DE2351677C3 - Verfahren zur Herstellung keramischer Formmasken für den Metallguß - Google Patents
Verfahren zur Herstellung keramischer Formmasken für den MetallgußInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer Formmasken und im besonderen ein
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 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 Beschichtungen liefern, jedoch bestehen die Nachteile dieses Verfahre
ns 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 verursachen.
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 nachfolgendes
Abblättern von der ersten Überlagerungsbeschichtung, besonders an den Stellen auftritt, wo sich
die erste Aufschlämmungsbeschichtung akkumuliert hat und relativ zu dick ist. Umgekehrt führt die Ver-
wendung eines gröberen Stucks mit 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 Form- *o
maske 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-Fonnschalen, bei welchem ein Modell abwechselnd kontinuierlich in eine Aufschlämmung ao
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 gebrannt
wird. Bei diesen Verfahren wird also nach jeder Beschichtung bzw. nach jedem Eintauchen eine Besandung
durchgeführt.
Eis 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 Binde
Tiitteln 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 Primärbesdiichtung als
normal auf dem Modell aufgetragen werden kann, wobei der Zeitbedarf für das Aufbringen der Primärbesch'chtung
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 herstellt, 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, 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 Bademittel 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 kann. Die wirksame
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 pH- Wert von 3 bis 3,5 angesäuert. 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-Natriumhydroxid
durchgeführt. Der pH-Wert wird mit einer Glaselektrode von hohem pH (Beckman, Typ E) und
einer Kalomel-Bezugselektrode gemessen, wobei die Elektroden gegenüber einer Pufferlösung mit einem
Ph"Wert von 10 geeicht wurden. Eine Base wird bis zu einem pH-Wert von 4,0 zugegeben und weitere
Base zugesetzt, bis der pH-Wert auf einen ständigen Wert von 9,00 angestiegen ist. Der Titer ist dasjenige
Volumen, das man benötigt, um den pH-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 S die spezifische Oberfläche in m2/g und V das
Volumen in Milliliter einer Ο,ΙΟΟη-Natriumhydroxidlösung
ist, welche für 1,50 g dei· Siliciumdioxid-Probe
benötigt wird.
In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, daß man ein Alkali-stabilssiertes wässeriges Silikasol
verwendet, das einen pH-Wert «on 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 χ5
Ergebnisse wurden erhalten, wenn man ein handelsübliches Silikasol verwendet, das ein Sol ist mit einem
pH-Wert von 9,6 bis 10,0 einer Si02-Konzentration
von etwa 30 Gewichtsprozent and einer Siliciumdioxid-Teilchengröße
entsprechend einer wirksamen ao 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 a5
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 Alkyle-Hikatlösungen 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 Alkylsilikats 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 so 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 pH-Wert vc>n 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 Saure
pro 100 ml Reaktionsgemisch angesäuerten Äthanol erhalten. Eine weitere verwendbare saure Bindemittellösung
erhält man durch Zugabe eines Athylpolysilikats mit einem Siliciumdioxidgehalt von 40 bis 42
Gewichtsprozent zu einer Dispersion von kolloidalen Süiciumdioxidteüchen 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 einsteilt, 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 Bindemittelflüssigkeiten
sind in der britischen Patentschrift 1309915 beschrieben.
Man kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren als saures flüssiges Bindemittel auch ein saures Silikasol
verwenden. Saure SUikaaquasole sind bei p^-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 Alkali-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 Herstellung von keramischen Formmasken Verwendung
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 Auslauf zeit 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
und einen 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
S 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 dei
ίο erhaltenen Ergebnisse in Sekunden in Poise ist nichl
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 Viskositäi der zweiten Aufschlämmung und der Komplexität de:
ίο 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
»5 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
Bindemittet 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 Beschich tung mit der ersten nützlich sein), wenn der Stuck nacr
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 Mehrzahl
der Teilchen des Stucks eine größere Abmessung als die Stärke der Primärbeschichtung haben sollte
ist daher ausreichend, um sicherzustellen, daß dei 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 eir
gewisses Untertauchen der Stuckteilchen in die Primärbeschichtung erfolgt, ein ausreichendes Stuckvo
lumen, das über die Beschichtung hinausragt, zui wirksamen Verankerung mit der nächsten auf ge trage
nen Sekundäraufschlämmung verbleibt.
Es ist klar, daß beträchtliche Änderungen der Teilchengröße und der Korngrößenverteilung des Stucks
unter anderem in Abhängigkeit von der Stärke de; Aufschlämmbeschichtungen, möglich sind. Es wurde
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 Schlämmbeschichrung mit einei Durchschnittsstärke von 100 bis 400 μπι liefern. Die
Teilchengröße des Stucks wird entsprechend ausge wählt. Wenn man beispielsweise eine Durchschnitts
stärke der Schlämmbeschichrung von 100 μα wünscht, sollte ein Stuck verwendet werden, bei den
wenigstens SO Gewichtsprozent der Teilchen größei als 100 μπι sind und sofern die Durchschnittsstärk«
der Schlämmbeschichtung 400 μΐη beträgt, sollte eii
Stuck verwendet werden, hei dem wenigstens 50 GewichtsprozentderTeilchengrößerals-MX^msind.
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 μΐη, wobei 75 Gewichtsprozent im
Bereich von 300 bis 480 μπι liegen oder mit einem Teilchengrößenbereich von etwa 150 bis etwa 280
/im, wobei 90 Gewichtsprozent im Bereich von 190 bis 240 μπι 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.
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 μπι bis 15 μπι aufweist
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
*5 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 SiOyGehalt 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 μπι,
wobei 75 Gewichtsprozent im Bereich von 300 bis 480 μπι lagen. Man ließ die Schicht trocknen und an
der Luft 1 Stunde härten.
Der Aufbau der Formmaske erfolgte dann durch Aufbringen von herkömmlichen Sekundärüberschichtungen,
Entwachsen der Form und Brennen in bekannter Weise.
Die anschließend hergestellten Gußstücke waren frei von Penetrationsfehlern in der Gießoberfläche,
obgleich bei dem durchgeführten Gießversuch die Schwierigkeiten bewußt dadurch erhöht wurden, daß
man gegenüber der normalerweise angewandten Temperatur eine um 30° C höhere Metallgießtempe-
ratur wählte.
Claims (11)
1. 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, da- *o
durch 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 auf- 1S
gebracht 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 »o 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 »5
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 3»
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 pH-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
SiOj-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 pH-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
8, 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 um, wobei 75 Gewichtsprozent im Bereich von
100' bis 480 μπι liegen oder mit einem Teilchengrößenbereich
von etwa 150 bis 280 μπι, wobei 90 Gewichtsprozent im Bereich von 190 bis 240
μΐη 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.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB4800672 | 1972-10-18 | ||
GB4800672A GB1403788A (en) | 1972-10-18 | 1972-10-18 | Production of ceramic shell moulds |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2351677A1 DE2351677A1 (de) | 1974-05-16 |
DE2351677B2 DE2351677B2 (de) | 1976-07-01 |
DE2351677C3 true DE2351677C3 (de) | 1977-02-10 |
Family
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