·Zircon and clay, especially the former mineral, are used as a refractory material for Pre-coating is particularly preferred. When using 5% by weight of a fine natural or calcined silica powder a leachable casting mold can be obtained with zircon zircon is unique in this respect, because when heated it does not react with silica like all refractory alumina materials do · One Leachable form is a form that differs from the cast metal, for example by means of a hot The etching solution can be removed without mechanical means

Wie angegeben, können die feuerfesten Materialien einzeln oder in irgend einer Kombination verwendet werden, die " für den vorgesehenen Giessvorgang vorteilhaft erscheint· Auch die Teilchengrösse des feuerfesten Materials wird im Hinblick auf den speziellen Zweck ausgewählt, für den die Form hergestellt wird· In einigen Fällen ist es erwünscht, eine Mischung zu verwenden, die sowohl relativ grobe als auch feine Teilchen enthält· Die vorstehend erwähnte "Stuckatierung" wird normalerweise unter Verwendung von feuerfesten Teilchen durchgeführt, die gröber sind als die allgemein in der Schlämmung verwendeten Teilchen, wodurch eine Bindung zwisohen einem Formüberzug und dem nächsten hergestellt wird· As indicated, the refractories can be used singly or in any combination that "Appears to be advantageous for the envisaged casting process · The particle size of the refractory material also becomes selected with regard to the particular purpose for which the mold is being made · In some cases is it is desirable to use a mixture containing both relatively coarse and fine particles. The above "stuccoing" is usually mentioned under Use of refractory particles made coarser than those generally used in the slurry Particles, creating a bond between one mold coating and the next

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Eine G-ußform gemäß vorliegender Erfindung wird ohne die Verwendung irgend eines anderen Bindemittels als des hydrolysieren Alkylsilikats hergestellt. Es ist "besonders wichtig, dass die Schlämmung für den Überzug als Bindemittel ein hydrolysiertes Alkylsilikat in einem organischen Lösungsmittel enthält, das oberhalb von etwa 9O⁰C siedet. Auf diese Weise werden die Schwierigkeiten vermieden, die zuvor beispielsweise bei Natriumsilikat aufgetreten waren, welches Defekte in dem fertigen Gußstück verursacht. Ferner benetzt ein höher siedende Lösungsmittel enthaltendes Bindemittel das- Modell ohne beträchtliche manuelle Behandlung und gibt eine ausreichende Zeitspanne für die Stuckatierbehandlung bei automatischer Arbeitsweise οA mold according to the present invention is made without the use of any binder other than the hydrolyzed alkyl silicate. It is' very important that the slurry for the coating as a binder is a hydrolyzed alkyl silicate contains in an organic solvent, the above boiling from about 9O ⁰ C. In this way, the difficulties are avoided which were previously encountered for example in sodium silicate which defects Furthermore, a binding agent containing higher boiling solvents wets the model without considerable manual treatment and gives a sufficient period of time for the stucco treatment with automatic operation ο

Bei dem als Bindemittel verwendeten hydrolysierten Silikat kann es sich um einen vorhydrolysierten Typ handeln, wie er im Handel erhältlich ist oder durch eine normalerweise mit HCl durchgeführte Säurehydrolyse irgend einer der im Handel erhältlichen Formen von Alkylsilikaten einschliesslich von im Handel erhältlichem monomerem Tetraäthyl-orthosilikat, "kondensiertem" Äthylsilikat und Äthylsilikat "40" hergestellt wird. "Kondensiertes" Äthylsilikat besteht aus monomerem Tetraäthylorthosilikat sowie bis zu 10 $ Polysilikat, während Äthylsilikat "40" aus gemischten Polysilikatentmit durchschnittlich 5 Siliziumatomen pro Molekül besteht. Ein typisches Datenblatt des "kondensierten" Äthylsilikats und des Äthylsilikats "40" führt die folgenden physikalischen Eigenschaften 4fe&£ 20⁰C, wenn nicht anders angegeben) auf:" condensed "ethyl silicate and ethyl silicate" 40 "is produced. "Condensed" ethyl silicate consists of monomeric tetraethyl orthosilicate and up to $ 10 polysilicate, while ethyl silicate "40" consists of mixed polysilicate with an average of 5 silicon atoms per molecule. A typical data sheet of the "condensed" ethyl silicate and the ethyl silicate "40" lists the following physical properties (4fe & £ 20 ⁰ C, unless otherwise stated):

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Form
Farbeshape
colour

Dichte, g/cm-⁵ Gefrierpunkt, ⁰C Flammpunkt ⁰C (C.O.C.) Viskosität, cps₀ Brechungsindex, h^ Ausdehnungskoeffizient Löslichkeit in Wasser Farbe - APHA max· Spezifisches Gewicht 15,6/15,6 bei 20°C Azidität (HCl), # max· Alkalinität (NH,),$ max, Kieselsäure (SiO₂), G-$ min·Density, g / cm- ⁵ Freezing point, ⁰ C Flash point ⁰ C (COC) Viscosity, cps ₀ Refractive index, h ^ Coefficient of expansion Solubility in water Color - APHA max Specific gravity 15.6 / 15.6 at 20 ° C acidity (HCl ), # max alkalinity (NH,), $ max, silica (SiO ₂ ), G- $ min

21648732164873 "kondensiert""condensed" "40""40" flüssigfluid flüssigfluid wasserhellwater-clear wasserhellwater-clear 0,9360.936 1,0581.058 -84°-84 ° -90°-90 ° 50°50 ° 43°43 ° 0,720.72 3,93.9 1,38381.3838 1,39651.3965 0,001120.00112 0,000960.00096 hydrolysierthydrolyzed hydrolysierthydrolyzed 3030th 3030th 0,932-0,9400.932-0.940 1,055-1,0701,055-1,070 0,0010.001 0,0010.001 0,0010.001 0,0010.001

28,028.0

Destillation bei 760 mm Hg unter 100°C !Distillation at 760 mm Hg below 100 ° C!

unter 15O⁰C über 190⁰Cat 15O ⁰ C over 190 ⁰ C.

10 max ο max10 max ο max

40,040.0

max.Max.

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Bei der Herstellung der Schlämmung für den Vorüberzug wird die Hydrolyse des Äthylsilikats in Gegenwart einer Säure so durchgeführt, dass zwischen 30 und 90 #, vorzugsweise zwischen 45 und 70 $> des Äthylsilikats hydrolysiert werden, während das über 9O⁰C siedende Lösungsmittel in einer solchen Menge verwendet wird, dass der ₂ Gehalt des Bindemittels in der Grössenordnung von 10 bis 30 Gew.-$ beträgt· Wie bereits angegeben, wird Salzsäure normalerweise als Katalysator verwendet, und zwar vorzugsweise in einer 1- bis 5-prozentigen wässrigen Lösung· Das Bindemittel sollte einen pH-Wert von etwa 1,0 bis etwa 3>2 haben und sollte vor der Verwendung, etwa einen Tag altern -können«, Wenn eine sofortige Verwendung vorgesehen ist, sollte das feuerfeste Material dem Bindemittel mittels eines hoohtourigen Mischwerks einverleibt werden.In the preparation of slurry for the precoat the hydrolysis of ethyl silicate is an acid in the presence so that the ethyl silicate are hydrolyzed between 30 and 90 #, preferably between 45 and 70 $> while about 9O ⁰ C boiling solvent in such Amount is used that the ₂ content of the binder is in the order of 10 to 30 wt .- $ · As already stated, hydrochloric acid is normally used as a catalyst, preferably in a 1 to 5 percent aqueous solution · The binder should have a pH of about 1.0 to about 3> 2 and should be able to age for about a day before use. If immediate use is intended, the refractory material should be incorporated into the binder by means of a high-speed mixer.

Ein Bindemittel des vorstehend beschriebenen Typs kann auch in Schlämmungen verwendet werden, die als Stützüberzüge für den Vorüberzug verwendet werden, sofern diese wie der TForüberzug mit Hilfe einer Base zum Gelieren gebracht werden, nachdem 50 bis 95 $> des Lösungsmittels entfernt worden sind. Wenn die nachfolgenden Überzüge oder "Stütz"-Überzüge nicht geliert werden, ist es vorzuziehen, dass das Bindemittel ein zu 100 i» hydrolysiertes Alkylsilikat enthält, einen SiOp-Gehalt von 5 "bis 16 Gew.-$ aufweist und ein Lösungsmittel enthält, welches unterhalb von etwa 90⁰C siedet, wie z.B. Isopropylalkohol oder Äthylalkohol. Der pH-Wert eines derartigen Bindemittels sollte innerhalb des bereits beschriebenen Bereichs liegen.A binder of the type described above may also be used in slurries which are used as a support coating to the precoating, if they are brought as the TForüberzug using a base to gel after 50 to 95 $> of the solvent have been removed. If the subsequent coatings or "support" -Überzüge are not gelled, it is preferable that the binder comprises a 100 to i "hydrolyzed alkyl silicate, having a SiOP content of from 5" to 16 wt .- $, and contains a solvent which boils below about 90 ^° C., such as isopropyl alcohol or ethyl alcohol, for example, and the pH of such a binder should be within the range already described.

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Es ist zu beachten, dass sich während der Hydrolyse der Lösungsmittelanteil des Hydrolysate als Folge der Hydrolysereaktion allmählich erhöht.It should be noted that during the hydrolysis of the The proportion of solvent in the hydrolyzate gradually increases as a result of the hydrolysis reaction.

Geignete Lösungsmittel, die in den Stützüberzügen verwendet werden können und unterhall) von 90°C sieden, sind beispielsweise Äthylalkohol, Isopropylalkohol, Methanol, A__ceton und Methyläthylketon und Mischungen derselben,. Oberhalb von 9O⁰C siedende und mit Wasser mischbare Lösungsmittel sind Monoalkylenglycolmonoalkyläther, Dialkylenglycolmonoalkyläther, Dialkylenglycoldialkyläther und Monoalkylenglycoldialkyläther.Suitable solvents that can be used in the support coats and boil below 90 ° C are, for example, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, methanol, acetone and methyl ethyl ketone and mixtures thereof. Above 9O ⁰ C and boiling water-miscible solvents are Monoalkylenglycolmonoalkyläther, Dialkylenglycolmonoalkyläther, Dialkylenglycoldialkyläther and Monoalkylenglycoldialkyläther.

Ausgezeichnete Ergebnisse wurden bei Verwendung von Äthylenglycolmonoäthyläther als Lösungsmittel für die Vorüberzüge erzielt·Excellent results have been obtained using ethylene glycol monoethyl ether achieved as a solvent for the preliminary coatings

Die Menge des Bindemittels, die in irgend einer der hier vorgesehenen Schlämmung verwendet wird, bestimmt sich im wesentlichen nach der Teilchengrösse des feuerfesten Materials, da das feuerfeste Material umso mehr Bindemittel absorbiert, je feiner es ist, und daher umso mehr Bindemittel erforderlich ist. In einigen Fällen, in denen die Teilchen des feuerfesten Materials grob sind, kann eine solche Menge Bindemittel erforderlich sein, dass auf je 100 Teile feuerfestes Material nur die Menge des Bindemittels verwendet werden muss, bei der 1 Teil des bindenden SiOp bereitgestellt wird. Umgekehrt kann es bei ausserordentlich feinem feuerfestem Material erforderlich sein, auf je 4 Teile des feuerfesten Materials die Menge des Bindemittels zu verwenden, die zur Bereitstellung von 1 Teil bindendem SiO₂ notwendig ist. Das Verhältnis von feuerfestem Material zu Bindemittel kann mit anderen Worten zwischen etwa 4 und 100 Teilen feuerfestes MaterialThe amount of binder used in any of the slurries provided here is essentially determined by the particle size of the refractory material, since the finer the refractory material, the more binder it absorbs and therefore the more binder is required. In some cases, where the particles of refractory material are coarse, an amount of binder may be required such that for every 100 parts of refractory material, only the amount of binder that provides 1 part of the binding SiOp needs to be used. Conversely, in the case of extremely fine refractory material, it may be necessary to use the amount of binder for every 4 parts of the refractory material that is necessary _{to provide 1 part of binding SiO 2.} In other words, the ratio of refractory to binder can be between about 4 and 100 parts refractory

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pro 1 Teil des Bindemittel SiOp betragene Die Viskosität der Schlämmung für den Vorüberzug sollte jedoch im Bereich zwischen etwa 10 und etwa 35 Sekuken, vorzugsweise zwischen etwa 15 und 25 Sekunden, unter Zugrundelegung eines Bechers Nr. 4 nach Zahn liegen. Die Sehlämmung für den Stützüberzug sollte eine wesentlich geringere Viskosität besitzen, die normalerweise im Bereich zwischen etwa 8 und 15 Sekunden, und vorzugsweise bei etwa 11 Sekunden liegt, unter Zugrundelegung eines Bechers Nr₀ 4 nach Zahn.per 1 part of the SiOp binder. However, the viscosity of the slurry for the precoat should be in the range between about 10 and about 35 seconds, preferably between about 15 and 25 seconds, based on a # 4 cup according to Zahn. The foam insulation for the backing coat should have a much lower viscosity, normally in the range between about 8 and 15 seconds, and preferably about 11 seconds, based on a Zahn _{# 0 4 cup.}

Das in dem Bindemittel enthaltene Lösungsmittel wird vor dem Gelieren durch irgend ein hierfür bekanntes Verfahren entfernt. Dies kann gemäss wirtschaftlichen Überlegungen mit oder ohne Wiedergewinnung des Lösungsmittels geschehen. Es ist zu beachten, dass die Entfernung von 50 bis 95 i° des Lösungsmittels ein kritisches Kennzeichen der vorliegenden Erfindung ist und die Nichtbefolgung dieser Maßnahme die Bildung von weniger vorteilhaften Formen zur Folge hat_o The solvent contained in the binder is removed by any known method prior to gelation. According to economic considerations, this can be done with or without recovery of the solvent. It should be noted that removal of 50 to 95 % of the solvent is a critical feature of the present invention and failure to follow this measure will result in the formation of less favorable shapes, _etc.

Wie vorstehend erwähnt wurde, wird die Gelierung des im wesentlichen lösungsmittelfreien Überzuges in Gegenwart eines basischen Materials, vorzugsweise von Ammoniak durchgeführt; andere Basen, insbesondere Amine, können jedoch gewünschtenfalls stattdessen verwendet werden. Geeignete Amine sind u.a. Methylamin und andere flüchtige Amineβ Alkoholische Lösungen von Ammoniak und anderen Aminen wie z.B. n-Butylamin, Propylamin, Digcyclohexylamin, Piperidin und dglο können ebenfalls zur Geliereung der Überzüge verwendet werden_o As mentioned above, the gelation of the essentially solvent-free coating is carried out in the presence of a basic material, preferably ammonia; however, other bases, particularly amines, can be used instead if desired. Suitable amines include methylamine and other volatile amines. Alcoholic solutions of ammonia and other amines such as n-butylamine, propylamine, digcyclohexylamine, piperidine and the like can also be used to gel the coatings _o

Ein die Farbe wechselnder Farbstoff wie Z₀B. Methylrot oder Methylenblau kann der Bindemittelzusammensetzung zugesetzt werden, um anzuzeigen, wann die Gelierung derA color changing dye such as Z ₀ as methyl or methylene blue of the binder composition may be added to indicate when the gelation of the

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Modellform im richtigen Maße fortgeschritten ist. Falls eine Schlämmung oder ein Überzug aus irgend einem Grunde fehlerhaft ist, wird das Bedienungspersonal von dieser Tatsache durch das Fehlen des Farbumschlages entweder auf der Gußform oder in der Schlämmung in Kenntnis gesetzt. The shape of the model has progressed to the correct extent. If a slurry or coating for some reason is faulty, the operating staff is relieved of this fact by the lack of color change either on the mold or in the slurry.

Die Erfindung wird anhand nachfolgender Beispiele erläutert. Wenn nichts Anderes erwähnt, sind alle Mengen in Gewichtsteilen angegeben.The invention is illustrated by the following examples. Unless otherwise stated, all are quantities given in parts by weight.

example 1

Ein Wachsbaummodell wurde so mit Gußtrichtern und Anschnitten versehen, wie es das Metallgiessen und die gewünschten Gußstücke erforderten_o Der Baum wurde einen Moment in einem Lösungsmittelgemisch geätzt, das 75 # Trichloräthylen und 25 "fa Isopropylalkohol enthielt, und der Überschuss wurde mit Isopropylalkohol abgewaschen, Nach dem Trocknen wurde der Baum in eine Vorüberzugs— schlammungfolgender Zusammensetzung getaucht:A wax tree model was provided with casting funnels and gates as required by the metal casting and the desired castings _o The tree was etched for a moment in a solvent mixture containing 75 # trichlorethylene and 25 "fa isopropyl alcohol, and the excess was washed off with isopropyl alcohol After drying, the tree was immersed in a preliminary coating of the following composition:

Formulierung der Gewichts-Formulation of weight

Vorüberzugsschlämmung teilePre-coating slurry parts

Vorhydrolysiertes Äthylsilikat-Bindemittel, hergestellt durch partielle Hydrolysierung von
A'thylsilikat (Silbond H-6, Handelsprodukt der Stauffer Cnmical Prehydrolyzed ethyl silicate binder made by partial hydrolyzing of
Ethyl silicate (Silbond H-6, commercial product of Stauffer Cnmical

Company, V.St.A.) 14,5Company, V.St.A.) 14.5

Äthylenglycolmonoäthylather 7Ethylene glycol monoethyl ether 7

gemahlenes Zirkonmehl (0,074 mm lichteground zircon flour (0.074 mm clear

Mas chenwe i t e) 59Mesh width e) 59

2 0 9 8 3 0 / 0 6 U 62 0 9 8 3 0/0 6 U 6

Formulierung der Gewichts-Formulation of weight

Vorüberzugsschlämmung teile Pre-coating slurry parts

Geglühtes Kieselsäuremehl (feinkörniges Halcast PlW, Handelsprodukt der Nalco Chemical Company, Chicago, 111. oder Rancosil No_c 1, HändeIsprodukt der Ransom and
Randolph Company) 19,5Annealed silica flour (fine-grained Halcast PlW, commercial product of Nalco Chemical Company, Chicago, 111. or Rancosil No _c 1, hand product of Ransom and
Randolph Company) 19.5

Die vorgenannte Schlämmung für den Vorüberzug wurde mindestens drei Stunden lang vor der Verwendung gerührt. Das feuerfeste Material kann jedoch dem Bindemittel und dem Lösungsmittel unter Verwendung einer Mischvorrichtung hoher Schwerkraft zugesetzt und sofort verwendet werden«.The aforesaid slurry for precoating was stirred for at least three hours before use. However, the refractory material can be mixed with the binder and the solvent using a mixing device added under high gravity and used immediately «.

Die Schlämmung für den Stützüberzug wurde auf die folgende Weise hergestellt:The slurry for the backing was prepared in the following way:

Formulierung der Gewichts-Formulation of weight

Stützüberzugsschlämmung teileSupport coating slurry parts

Wasser 0,6Water 0.6

Partiell hydrolysiertes Äthylsilikat-Bindemittel (Silbond H-4_f Handelsprodukt der Stauffer Cnmical Company, V.St.A·) 15»8Partially hydrolyzed ethyl silicate binder (Silbond H-4 _f commercial product of the Stauffer Cnmical Company, V.St.A.) 15 »8

Isopropylalkohol 14,0Isopropyl alcohol 14.0

geglühtes Kieselsäuremehl (Nalcast PlW) 23,2 geglühtes Kieselsäuremehl (Nalcast P2) 46,42Annealed silica powder (Nalcast PlW) 23.2 Annealed silica powder (Nalcast P2) 46.42

Dem Silbond H-4 wurde das Wasser zugesetzt und die Mischung wurde über Nacht abgestellt, bevor der Alkohol und die geglühte Kieselsäure zugegeben wurden· Der Stützüberzugsschlämmung wurden langsam 0,79 ml Schwefelsäure pro Liter Schlämmung zugesetzt, um die basischen Bestandteile zu neutralisieren·The water was added to the Silbond H-4 and the mixture was left overnight before the alcohol and the calcined silica was added. The support coating slurry was slowly added 0.79 ml of sulfuric acid added per liter of slurry to neutralize the basic components

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Der WachsmodeHbaum wurde in die Vorüberzugsschlämmung eingetaucht und bewegt, um das Überziehen der gesamten Oberfläche sicherzustellen. Der überzogene Baum wurde herausgenommen, in Drehung versetzt, konnte abtropfen und wurde vor dem Trocknen in ein Fließbett aus Nalcast S-1 getauchte Der stuckatierte Überzug wurde 30 Minuten lang getrocknet und dann für die Dauer einer Minute mit Ammoniakgas zusammengebracht, um eine Gelierung des Überzuges zu bewirkend Nach dem Gelieren wurde die Form etwa 5 Minuten lang getrocknet, in Isopropylalkohol getaucht und wiederum noch in nassem Zustand in die Vorüberzugsschlämmung getaucht. Diese Arbeitsfolge des Eintauchens in die Vorüberzugsschlämmung, Entnehmens, Drehens, Stuckatierens mit Nalcast S-1, Trocknens und Gelierens wurde noch einmal wiederholte Nach dem Gelieren wurde die Form etwa 5 Minuten getrocknet und dann in die Schlämmung für den Stützüberzug getaucht, überschüssige Schlämmung wurde von dem überzogenen Baum entfernt und der Baum wurde mit geglühter körniger Kieselsäure Nalcast S-6 stuckatiert. Der überzogene Baum wurde 30 Minuten getrocknet und dann wie zuvor wieder in die Stützüberzugsschlämmung getaucht. Diese Arbeitsfolge des Eintauchens in die Stützüberzugs schlämmung, der Entfernung der überschüssigen Schlämmung, der Stuckatierung mit Nalcast S-6 und des Trocknens wurde sechsmal wiederholt, und der Baum wurde über Nacht getrocknet» Die Anzahl der Überzüge hängt von der Grosse und dem Typ der gewünschten Gußstücke ab. Die Wachsentfernung erfolgte mit Hilfe eines Ho chdruckdampf aut oklaven. /Andere Verfahren zur Wachsentfernung sind u.a. das Eintauchen in heisses Wachs, das bei einer Temperatur von über 77°C gehalten wurde, oder Schnellbrennen (flash-firing)J7₀ Die auf diese Weise gebildete Form wurde bei einer Temperatur von etwa 76O⁰C bis 1040⁰C gebrannt, und während sie noch heissThe fashion wax tree was immersed in the pre-coating slurry and agitated to ensure coating of the entire surface. The coated tree was removed, rotated, allowed to drain, and immersed in a fluidized bed of Nalcast S-1 before drying. The stuccoed coating was dried for 30 minutes and then exposed to ammonia gas for one minute to gel the coating To be effected After gelling, the mold was dried for about 5 minutes, dipped in isopropyl alcohol and again dipped into the precoat slurry while still wet. This sequence of dipping in the pre-coating slurry, removing, rotating, stuccoing with Nalcast S-1, drying and gelling was repeated once again removed from the coated tree and the tree was stuccoed with annealed granular silica Nalcast S-6. The coated tree was dried for 30 minutes and then re-immersed in the support coating slurry as before. This sequence of dipping in the support slurry, removing the excess slurry, stuccoing with Nalcast S-6, and drying was repeated six times and the tree was dried overnight. The number of covers depends on the size and type of the desired Castings off. The wax was removed with the aid of a high pressure steam autoclave. / Other methods for dewaxing include dipping in hot wax bath maintained at a temperature of about 77 ° C, or fast firing (flash-firing) J7 ₀ The shape formed in this manner was measured at a temperature of about 76o ⁰ C to 1040 ⁰ C, and while it is still hot

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war, wurde geschmolzener nichtrostender Stahl in sie gegossen· Nachdem das Gußstück sich abgekühlt hatte, wurde die zerbrechliche Form durch Vibration zerbrochene Das Gußstück zeigte keine» merklichen Verzunderungen oder Fehler irgendwelcher Art·molten stainless steel was poured into it.After the casting had cooled, the fragile shape was broken by vibration. The casting showed no noticeable scaling or errors of any kind

Example 2

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde mit der Abweichung wiederholt, dass 2,27 Teile Kieselsäure (lichte Maschenweite 0,043 mm) der Zusammensetzung zugesetzt wurden«. Dies ergab eine Form, die in heissem Ätzmittel (4Ö2°C) auslaugbar war.The procedure of Example 1 was repeated with the difference that 2.27 parts of silica (clear mesh size 0.043 mm) were added to the composition «. This resulted in a form that was leachable in hot caustic (402 ° C).

Example 3

Eine Bindemittellösung wurde nach dem Verfahren des Beispiels 1 mit der Abweichung hergestellt, dass 0,4 ml konzentrierter Schwefelsäure proiTeil des Bindemittels der Bindemittellösung des Stxizüberzugs zugesetzt wurden₀ Es wurde gefunden, dass die erhaltene Schlämmung ihre Gebrauchsfähigkeit mehr als 30 Tage behielt, und bei richtiger Einstellung (d.h. Beibehaltung der Viskosität im Bereich zwischen etwa 15 und etwa 20 Sekunden unter Zugrundelegung eines Bechers Nr. 4 nach Zahn) würde die Schlämmung eine unbestimmte Zeit überdauern.A binder solution was prepared by the procedure of Example 1 except that 0.4 ml of concentrated sulfuric acid were proiTeil added to the binder of the binder solution of Stxizüberzugs ₀ It was found that the slurry obtained retained its usability more than 30 days and in the correct Adjustment (ie, maintaining the viscosity in the range between about 15 and about 20 seconds using a Zahn # 4 cup) would last the elutriation indefinitely.

Example 4

Die Schlämmung für den Vorüberzug wurde durch Mischen von 14 Teilen Silbond H-6, 5 Teilen Wasser, 23»25 Teilen Äthylenglycolmonoäthylather und ββ,ΟΟ Teilen Rancosil No. 1 (HändeIsprodukt der Ransom & Randolph Corporation) hergestellt. Diese Schlämmung wurde über Nacht altern gelassen·The precoat slurry was prepared by mixing 14 parts of Silbond H-6, 5 parts of water, 23-25 parts Ethylene glycol monoethyl ether and ββ, ΟΟ parts of Rancosil No. 1 (hands-is product of Ransom & Randolph Corporation) manufactured. This slurry was aged overnight

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Die Sehlämmung für den Stutzüberzug wurde durch. Mischen von 2,73 Teilen Silbond H-4, das 5 % Wasser enthielt (mindestens einen Tag gealtert), 2,25 Teilen Isopropylalkohol, 4,0 Teilen Randosil No. 1, 8 Teilen Rancosil No· 2 mit etwa 0,04 ffiLlen Aluminiumchlorid hergestellte Die Sehlämmung wurde mit einer Bindemittel-Alkohol-Mischung auf eine Viskosität von 9 bis 11 auf einem Becher Nr. 4 nach Zahn eingestellt.The insulation for the support cover was through. Mixing 2.73 parts of Silbond H-4 containing 5 % water (aged at least one day), 2.25 parts of isopropyl alcohol, 4.0 parts of Randosil No. 1.8 parts of Rancosil No. 2 with about 0.04% aluminum chloride. The floor insulation was adjusted to a viscosity of 9 to 11 on a No. 4 cup according to Zahn with a binder-alcohol mixture.

Der Baum wurde in die Vorüberzugsschlämmung eingetaucht, mit Nalcast S-1 bestäubt, eine halbe Stunde getrocknet und mit Ammoniak zum Gelieren gebracht.The tree was immersed in the pre-coat slurry, dusted with Nalcast S-1, dried for half an hour and made to gel with ammonia.

Der Baum wurde dann in die Sehlämmung für den Stützüberzug getaucht, darauf mit geglühter Kieselsäure (Fused Silica B, Handelsprodukt der Firma Ransom & Randolph) bestäubt und getrocknete Diese Reihenfolge von Arbeitsgängen wurde noch viermal wiederholt. Wiederum erzeugten die Formen keine merklichen Abblätterungen oder Unvollkommenheiten.The tree was then dipped into the floss insulation for the support coating, on top of which was annealed silica (Fused Silica B, commercial product from Ransom & Randolph) dusted and dried in this order operations were repeated four more times. Again, the shapes did not produce any noticeable peeling or imperfections.

example 55

Das Verfahren des Beispiels 4 wurde mit der Abweichung wiederholt, dass die Kieselsäureprodukte Vitrous Silica 100 (70 #) und Vitrous Silica fuses (30 fo) anstelle des geglühten Kieselsäureprodukts Rancosil Nr₀ 1 in der Vorüberzugsschlämmung verwendet wurden. /"Vitrous Silica besteht aus 5 bis 10 ^ Cristobalit in geglühtem Quarzgä\Ls (fused silica glass) und ist von der Harbinson-Walker Refractories Company erhältIich__7· Eine Mischung aus 33 i° Vitrous Silica 100, 33 i° Virous Silica 28 und 33 ί° Vitrous Silica fines wurde anstelle des geglühten Kieselsäureprodukts Rancosil No. 1 in der Stützüberzugsschlämmung für den zweiten bis sechsten überzug verwendet.The procedure of Example 4 was repeated with the difference that the silica products Vitrous Silica 100 (70 #) and Vitrous Silica fuses (30 fo) were used in the precoat slurry instead of the calcined silica product Rancosil No. _{0 1.} Vitrous Silica consists of 5 to 10% cristobalite in fused silica glass and is available from Harbinson-Walker Refractories Company. A mixture of 33 ° Vitrous Silica 100, 33 ° Virous Silica 28 and 33 ί ° Vitrous Silica fines was used instead of the calcined silica product Rancosil No. 1 in the support coating slurry for the second through sixth coatings.

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Der erste Überzug wurde mit Kieselsäure (Vitrous Silica) einer lichten Maschenweite von 0,25 "bis 0,147 mm bestäubt. Die Stützüberzüge wurden mit körniger Kieselsäure (Vitrous Silica) einer Teilchengröße von 0,635 bis 0,175 mm bestäubte Zur Erhöhung der Lebensdauer der Schlämmung wurden 15 ml HpSO, auf je 18,9 Liter des zugesetzten Bindemittels zugegebeneThe first coating was dusted with silica (Vitrous Silica) with a mesh size of 0.25 "to 0.147 mm. The support coatings were made with granular silica (Vitrous Silica) having a particle size of 0.635 to 0.175 mm dusted To increase the lifespan of the slurry, 15 ml of HpSO were added to every 18.9 liters Binder added

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Claims

Claims t

1 · A process for the production of a casting mold for precision casting, characterized in that a lost model is coated with a slurry which comprises a selected refractory material and a solution of an acid-hydrolyzed alkyl silicate binder which contains an organic solvent boiling ^{above 90 ° C,}

the coated model is stuccoed and then, before the gelling of the binder and the fixation of the refractory Particles with a basic agent, from about 50 to about 95% of the solvents contained in the binder distant

2ο method according to claim 1, characterized in that that ammonia is used as a basic agent.

3. The method according to claim 2, characterized in that that an alkylene glycol monoalkyl ether is used as the solvent

4. The method according to claim 1, characterized in that the support coating is applied over the preliminary coating will.

5. The method according to claim 4, characterized in that each of the support coatings by the use of a basic agent is gelled after removal

he followed from about $ 50 to $ 95 of the solvent »

6. The method according to claim 1, characterized in that that the solvent contains an organic component, which is used to increase the removal of the solvent required time served

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7. The method according to claim 1, characterized in that the binder solution is an acid with a larger one Acidity than that of the hydrolyzed ethyl silicate in is added in such an amount that the resulting slurry is in a pH range of about 1.0 to about 3.2 is held.

8. Procedure according to claim 7 »characterized in that that sulfuric acid is used as the acid.

9. The method according to claim 1, characterized in that the binder solution is an acidic buffer agent in is added in such an amount that the resulting slurry is in a pH range of about 1.0 to about 3.2 is held. .

1oo method according to claim 4 »characterized in that the support coating containing an organic solvent which boils below 9O ⁰ C.

11. Method according to claim 1, characterized in that the gelled precoat is treated with alcohol.

12. The method according to claim 1, characterized in that the slurry by mixing with high shear force for the rapid dispersion of the finely divided refractory Materials in the binder is produced.

For Stauffer Chemical Company

Lawyer (

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