DE2351677B2

DE2351677B2 - Verfahren zur herstellung keramischer formmasken fuer den metallguss

Info

Publication number: DE2351677B2
Application number: DE19732351677
Authority: DE
Inventors: Percy Ronald La Hulpe Taylor (Belgien)
Original assignee: Monsanto Ltd
Current assignee: Monsanto Ltd
Priority date: 1972-10-18
Filing date: 1973-10-15
Publication date: 1976-07-01
Also published as: IL43426A; US3898313A; IT996313B; FR2207450A5; SE402226B; IL43426A0; ES419645A1; CA1009020A; GB1403788A; DE2351677A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer Formmasken und im besonderen ein

»5 Verfahren, durch das eine verbesserte Primär- oder Grundschicht in einer solchen Form hergestellt wird. Die Herstellung von Gußstücken mit einer fehlerfreien, glatten Oberflächenbeschaffenheit macht es nötig, daß die innere Oberfläche der Form, also die

3» Primärschicht, so glatt, einheitlich und dicht wie möglich ist, ohne undurchlässig zu sein. Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung einer solchen Oberfläche besteht darin, daß man für die erste Beschichtung eine Aufschlämmung verwendet, die eine hohe Befüllung mit einem feuerfesten Füllstoff feiner Teilchengröße in dichter Packung aufweist und daß man einen feuerfesten Stuck mit feiner Körnung bzw. Größenstufung und guten Packeigenschaften verwendet.

Die gewünschten Eigenschaften werden jedoch durch herkömmliche Verfahren nicht immer erreicht. So ist es tatsächlich unmöglich, einen einheitlichen Auftrag einer Aufschlämmungsbeschichtung der gewünschten Stärke mittels der üblichen Verfahren durch Eintauchen oder Besprühen zu erhalten, selbst wenn die Aufschlämmung thixotrope Eigenschaften aufweist. Längere Behandlungszeiten nach dem Eintauchen können zwar einheitlichere Beschickungen liefern, jedoch bestehen die Nachteile dieses Verfahrens darin, daß (1) die Beschichtung über einer großen Fläche der Modelloberfläche unerwünscht dünn sein kann und daß (2) die Gefahr besteht, daß die Beschichtungshaut vorzeitig trocknet, bevor der Stuck aufgetragen ist. Die Bedingung (1) schafft die Voraussetzung für Penetrationsfehler, sofern die aufgebrachten Stuckteilchen eine zu geringe Packungsdichte aufweisen. Die Bedingung (2) verursacht eine unzureichende Haftung des anschließend aufgetragenen Stucks mit der sich ergebenden Gefahr, daß Sandeinschlüsse Fehler in dem gegossenen Metall vcriirsachen.

Die Verwendung von primärem feuerfestem Stuck mit feinen KÖrnungs- und guten Packungseigenschaften bringt die Gefahr mit sich, daß eine nicht ausreichende Verankerung und möglicherweise ein nachfol-

gendes Abblättern von der ersten Uberlagerungsbeschichtung, besonders an den Stellen auftritt, wo sich die erste Aufschlämmungsbeschichtung akkumuliert hat und relativ zu dick ist. Umgekehrt führt die Vcr-

Wendung eines gröberen Stucks mn guten Verankerungs- und weniger dichten Packungseigenschaften zu Hohlraum- bzw. Lunkerbildung in der Primärschicht, sofern die Aufschlämmungsschicht keine ausreichende Stärke hat. Die Hohlraum- bzw. Lunkerbildung gibt Gelegenheit, daß die Form Eindringungsfehler auf der Oberfläche des gegossenen Metalls bildet.

Die britische Patentschrift 731445 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer vielschichtigen Formmaske um ein Modell herum durch abwechselndes Eintauchen des Modells in eine saure und eine alkalische Lösung eines löslichen Silikats, wobei jede Lösung ein darin suspendiertes, feuerfestes Material enthält, und anschließendem Aufbringen eines Stuckmaterials auf die nasse Form nach jedem Eintauchen. Die schweizerische Patentschrift 490137 betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Gießerei-Formschalen, bei welchem ein Modell abwechselnd kontinuierlich in eine Aufschlämmung aus Äthylsilikat und in eine Aufschlämmung aus Natriumsilikat eingetaucht und nach dem Eintauchen ohne jedes Trocknen unter Verwendung eines feinkörnigen feuerfesten Materials gesandet wird, wobei die Eintauchungen und Sandungen so lange durchgeführt werden, bis eine Schale mit der gewünschten Dicke erhalten worden ist, worauf die Schale unmittelbar nach dem letzten Eintauchen und Sanden geurannt wird. Bei diesen Verfahren wird also nach jeder Beschichtung bzw. nach jedem Eintauchen eine Besandung durchgeführt.

Es war nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Formmaske durch abwechselndes Aufbringen und Besanden von sauren und alkalischen Aufschlämmungen von feuerfesten Füllstoffen in flüssigen Bindemitteln auf ein Modell bis zur gewünschten Dicke der Schalenform, Trocknen der Form, Entfernen des Modells und Brennen der Form zur Verfügung zu stellen, durch das eine stärkere Primärbeschichtung als normal auf dem Modell aufgetragen werden kann, wobei der Zeitbedarf für das Aufbringen der Primärbeschichtung nicht wesentlich größer ist als bei den herkömmlichen Verfahren, und wobei die erhöhte Stärke zu einer wesentlichen Herabsetzung der Penetrationsfehler bei Gußstücken führt. Außerdem sollte das zu schaffende Verfahren eine gute Verankerung der ersten Überlagerungsbeschichtung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird nun gemäß Erfindung dadurch gelöst, daß eine Aufschlämmung eines feuerfesten Füllstoffes in einem flüssigen Bindemittel und anschließend eine weitere Aufschlämmung eines feuerfesten Füllstoffes in einem flüssigen Bindemittel auf das Modell aufgebracht wird, wobei die eine Aufschlämmung sauer und die andere alkalisch ist, daß auf die auf diese Weise gebildete Primärschicht ein trockener Stuck eines feuerfesten Materials aufgebracht wird, von dem 50 Gewichtsprozent oder mehr der Teilchen die gleiche oder eine größere Teilchengröße aufweisen, als die mittlere Stärke der Primärschicht ausmacht, daß die Primärschicht gelieren gelassen wird und daß anschließend in an sich bekannter Weise die Schalenform fertiggestellt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als verlorenes Modell ein Wachsmodell, als erste Aufschlämmung eine alkalische und als zweite Aufschlämmung eine saure Aufschlämmung verwendet.

Die Durchschnittsstärke der Primärbeschichtung kann dadurch bestimmt werden, daß man eine oder mehrere Prototypformen hersteilt, wozu man erste und zweite Aufschlämmungen verwendet, die ein inertes Pigment oder anderes Material enthalten, das bei der Endform einen sichtbaren Unterschied zwischen der Primärbeschichtung und dem im allgemeinen weißen Aussehen des herkömmlichen keramischen Materials, das den Rest der Form bildet,

ίο erkennen läßt. Es können beispielsweise bestimmte gefärbte Oxide oder Verbindungen verwendet werden, die während des Brennens der Form in gefärbte Oxide umgewandelt werden, wie beispielsweise Kupfer- und Kobaltnitrate.

Der bei einer Prototypform auf der Primärschicht aufgetragene Stuck wird normalerweise ein herkömmlicher primärer Beschichtungsstuck sein, der nicht notwendigerweise den Bedürfnissen der vorliegenden Erfindung entgegenkommt.

Die vollendete Prototypform wird nach dem Brennen und Abkühlen sorgfältig aufgeschnitten und die Stärke der gefärbten inneren Schicht aus Proben der verschiedenen Teile der Form gemessen, wozu man ein Mikroskop mit einer geeichten Stichplatte verwendet. Die Anzahl der Proben, die entnommen werden muß, um eine genaue Messung der durchschnittlichen Stärke der Primärschicht zu erhalten, wird mit der geometrischen Form des Modells variieren. Das Schrumpfen des keramischen Gegenstandes während des Brennens ist gering und es kann angenommen werden, daß die Durchschnittsstärke der Primärschicht, die nach dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt wird, im wesentlichen der der Primärbeschichtung entspricht, auf die der primäre Stuck während der Formbildung aufgebracht wird.

Vorzugsweise verwendet man als flüssiges Bindemittel der alkalischen Aufschlämmung ein Alkali-stabilisiertes wässeriges Silikasol.

Viele derartige Sole sind im Handel erhältlich, wobei deren Siliciumdioxidgehalt beispielsweise von 15 bis 55 Gewichtsprozent bei einem Bereich unterschiedlicher Teilchengrößen entsprechend einer wirksamen spezifischen Oberfläche von beispielsweise 70 bis 350 m²/g Siliciumdioxid variieren künn. Die wirk-

same Oberfläche wird nach dem in Anal. Chem. 28, 1981 (1956) beschriebenen Verfahren bestimmt. Hierbei wird eine Probe des Sols mit einem Gehalt von 1,50 g Siliciumdioxid mit verdünnter Chlorwasserstoffsäure bis auf einen p_H-Wert von 3 bis 3,5 ange -

säuert. Zu diesem Sol werden 30 g chemisch reines Natriumchlorid zugegeben und das Volumen auf 150 Milliliter mit destilliertem Wasser aufgefüllt. Die Temperatur wird auf einen Wert von 25° ± 0,5° C eingestellt und die Titration mit Ο,ΙΟη-Natriumhy-

droxid durchgeführt. Der p_H-Wert wird mit einer Glaselektrode von hohem p_H (Beckman, Typ E) und einer Kalomel-Bezugselektrode gemessen, wobei die Elektroden gegenüber einer Pufferlösung mit einem p_H-Wert von 10 geeicht wurden. Eine Base wird bis

zu einem p_H-Wert von 4,0 zugegeben und weitere Base zugesetzt, bis der p_H-Wert auf einen ständigen Wert von 9,00 angestiegen ist. Der Titer ist dasjenige Volumen, das man benötigt, um den p_H-Wert von 4,0 auf 9,00 ansteigen zu lassen. In dieser Literaturstelle

wird gezeigt, daß eine Korrelation zwischen dem Titer und der spezifischen Oberfläche des Siliciumdioxids besteht, wie sie durch Stickstoffabsorption bestimmt wird. Die entsprechende Gleichung lautet

S = 32 V - 25

worin 5 die spezifische Oberfläche "ai m²/g und V das Volumen in Milliliter einer Ο,ΙΟΟη-Natriumhydroxidlösung ist, welche für 1,50 g der Siliciumdioxid-Probe benötigt wird.

In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, daß man ein Alkali-stabilisiertes wässerige" Silikasol verwendet, das einen p_H-Wert von 9,0 bis 11,0 hat, wobei die SiO₂-Konzentration 20 bis 40 Gewichtsprozent und die Teilchengröße entsprechend einer wirksamen spezifischen Oberfläche von wenigstens 150 m²/g beträgt.

Beispielsweise können Sole mit einer Teilchengröße von 200 bis 300 m²/g verwendet werden. Gute Ergebnisse wurden erhalten, wenn man ein handelsübliches Silikasol verwendet, das ein Sol ist mit einem p_H-Wert von 9,6 bis 10,0 einer SiO₂-Konzentration von etwa 30 Gewichtsprozent und einer Siliciumdioxid-Teilchengröße entsprechend einer wirksamen spezifischen Oberfläche von etwa 250 m²/g.

Man kann auch eine verdünnte Natriumsilikatlösung als Bindemittel in der alkalischen Aufschlämmung verwenden.

Das flüssige Bindemittel der sauren Schlämme ist vorzugsweise eine Lösung, die man durch Hydrolyse eines Alkylsilikats, das ein Alkylorthosilikat oder ein Alkylpolysilikat sein kann, unter Verwendung eines sauren Hydrolysenkatalysators erhält. Die Verwendung derartiger hydrolysierter Alkylsilikatlösungen als Bindemittel für feuerfeste Füllstoffe ist allgemein bekannt.

Die Hydrolyse des Alkylsilikats wird gewöhnlich in Gegenwart eines gemeinsamen Lösungsmittels für das Wasser und das Alkylsilikat durchgeführt. Es kann eine Vielzahl von wassermischbaren Lösungsmitteln verwendet werden, beispielsweise wassermischbare Alkohole, Glykole oder Ketone, wobei das bei der technischen Durchführung am häufigsten verwendete Lösungsmittel Äthanol ist. Die verwendete Wassermenge kann für die vollständige Hydrolyse des Alkyl Silikats ausreichend sein, wobei jedoch zufriedenstellende Bindemittel erhalten werden, wenn die Hydrolyse nur teilweise durchgeführt wird und man beispielsweise 50 bis 90% der theoretisch zur vollständigen Hydrolyse erforderlichen Wassermenge verwendet.

Vorzugsweise geht man in dem erfindungsgemäßen Verfahren ^o vor, daß man als flüssiges Bindemittel der sauren Aufschlämmung eine Lösung verwendet, die man durch Säure-katalysierte Hydrolyse eines Alkylsilikats in Gegenwart eines beiderseitigen Lösungsmittels für das Wasser und das Alkylsilikat erhält und daß die Lösung einen SiO₂-Gehalt von 10 bis 25 Gewichtsprozent aufweist.

Bevorzugt wird es ferner, daß das Alkylsilikat, von dem das flüssige Bindemittel abstammt, ein Äthylpolysilikat mit einem SiO₂-Gehalt von 40 bis 42 Gewichtsprozent ist.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn man als Säurekatalysator Salzsäure oder Schwefelsäure verwendet und wenn das flüssige Bindemittel einen p_H-Wert von 1 bis 3 hat.

So kann man eine Lösung, die in dem vorliegenden Verfahren gute Ergebnisse liefert, durch Zugabe eines Äthylpolysilikats mit einem SiO₂-Gehalt von 40 bis 42 Gewichtsprozent zu wässerigem, mit Salzsäure in einer Menge von 0,05 bis 5,0 ml konzentrierter Säure pro 100 ml Reaktionsgemisch angesäuerten Äthanol erhalten. Eine weitere verwendbare saure Bindemittellösung erhält man durch Zugabe eines Äthylpolysilikats mit einem Siliciumdioxidgehalt von 40 bis 42

b Gewichtsprozent zu einer Dispersion von kolloidalen Siliciumdioxidteilchen in angesäuertem wässerigen Äthanol, wobei man die Dispersion in der Weise herstellt, daß man Äthanol, ein Silikaaquasol und Schwefelsäure mischt und die verwendeten relativen Mengen so einstellt, daß die Bindemittelflüssigkeit 10 bis 25 Gewichtsprozent Siliciumdioxid enthält, von denen 18 bis 44 Gewichtsprozent von dem Silikaaquasol herrühren und daß man die Acidität der Bindemittelflüssigkeit auf 0,003n bis 0,05n bringt. Solche Binde-

mittelflüssigkeiten sind in der britischen Patentschrift 1309915 beschrieben.

Man kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren als saures flüssiges Bindemittel auch ein saures Silikasol verwenden. Saure Sihkaaquasoie sind bei PH-Werten im Bereich von 1 bis 4, besonders im Bereich von 2 bis 2,5 verhältnismäßig stabil und können durch Zusatz der erforderlichen Menge an beispielsweise Schwefelsäure oder Salzsäure, vorzugsweise in konzentrierter Form, zu einem im Handel erhältlichen Alk&li-stabilisierten Silikasol erhalten werden. Silikasole, in denen das Dispersionsmedium Alkohol oder wässeriger Alkohol ist, können ebenso verwendet werden.

Der in jeder Aufschlämmungsbeschichtung in dem

Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete feuerfeste Füllstoff wird im allgemeinen aus den gleichen Materialien ausgewählt, die als primäre Beschichtungsfüllstoffe bei herkömmlichen Verfahren zur Hersteilung von keramischen Formmasken Ver-

wendung finden. Zu diesen Materialien gehören beispielsweise Zirkon, verschiedene Formen von Siliciumdioxid, einschließlich Quarzglas, und Aluminiumoxid.

Es wird besonders bevorzugt, daß man als feuerfesten Füllstoff der ersten Beschichtung Zirkon verwendet.

Die Teilchengröße der primären Beschichtungsfüllstoffe ist geringer als 100 μπι und typischerweise haben 30 Gewichtsprozent des Füllstoffs eine geringere Teilchengröße als 15 μπι und 65 Gewichtsprozent eine Teilchengröße im Bereich von 15 bis 70 μπι. Die Konzentration des Zirkonpulvers in den angegebenen Teilchengrößenbereichen in Aufschlämmungen mit bevorzugten Viskositätsbereichen, wie sie nachfolgend noch angegeben werden, beträgt etwa 4 kg/1 Bindemittelflüssigkeit.

Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten Aufschlämmungen können zusätzliche Bestandteile enthalten, wie sie herkömmlicherweise Aufschlämmungsformulierungen, die zur Herstellung keramischer Formmasken Verwendung finden, zugegeben werden, beispielsweise Netzmittel und Antischaummittel. Sofern das Modell aus Wachs oder einem anderen hydrophoben Material hergestellt ist, ist das Vorliegen eines Netzmittels in der zur Verwendung für die erste Beschichtung vorgesehenen Aufschlämmung besonders wünschenswert, wenn die Aufschlämmung auf Wasserbasis hergestellt ist. Ionische und nicht ionische Netzmittel können verwendet werden; die ersten beispielsweise in Form von Alkalimetall-C,2.₂₄-alkylsulfaten und Alkalimetallsulfosuccinaten und die letzteren beispielsweise als Kondensationsprodukte von Äthylenoxid mit Nonylphenol oder

Octylcresol. Aliphatische Alkohole mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen pro Molekül, beispielsweise n-Octanol oder 2-Äthylhexanol, können als Antischaummittel verwendet werden.

Da das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine stärkere und einheitlichere primäre Beschichtung als die herkömmlichen Formherstellungsverfahren liefert, ist es möglich, eine einheitlichere Verteilung irgendeines Additivs zu erzielen und weiterhin größere Mengen Additiv in die primäre Beschichtung einzuführen, ohne die Konzentration des Additivs in der Aufschlämmung zu erhöhen. Die Einheitlichkeit der Verteilung ist von besonderer Bedeutung, wenn das Additiv ein Keimbildner ist.

Die Stärke der Aufschlämmungsbeschichtungen, die die Primärbeschichtung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bilden, ist weitgehend von den Viskositäten der Aufschlämmungen abhängig. Viskositätsmodifizierungsmittel, wie wasserlösliche Cellulosederivate können eingegeben werden, wobei es jedoch bevorzugt wird, die Viskositäten allein durch Änderungen des Füllstoffs und dessen Konzentration zur optimalen Wirkung zu bringen. Die optimale Wirkung wird, unter anderem, von der Formgebung des Modells abhängig sein, es wird aber im allgemeinen bevorzugt, daß die erste Aufschlämmung eine Viskosität von 70 bis 130, insbesondere von 80 bis 110 Sekunden, gemessen unter Verwendung eines »B4-Fließbechers« (B4 flow cup; B.S.S. 1733), haben sollte. Die Viskosität der zweiten Aufschlämmung kann in dem gleichen Bereich liegen; es sind aber weniger viskose Schlämmen mit Viskositäten bis beispielsweise 20 Sekunden ebenso geeignet.

Das Verfahren der British Standard Specification 1733 basiert auf der Messung der Auslaufzeit eines Bechers von genormten Dimensionen durch eine am Boden befindliche Düse. Der B4-Fließbecher besteht aus einem zylindrischen Teil mit einem Innendurchmesser von 50,8 mm und einer Höhe von 45,8 mm, an das ein nach unten sich verjüngendes konisches Stück mit einer Höhe von 23,8 mm angesetzt ist. Die Spitze des Konus enthält eine axial gebohrte, kreisförmige Öffnung mit einem Durchmesser von 3,97 mm und einer Länge von 5,25 mm. Ein ringförmiger Bördel von L-förmigem Querschnitt ist am Oberteil des Fließbechers an der Außenseite angebracht, wodurch ein ringförmiger Kanal mit einer Tiefe von 12 mm und einer Breite von 11,4 mm um den Rand des Bechers herum ausgebildet wird. Der B4-Fließbecher ist zur Messung der Viskositäten von Aufschlämmungen, wie sie in der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, modifiziert. An zwei gegenüberliegenden Stellen der Außenwand des ringförmigen Kanals sind Stützlöcher angebracht, in denen ein Drahthenkel befestigt wird. Der Becher kann so getragen werden und ist um den Drahthenkel in der Weise eines Schöpfbechers frei schwenkbar. Als weitere Modifikation ist über der öffnung des Bechers ein konisches Metallsieb angebracht, wobei die Peripherie des Konus in dem ringförmigen Kanal angeordnet ist. Ein Sieb mit öffnungen von 1,5 mm ist geeignet. Das Material des Bechers besteht aus einem Nichteisenmetall, wie beispielsweise Messing oder Bronze und muß eine glatte Oberfläche aufweisen. Zur Messung wird der Becher in die Aufschlämmung eingetaucht und einige Sekunden lang darin bewegt, um ihn gründlich zu benetzen v-"d eir.sn Temperaturausgleich zwischen Becher und Aufschlämmung zu bewirken. Der Becher wird dann mit stetiger Bewegung senkrecht herausgezogen und die Stoppuhr in dem Zeitpunkt eingeschaltet, in welchem die Basis des Bechers die Aufschlämmung verläßt. Der Becher wird oberhalb der Aufschlämmung senkrecht aufgehängt und die Metallsiebabdeckung entfernt. Die fortschreitende Entleerung des Bechers wird von oben beobachtet und die Stoppuhr in dem Moment betätigt, in welchem die Düse in der Basis des Fließbechers sichtbar wird. Eine Umrechnung der

ίο erhaltenen Ergebnisse in Sekunden in Poise ist nicht möglich.

Wo, wie dies üblich ist, die Aufschlämmbeschichtungen durch Eintauchen aufgebracht werden, sollte das Modell, das die erste Beschichtung aufnimmt, im allgemeinen in der zweiten Aufschlämmung nicht länger als notwendig gehalten werden, um eine vollständige und kontinuierliche zweite Beschichtung zu bilden. Diese Zeit kann, beispielweise mit der Viskosität der zweiten Aufschlämmung und der Komplexität des Modells, variieren, liegt jedoch im allgemeinen im Bereich von 0,5 bis 5 Sekunden. Die optimale Verweilzeit wird leicht durch einfachen Versuch bestimmt. Ein wichtiges Merkmal des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist die Teilchengröße des Stucks.

der auf die Primärbeschichtung aufgebracht wird. Wie oben angegeben, sollte die Mehrzahl der Stuckteilchen eine Größe aufweisen, die gleich oder größei ist als die Durchschnittsstärke der Primärbeschichtung. Es wird angenommen, daß die Gelierung dei Bindemittel an der Grenzfläche der ersten und zweiten Beschichtung rasch erfolgt, so daß das Eindringer der Stuckteilchen in die erste Beschichtung nur in einem begrenzten Ausmaß erfolgt (ein solches Eindringen kann jedoch zur Bindung der zweiten Beschichtung mit der ersten nützlich sein), wenn der Stuck nach den üblichen Verfahren aufgebracht wird, wozu mar das beschichtete Modell in ein Wirbelbett des Stuckmaterials oder in den Strom einer »Berieselungs« Vorrichtung bringt. Die Forderung, daß eine Mehr zahl der Teilchen des Stucks eine größere Abmessung als die Stärke der Primärbeschichtung haben sollte ist daher ausreichend, um sicherzustellen, daß de: Stuck eine gute Verankerung für die erste der nachfol gend aufgetragenen Sekundärbeschichtungen be wirkt. Es sollte daher die Korngrößenverteilung de; Stucks so sein, daß, obgleich ein Umhüllen und eil gewisses Untertauchen der Stuckteilchen in die Pri märbeschichtung erfolgt, ein ausreichendes Stuckvo lumen, das über die Beschichtung hinausragt, zu wirksamen Verankerung mit der nächsten aufgetrage nen Sekundäraufschlämmung verbleibt.

Es ist klar, daß beträchtliche Änderungen der Teil chengröße und der Korngrößenverteilung des Stucks unter anderem in Abhängigkeit von der Stärke de Aufschlämmbeschichtungen, möglich sind. Es wurdi jedoch festgestellt, daß Aufschlämmungen mit dei oben angegebenen Viskositäten, sofern sie durch her kömmliche Eintauch- und Trocknungsverfahren auf getragen werden, im allgemeinen eine kombiniert erste und zweite Schlämmbeschichtung mit eine Durchschnittsstärke von 100 bis 400 μτα liefern. Di Teilchengröße des Stucks wird entsprechend ausge wählt. Wenn man beispielsweise eine Durchschnitts stärke der Schlämmbeschichtung von 100 μπ wünscht, sollte ein Stuck verwendet werden, bei der wenigstens 50 Gewichtsprozent der leuchen größe als If)O um sind und sofern die Durchschnittsstärk der Schlämmbeschichtung 400 μΐη betragt, sollte en

Stuck verwendet werden, bei dem wenigstens 50 Gewichtsprozent der Teilchen größer als 400 /im sind.

Es wird gemäß Erfindung bevorzugt, daß man in der ersten Beschichtung einen Stuck mit einer Korngrößenverteilung im Bereich von V₂ bis dem Fünffachen der durchschnittlichen Stärke der Primärbeschichtung verwendet. Vorzugsweise liegt die Korngrößenverteilung im Bereich einer Größe, die im wesentlichen gleich ist der Stärke der Primärbeschichtung bis dem Dreifachen der Stärke Primärbeschichtung. Vorzugsweise ist der Stuck im wesentlichen frei von größeren Teilchen als 1 mm und geringeren als 100 /im und insbesondere hat der Stuck eine Korngrößenverteilung im Bereich von 600 bis 150 μπι. Die optimale Teilchengröße wird von der Teilchenform abhängen.

Es wurde jedoch festgestellt, daß man in dem erfindungsgemäßen Verfahren mit besonderem Vorteil einen Stuck mit einem Teilchengrößenbereich von etwa 180 bis etwa 500 μπι, wobei 75 Gewichtsprozent im Bereich von 300 bis 480 /im liegen oder mit einem Teilchengrößenbereich von etwa 150 bis etwa 280 /im, wobei 90 Gewichtsprozent im Bereich von 190 bis 240 /im liegen, verwendet.

Es können viele Materialien als Stuck eingesetzt werden, beispielsweise die verschiedenen Formen von Siliciumdioxid und Aluminiumoxid, Aluminiumsilikaten wie Sillimanit und Schamotte. Es wird jedoch bevorzugt, daß das Stuckmaterial stark winklige Teilchen enthalten sollte.

Gemäß Erfindung ist daher das Aufbringen eines gebrannten Kaolintons als Stuck auf der primären Beschichtung besonders vorteilhaft.

Nach dem Aufbringen es Stucks erfolgt die Gelierung der primären Beschichtung nach einer vergleichsweise kurzen Trocknungsdauer im wesentlichen vollständig. Diese Trocknungsdauer kann jedoch dadurch verkürzt werden, daß man die äußere Beschichtung einem geeigneten sauren oder alkalischen Dampf aussetzt. Wenn beispielsweise die zweite Beschichtung sauer ist, kann die Gelierung des Bindemittels durch Aussetzen gegenüber Ammoniak beschleunigt werden.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel erläutert.

Beispiel 1

Das verwendete Modell war ein Wachsmodell und hatte einen Einschnitt von 130 mm Länge, 8 mm Breite und 30 mm Tiefe. Die Ausbildung einer Primärbeschichtung von ausreichender Stärke über der Oberfläche des Einschnitts war bei Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens unmöglich, so daß die mit der fertigen, in herkömmlicher Weise erhaltenen

Schalenform hergestellten Gußstücke schwere Penetrationsfehler an der Basis des Einschnitts aufwiesen, wo die Wärmekonzentration nach dem Gießen am größten war.

Wendet man jedoch das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei diesem Modell an, dann taucht man das Modell zuerst in eine alkalische Aufschlämmung von Zirkonpulver in einem alkalischen Silikaaquasol, wobei das Zirkonpulver im wesentlichen eine Teilchengröße im Bereich von 70 /im bis 15 μπι aufweist

'5 und in einer solchen Menge vorhanden ist, daß die Aufschlämmung einen B4-Fließbecherwert von 100 Sekunden hat. Die Aufschlämmung enthielt weiterhin ein nichtionisches grenzflächenaktives Mittel (einen Octylphenylester eines Polyäthylenglykols) in einer Konzentration von 0,5 Volumprozent, und n-Octanol als Antischaummittel in einer Konzentration von 1,0 Volumprozent, bezogen auf das alkalische Silikaaquasol. Nach kurzem Ablaufenlassen und Trocknen wurde das Modell ungefähr 3 Sekunden in eine saure Aufschlämmung des gleichen Zirkonpulvermaterials in einem flüssigen Bindemittel getaucht, das durch Säure-katalysierte Hydrolyse eines Äthylpolysilikats in einem Medium, das im wesentlichen aus Äthanol bestand, hergestellt worden war. Das Bindemittel hatte einen SiO₂-Gehalt von etwa 20 Gewichtsprozent und die Aufschlämmung hatte einen B4-Fließbecherwert von 75 Sekunden. Nach kurzem Ablaufenlassen und Trocknen wurde ein gebrannter Kaolinton (Molochit) so aufgebracht, daß er so dicht wie möglich über die gesamte Aufschlämmoberfläche hinweg haftet. Die Korngrößenverteilung betrug 180 bis 500 /im wobei 75 Gewichtsprozent im Bereich von 300 bis 480 /im lagen. Man ließ die Schicht trocknen und ar der Luft 1 Stunde härten.

Der Aufbau der Formmaske erfolgte dann durcr Aufbringen von herkömmlichen Sekundäruber Schichtungen, Entwachsen der Form und Brennen ir bekannter Weise.

Die anschließend hergestellten Gußstücke warei frei von Penetrationsfehlern in der Gießoberfläche obgleich bei dem durchgeführten Gießversuch di< Schwierigkeiten bewußt dadurch erhöht wurden, dal man gegenüber der normalerweise angewandte: Temperatur eine um 30° C höhere Metallgießtempe

ratur wählte.

Claims

Patentansprüche:

1. Verf ahren zur Herstellung einer keramischen Formmaske durch abwechselndes Aufbringen und Besanden von sauren und alkalischen Auf schlämmungen von feuerfesten Füllstoffen in flüssigen Bindemitteln auf ein Modell bis zur gewünschten Dicke der Schalenform, Trocknen der Form, Entfernen des Modells und Brennen der Form, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufschlämmung eines feuerfesten Füllstoffes in einem flüssigen Bindemittel und anschließend eine weitere Aufschlämmung eines feuerfesten Füllstoffes in einem flüssigen Bindemittel auf das Modell aufgebracht wird, wobei die eine Aufschlämmung fauer und die andere alkalisch ist, daß auf die auf Hiese Weise gebildete Primärschicht ein trockener Stuck eines feuerfesten Materials aufgebracht Wird, von dem 50 Gewichtsprozent oder mehr der Teilchen die gleiche oder eine größere Teilchengröße aufweisen, als die mittlere Stärke der Pritnärschichi ausmacht, daß die Primärschicht gelieren gelassen wird und daß anschließend in an sich bekannter Weise die Schalenform fertiggestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als verlorenes Modell ein Wachsmodell, als erste Aufschlämmung eine alkalische und als zweite Aufschlämmung eine saure Aufschlämmung verwendet.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als flüssiges Bindemittel der alkalischen Aufschlämmung ein Alkali-stabilisiertes wässeriges Silikasol verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Alkali-stabilisiertes wässeriges Silikasol verwendet, das einen p_H-Wert von 9,0 bis 11,0 hat, wobei die SiO₂-Konzentration 20 bis 40 Gewichtsprozent und die Teilchengröße entsprechend einer wirksamen spezifischen Oberfläche von wenigstens 150 m²/g beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als flüssiges Bindemittel der sauren Aufschlämmung eine Lösung verwendet, die man durch Säure-katalysierte Hydrolyse eines Alkylsilikats in Gegenwart eines beiderseitigen Lösungsmittels für das Wasser und das Alkalisilikat erhält und daß die Lösung einen SiO₂-Gehalt von 10 bis 25 Gewichtsprozent aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylsilikat, von dem das flüssige Bindemittel abstammt, ein Äthylpolysilikat mit einem SiO₂-Gehalt von 40 bis 42 Gewichtsprozent ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Säurekatalysator Salzsäure oder Schwefelsäure verwendet und daß das flüssige Bindemittel einen p_H-Wert von 1 bis 3 hat.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als feuerfesten Füllstoff der ersten Beschichtung Zirkon verwendet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Beschichtung einen Stuck mit einer Korngrößenverteilung im Bereich von V₂ bis dem Fünffachen der durchschnittlichen Stärke der Primärbeschichtung verwendet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Stuck mit einem Teilchengrößenbereich von etwa 180 bis etwa 500 μπι, wobei 75 Gewichtsprozent im Bereich von 300 bis 480 μπι liegen oder mit einem Teilchengrößenbereich von etwa 150 bis 280 /*m, wobei 90 Gewichtsprozent im Bereich von 190 bis 240 μπι liegen, verwendet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als Stuck auf der primären Beschichtung einen gebrannten Kaolinton aufbringt.