DE2600780B2

DE2600780B2 - Verfahren zum herstellen einer gebrannten siliziumkarbid und/oder siliziumnitrid enthaltenden dauerform

Info

Publication number: DE2600780B2
Application number: DE19762600780
Authority: DE
Inventors: Dag Täby; Ströberg Rolf Älvsjö; Nordin (Schweden)
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1975-01-29
Filing date: 1976-01-10
Publication date: 1977-02-03
Also published as: SE389456B; BE838013A; GB1541716A; FR2299115A1; SE7500926L; FR2299115B1; DE2600780A1; JPS5199624A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Dauerformen für Gußmetalle, z. B. Gußeisen, und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer gebrannten Siliziumkarbid und/oder Siliziumnitrid enthaltenden Dauerform.

Beim Kokillenguß werden aus praktischen Erwägungen Dauerformen aus Metall verwendet. Derartige Formen sind jedoch verhältnismäßig teuer in der Herstellung und es bedarf großer Serien, um sie, verglichen mit Sandformen, mit Gewinn herstellen zu können. Außerdem ist oft ein aufwendiges Kühlverfahren erforderlich, da die Temperatur der Form einige 100⁰C nicht überschreiten sollte, damit nicht ihre Festigkeit angegriffen wird und es zu einem Verschweißen mit dem Gußmaterial kommt. Deshalb ist es oft notwendig, die Formoberfläche mit Ruß vor dem Gießen nachzubehandeln. Jeder Gießvorgang führt zu einer gewissen Abnutzung der Form, wodurch diese z. B. beim Gießen von Kupfer nur für einige zehntausend Gießvorgänge verwendet werden kann.

Neben den genannten Dauerformen aus Metall kennt man auch keramische Dauerfo^rmen, die z. B. aus Siliziumkarbid unter Zusatz von Bentonit und Natriumcarbonatlösung hergestellt werden, wie z. B. die schwedische Patentschrift 1 31 685 lehrt. Es sind aber auch andere Zusatzstoffe bekannt. So läßt sich in »Gießerei«, Heft 21, Oktober 1967, auf der Seite 542 in Zusammenhang mit dem Schlickergießverfahren zur Herstellung von Siliziumkarbid-Dauerformen der Gebrauch von Natriumalginat nachlesen. Die Formgebung erfolgt dabei in Gipsformen, da der Überschuß an Flüssigkeit aus der eingebrachten Suspension entzogen werden muß. um einen verhältnismäßig trockenen Formkörper zu bilden. Nach der FR-PS 13 30 728 schließlich läßt sich ein feuerfestes Produkt aus Siliziumkarbid und Silizium unter Zusatz von Dicyandiamid, Bentonit, Dextrin und Wasser herstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Dauergießform anzugeben, und zwar insbesondere ein Verfahren, bei dem auf die Notwendigkeit einer saugfähigen Form verzichtet werden kann.

Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß in einen Gummibehälter ein Modell eingebracht wird und mit einer Mischung aus Siliziumkarbidpulver, Graphit und einem Binder bedeckt wird, daß die Masse durch Ausüben eines hydrostatischen Drucks auf den Gummibehälter komprimiert wird, sodann Modell und Gummibehälter entfernt und die Formmasse in einem Vakuumofen in Berührung mit reinem Silizium auf ca. 1400° C erhitzt Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich bei der Verwendung von sogenanntem selbstbindenden Siliziumkarbid schematisch wie folgt beschreiben: Ein Modell wird in einen Gummibehälter eingebracht und mit Siliziumkarbidpulver zusammen mit Graphit und einem Binder bedeckt Die Formmasse wird dann zusammengepreßt, indem man den Behälter einem hydrostatischen Druck aussetzt Der Gummibehälter wird darauf entfernt und das Modell weggezogen. Falls erforderlich, kann eine weitere Bearbeitung jetzt an der Formmasse durchgeführt werden, wie z. B. die Ausbildung von' Einlaßkanälen und Luftlöchern. Das Modell wird dann in einen Vakuumofen über einen Behälter mit reinem Silizium gebracht und dort auf ca. 1400⁰C erhitzt, wodurch das Silizium zum Schmelzen gebracht wird. Durch Kapillarkräfte steigt das geschmolzene Silizium in die Formmasse, wo es mit dem Graphit zu Siliziumkarbid reagiert, das die ursprünglichen Siliziumkarbidkörnchen bindet (selbstbindendes Siliziumkarbid).

ίο Sobald die Reaktion in der gesamten Masse vonstatten gegangen ist wird abgekühlt. Die so hergestellte Form wird dann vom Überschuß an Silizium, das sich auf der Oberfläche befindet befreit und stellt eine sehr gute Kopie des Modells dar, da die Dimensionsänderungen während des Sintervorgangs unter 0.25% gehalten werden.

Bei anderen Arten der Siliziumcarbidherstellung. z. B. bei der Verbindung durch eine Reaktion oder der Drucksinterung, kann das Verfahren abweichen, aber die Schrumpfung darf dann nicht außer acht gelassen werden.

Beim Gießen in einer Dauerform, hergestellt hauptsächlich aus Siliziumcarbid. ist eine Begrenzung der Gießtemperatur wie beim Kokillenguß nicht erforderlich. Im Gegenteil, die Gießform kann die gleiche Temperatur erreichen wie die Schmelze. Das ist ein großer Vorteil im Hinblick auf die Festigkeit, da das Risiko eines Thermorisses verringert wird.

Da Siliziumcarbid ein chemisch inertes Material ist, ist es für das geschmolzene Metall sehr schwer, an der Wand der Form anzuhaften. So ist z. B. ein Auflöten an Siliziumcarbid nur möglich nach Plattieren der Oberfläche. Das bringt mit sich, daß die Form ohne irgendeine Behandlung und ohne das Risiko, daß die Gießgüter mit den Oberflächen reagieren und an ihnen haften, zum Gießen verwendet werden kann.

Darüber hinaus kennt man Siliziumcarbid als eines der am stärksten abriebfesten Materialien, was wiederum bedeutet, daß es möglich ist, die Formen für eine weit größere Anzahl von Gießvorgängen zu verwenden als es der herkömmliche Kokillenguß erlaubt.

Da im Vergleich mit anderen Keramiken Siliziumcarbid eine merklich höhere Wärmeübertragungsfähigkeit besitzt, ist es möglich, den Kühlverlauf innerhalb der Grenzen der thermischen Festigkeit der Gießform zu steuern. Es läßt sich beispielsweise ein hoher Produktionsausstoß dadurch erreichen, daß eine vorerhitzte Schmelzform direkt in die Schmelze eingesenkt wird und man schnell abkühlen läßt, bis das Gießgut gerade erstarrt Es kann dann entfernt und ein neuer Gießvorgang eingeleitet werden.

Eine Dauerform aus Siliziumcarbid kann mit einer großen Genauigkeit bezüglich der Zentrierung, Trennung der Oberflächen und Oberflächengüte hergestellt werden, was wiederum bedeutet, daß die Gießstücke einer sehr geringen Nachbehandlung bedürfen.

Ein weiteres, gegebenenfalls einsetzbares Material mit ähnlichen Eigenschaften ist Siliziumnitrid.

Claims

26 OO 780

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen einer gebrannten, Siliziumkarbid und/oder Siliciumnitrid enthaltenden Dauerform, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Gummibehälter ein Model! eingebracht wird und mit einer Mischung aus Siliziumkarbidpulver, Graphit und einem Binder bedeckt wird, daß die Masse durch Ausüben eines hydrostatischen Drucks auf den Gummibehälter komprimiert wird, sodann Modell und Gummibehälter entfernt und die Formmasse in einem Vakuumofen in Berührung mit reinem Silizium auf ca. 1400° C erhitzt wird.