DE2659168C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Herstellung eines porösen, refraktären Kerns für eine äußerste Einsatztemperatur von 1600°C und andererseits die Verwendung eines solchen Kerns.

Turbinenschaufeln und verschiedene andere Metall-Präzisionsteile werden aus Metall-Sonderlegierungen gebildet und nach einem Gießverfahren mit gerichteter Erstarrung, gewöhnlich als "DS-Verfahren" bezeichnet, hergestellt, bei dem die Teile aus herkömmlichen Nickel- und Kobalt-Basislegierungen, wie z. B. B 1900, Mar-M-200, Mar-M 509, TRW 6A und dergleichen, gegossen werden. Um Teile mit komplizierten Innenhohlräumen zu fertigen, werden vorgeformte Keramikkerne zur Bildung der Hohlräume in dem Gußstück eingesetzt. Diese Kerne sind porös und werden bevorzugt aus Siliciumdioxid hergestellt, so daß sie leicht durch Laugen ohne Schaden für das Gußstück entfernt werden können.

Die Kerne werden zu einer vorbestimmten Größe und Form durch Formgebung einer refraktären Kernmasse hergestellt, und die frischen Kerne werden dann bei einer Temperatur von 1000 bis 1300°C gebrannt, um brennbare Stoffe zu entfernen und ein poröses, hochfestes Erzeugnis zu bilden.

Der erste Schritt bei der Herstellung einer hohlen Turbinenschaufel oder eines anderen Flügelprofils nach einem typischen Investmentguß besteht darin, den vorgebildeten Keramikkern in eine Hohlform zu bringen und Wachs oder ein anderes Material für verlorene Formen um den Kern herum einzuspritzen. Eingießteile einschließlich Einläufe, verlorene Köpfe und dergleichen werden auch eingespritzt und zusammen mit den mit Kern versehenen Modellen des gewünschten Teils zu Wachstrauben zusammengestellt. Das Wachssystem wird dann in einen keramischen Brei getaucht, mit refraktärem körnigem Material eingestaubt und getrocknet. Diese Stufen werden oft wiederholt, bis eine Schalenform ausreichender Dicke, z. B. von 6,35 mm, aufgebaut ist. Das Verfahren zur Herstellung einer solchen Schalengußform ist wohl bekannt und in der US-PS 29 32 864 ausführlich beschrieben.

Nachdem die gewünschte Anzahl von Schichten auf der Schalengußform gebildet und die Form gründlich getrocknet worden ist, wird das Wachs durch Wärmeeinwirkung entfernt. Am häufigsten erfolgt das Entfernen des Wachses im Autoklaven und durch rasches Erhitzen. Nach dem Brennen und Reinigen ist die Gußform zur Verwendung für den Metallguß bereit.

Beim Standard-Gießverfahren werden die Gußformen und folglich auch die Kerne auf wenigstens 800°C vorerhitzt, und das geschmolzene Metall wird bei hohen Temperaturen in die Gußformen gegossen. Beim sogenannten "DS-Verfahren", also einem Verfahren mit gerichteter Erstarrung, werden die Gußformen auf Temperaturen im Bereich von 1400 bis 1600°C vorerhitzt, und das Metall wird bei hohen Temperaturen, z. B. 1500 bis 1650°C, gegossen.

Damit ein refraktärer Kern in akzeptabler Weise in einem Investmentgießverfahren arbeitet, ist eine Optimierung der Eigenschaften erforderlich. Die Zusammensetzung des Kerns muß für ein wirtschaftliches Gießen geeignet sein und sorgfältig so ausgewählt werden, daß der Kern porös ist und ohne Beschädigung des Metallgußstücks herausgelöst werden kann, so daß er genügend Festigkeit besitzt, um den beim Einspritzen des Wachses auftretenden Kräften zu widerstehen, so, daß er angemessene Hochtemperaturfestigkeit besitzt, um Spannungen aufgrund ungleichförmigen Metallflusses zu widerstehen, so, daß er beim Vorerhitzen und beim Metallguß dimensionsstabil ist, und so, daß er gegenüber den geschmolzenen Superlegierungen chemisch inert ist.

Bisher sind Kernmassen entwickelt worden, die den notwendigen Anforderungen für den Standard-Investmentguß genügten. Sie waren jedoch für die Herstellung von Kernen, die beim Verfahren zum Gießen von Turbinenlauf- und -leitschaufeln und anderen Metall-Präzisionsteilen mit gerichteter Erstarrung verwendet wurden, nicht voll zufriedenstellend.

Bei einem solchen "DS-Verfahren" können die Schalengußform und ihr zugehöriger Kern auf eine Temperatur von 1350 bis 1500°C oder darüber, für 10 min bis 1 Stunde, vorerhitzt und eine geschmolzene Superlegierung in die Gußform bei einer Temperatur von 1450 bis 1600°C gegossen werden. Die Metallschmelze berührt eine gekühlte Kokillenplatte, die die Gußform und den Kern trägt, und das Gußstück wird allmählich zum Erstarren gebracht und nach und nach auf eine Temperatur unter 1100°C durch Wärmesteuerung und durch allmähliches Absenken der Kokillenplatte von der unteren Heizzone des Ofens weg gekühlt. Ein typischer Zyklus erfordert oft eine halbe Stunde oder mehr, so daß der Kern einer Temperatur über 1450°C für beträchtliche Zeit ausgesetzt sein kann. Dies kann zu erheblichem Zusammensacken und Verwindung oder Deformation eines herkömmlichen porösen Kerns aus Siliciumdioxid führen, so daß die notwendigen engen Toleranzen im Gußteil nicht beibehalten werden können.

Die bisher verfügbaren refraktären Kerne besaßen bei hohen Temperaturen, wie 1550°C oder darüber, nur mäßige Wärmestabilität und waren deshalb nicht befriedigend oder ließen die Durchführung des DS-Verfahrens bei der optimalen Temperatur oder mit den gewünschten Wärmegradienten nicht zu.

Bei einem herkömmlichen DS-Verfahren zur Herstellung eines Kerns wird eine Kernmasse mit Siliciumdioxidpartikeln und einem Binder zur Formung eines Kerns vergossen, der Kern bei einer Temperatur von 1000°C oder höher gebrannt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Bei der Verwendung des Kerns wird ein Wachsmodell rund um den Kern herumgeformt und werden das Modell und der Kern wiederholt mit einem refraktären Brei beschichtet und getrocknet zur endgültigen Ausbildung einer mehrschichtigen Schalenform, wird das Wachsmodell entfernt, die Schalenform gebrannt und werden die Schalenform und Kern bei einer Temperatur von 1300 bis 1500°C für 10 Min. bis 1 h vorgeheizt, bevor die Metallschmelze in die Form und rund um den Kern eingegossen wird. Das Vorheizen bewirkt dabei unvermeidbar eine Schrumpfung und eine langsame Umwandlung eines Teils des Siliciumdioxids zu Cristobalit.

Wenn eine aufgeschmolzene Superlegierung bei einer Temperatur von 1600 bis 1650°C in die Form eingegossen wird und rund um einen herkömmlichen in hohen Maße Siliciumdioxid enthaltenden Kern herumfließt, der auf einer Temperatur von 1400 bis 1550°C gehalten wird, sackt der Kern wegen seiner schwachen Stabilität zusammen.

Bislang wird die Menge an Verunreinigungen in Kernen aus Siliciumdioxid auf Werte begrenzt, die eine Verunreinigung des Metalls beim Gießen und den Verlust der Wärmestabilität ausschlossen. Geringe Mengen an Verunreinigungen, wie z. B. Natrium, können z. B. die Bildung niedrigschmelzender Gläser verursachen und die Festigkeit eines Kerns gegenüber Zusammensacken unter Wärmeeinfluß drastisch senken. So wird z. B. gefunden, daß einige wenige Prozent eines verunreinigenden Materials in einem Kern, der 95% oder mehr im wesentlich reines, geschmolzenes Siliciumdioxid enthält, die Temperatur, bei der das plastische Fließen beginnt, um mehr als 50°C senken können.

Gewöhnlich enthält geschmolzenes Siliciumdioxid Natrium und andere normale Verunreinigungen, die die Entglasung fördern, aber die Mengen sind klein, und die Verunreinigungen sind durch die Teilchen hindurch verteilt, so daß ihr Einfluß minimal ist. Die Entglasung eines herkömmlichen Kerns mit hohem Siliciumdioxidgehalt erfolgt so langsam, daß die Menge an Cristobalit begrenzt ist und der Kern zusammensackt und sich deformiert, wenn er im DS-Verfahren zum Gießen von Superlegierungen eingesetzt wird. Aus diesem Grunde hatten die bisher hergestellten Kerne mit einem hohen Prozentgehalt an Siliciumdioxid nicht die für die Verwendung im DS-Verfahren erstrebte Wärmestabilität und lösten nicht das Problem des Zusammensackens oder Erweichens.

Eine befriedigende Lösung des Problems erhält man nicht durch Mischen von Siliciumdioxidteilchen mit anderen Refraktärteilchen, wie z. B. Aluminiumoxid, weil dies nicht zu einem Kern mit optimalen refraktären Eigenschaften führt, wie sie bei den modernen DS-Gießverfahren verlangt werden. Das Einbringen solcher anderer refraktärer Materialien kann die maximale Einsatztemperatur so begrenzen, daß das DS- Verfahren nicht bei den gewünschten Temperaturen von z. B. 1550 bis 1600°C durchgeführt werden kann.

Im Wege des DS-Verfahrens hergestellte, herkömmliche poröse refraktäre Kerne haben eine äußerste Einsatztemperatur von 1550°C. Beim Vergießen von Superlegierung soll aber möglichst mit Temperaturen höher als 1500°C gearbeitet werden, was ein Zusammensacken und eine Deformation des Kerns bewirkt.

Wenn die Gießtemperatur des Metalls erhöht wird, wird ein Punkt erreicht, bei dem alle Gußstücke wegen des Zusammenfallens des Kerns fehlerhaft sind. Bei einer etwas tiefer liegenden Temperatur können einige brauchbare Metallstücke hergestellt werden, wenn auch ein größerer Teil der Gußstücke fehlerhaft ist. Auf dieser Basis ist es möglich, das DS-Metallgießverfahren bei Temperaturen oberhalb 1500°C unter Verwendung von Kernen mit einer äußersten Einsatztemperatur tiefer als 1550°C auszuführen; es führt jedoch zu einem hohen Prozentsatz unbrauchbarer Gußstücke.

Aus der US-PS 35 40 519 ist die Herstellung von Gießformen aus Siliciumdioxid bekannt, die bewußt eine bestimmte Selbstzerstörungstendenz aufweisen sollen, nämlich bei Durchschreitung eines bestimmten Temperaturbereichs im Rahmen der Abkühlung nach dem Gießvorgang. Damit eine Selbstzerstörung nicht zum unrechten Zeitpunkt, nämlich vor dem Gießen stattfinden kann, darf die Form nicht unter 300°C abgekühlt werden, bevor der Gießvorgang stattfindet. Nach dem Gießen findet aufgrund der besonderen Gestaltung der Form eine Zerstörung bzw. Zertrümmerung statt, nämlich beim Abkühlen unter 300°C. Ein solches Verhalten ist für Kerne nicht brauchbar, und damit ist zugleich das aus der US-PS ersichtliche Herstellungsverfahren für die dort angegebene Form nicht auf Kerne anwendbar. Denn Kerne müssen unbedingt unter eine Temperatur von 300°C abgekühlt werden, und zwar mindestens einmal während der Herstellung der Formeinheit in ihrer Gesamtheit. So muß der gebrannte Kern vor der Aufbringung des Wachsmodells, wie oben bereits angegeben worden ist, abgekühlt werden. Ein solches Abkühlen ist bei der Herstellung einer Gießform im Gegensatz zur Herstellung eines Kerns nicht erforderlich. Darüber hinaus muß auch nach der Abführung des Modellwachses im Wege des Ausschmelzens die Formeinheit in ihrer Gesamtheit wieder auf Raumtemperatur abgekühlt werden, um eine Inspektion möglich zu machen.

Auch aus der US-PS 22 11 133 ist zwar wiederum ein Verfahren zur Herstellung einer Gießform bekannt; auch hier ist jedoch festzustellen, daß die Verwendung von Cristobalit oder Tridymit bei einer Dental-Gießform vorgeschlagen wird, und zwar in Hinblick auf einen Ausgleich der beim Gießen stattfindenden Kontraktion, derzufolge das Gußstück immer etwas kleiner als das Modell ist, das im Wege des Gießens abgegossen werden soll. Es geht also darum, daß das fertige Gußstück exakt mit irgendwelchen Vorlagen zusammenpaßt, also beispielsweise ein Zahnprothesenstück entsprechend dem vom Zahnarzt angefertigten Abdruck genau mit den im Mund des Patienten feststellbaren Strukturen zusammenpaßt. Zu diesem Zweck bestehen die nach dieser US-PS herzustellenden Gießformen zur Gänze aus kristallinem Siliciumdioxid, was zugleich dafür verantwortlich ist, daß solchermaßen hergestellte Formen für den Präzisions-Investment-Guß absolut ungeeignet sind, da sie sich wiederum beim Abkühlen unter 300°C selbst zerstören würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung anzugeben, mittels dessen ein poröser refraktärer Kern herstellbar ist, der beim Gießen mit gerichteter Erstarrung dem Zusammenbacken, dem Durchbiegen bzw. dem Erweichen widersteht und die notwendige Dimensionsgenauigkeit beibehält, selbst wenn er stundenlang bei Temperaturen über 1550°C gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Der erfindungsgemäß hergestellte refraktäre Kern ist insofern einzigartig, wie er eine beträchtliche Menge eines mineralisierenden Mittels der refraktären Masse zur Erhöhung der Entglasungsgeschwindigkeit und zur Ermöglichung einer 75- bis 85%igen oder darüber liegenden Umwandlung des glasartigen Siliciumdioxids in Cristobalit zugesetzt erhält, bevor die Metallschmelze gegossen oder in den Gußformhohlraum einlaufen gelassen wird.

Die Erfindung bietet eine ausgezeichnete Lösung des Problems des erweichenden Zusammensackens und der Deformation des Kerns beim Gießen von Superlegierungen mit gerichteter Erstarrung durch Verwendung eines hohen Prozentsatzes an Teilchen hochreinen, glasartigen Siliciumdioxids und eines geringeren Prozentsatzes eines mineralisierenden Materials, das erhebliche Mengen entglasender Metallionen enthält, die die Bildung von Cristobalit fördern. Das mineralisierende Material wird im refraktären Kern so verteilt, daß die zugesetzten Alkalimetallverbindungen oder die anderen entglasenden Metallverbindungen die Wärmestabilität des Kerns oder die Temperatur, bei der er seine Festigkeit und Starre zu verlieren beginnt, im wesentlichen nicht reduzieren. Obgleich das mineralisierende Material, wie z. B. Alkali- oder Erdalkalimetallverbindungen, eine starke Neigung zur Senkung der Wärmestabilität reinen kristallinen oder glasartigen Siliciumdioxids haben, fördert die Steuerung der Menge und Verteilung der entglasenden Metallionen die rasche Bildung von Cristobalit ohne wesentliche Erniedrigung der Wärmestabilität des gebildeten Cristobalits.

Ein Präzisionskern aus refraktärem Material mit den verschiedenen Eigenschaften, wie sie für das Gießen von Superlegierungen nach dem DS-Verfahren nötig sind, wird erfindungsgemäß dadurch hergestellt, daß eine Kernmasse geboten wird, die einen hohen Prozentsatz an Siliciumdioxid, bevorzugt wenigstens 90 oder 95 Gewichtsprozent, und eine geringere Menge, wie z. B. 5 bis 20 Gewichtsprozent, aktivierender refraktärer Teilchen geringer Teilchengröße, bevorzugt 50 Mikrometer oder weniger, die wirksame Mengen an entglasenden Ionen von Alkali- oder Erdalkalimetallen oder anderen entglasend wirkenden Metallen enthalten, enthält. Die aktivierenden Teilchen, die als mineralisierende Stoffe wirken, können ein Alkalimetallsilikat oder ein refraktäres Material, bevorzugt Siliciumdioxid, aber auch Zirkon, Zinkonoxid oder Aluminiumoxid, sein, die eine geringere Menge der entglasend wirkenden Metallionen enthalten. Das entglasend wirkende Metall ist bevorzugt ein Alkalimetall, wie z. B. Natrium oder Lithium, und ist bevorzugt in der Kernmasse in einer Menge von etwa 0,02 bis etwa 0,2 Gewichtsprozent vorhanden.

Der Hauptanteil der refraktären Teilchen im Kern muß hohe Reinheit besitzen, so daß sie dem Schmelzen widerstehen und ihre Festigkeit bei Temperaturen beibehalten, wie sie beim DS-Verfahren anzutreffen sind, und so, daß der Kern die notwendige Porosität und Herauslösbarkeit behält. Die aktivierenden, mineralisierend wirkenden Teilchen sollten aus dem gleichen Grund auch von relativ hoher Reinheit sein, aber wesentliche Mengen der entglasend wirkenden Metallionen enthalten, wie z. B. 0,2 Gewichtsprozent oder mehr, und vorzugsweise das Mehrfache der Menge, die in den hochreinen refraktären Teilchen vorliegt.

Bei einem herkömmlichen Verfahren wurde eine Kernmasse, die Siliciumdioxidteilchen und einen geeigneten Binder enthielt, zu einem porösen Kern geformt, der Kern wurde bei einer Temperatur von 1000°C oder darüber gebrannt und dann auf Raumtemperatur gekühlt, worauf ein Wachsmodell um den Kern herum erstellt und Modell und Kern wiederholt mit einem refraktären Brei überzogen und zur Bildung einer mehrschichtigen Schalengußform getrocknet wurden, das Wachsmodell wurde entfernt, die Schalengußform wurde gebrannt und Schalengußform und Kern wurden auf eine Temperatur von 1300 bis 1500°C 10 min bis 1 h vorerhitzt, bevor die Metallschmelze in die Form und um den Kern herum einfließen konnte. Ein solches Vorerhitzen führte von sich aus zur Bildung von Cristobalit, aber dessen Bildungsgeschwindigkeit war gering. Würde eine geschmolzene Superlegierung bei einer Temperatur von 1600 bis 1650°C in die Form gegossen und dürfte sie um einen herkömmlichen Kern mit hohem Siliciumdioxidgehalt herumfließen, der auf einer Temperatur von beispielsweise 1400 bis 1550°C gehalten würde, so würde sich der Kern aufgrund der mäßigen Wärmestabilität deformieren oder zusammensacken. Daher war das DS-Verfahren hinsichtlich der Temperatur begrenzt.

Die Erfindung löst das Problem durch Einbringen von mineralisierend wirkenden Teilchen in die Kernmasse, so daß der Cristobalit-Gehalt wenigstens 60 Gewichtsprozent beträgt, wenn mit dem Metallguß begonnen wird. Dies geschieht bevorzugt in dem oben beschriebenen Grundverfahren durch Einbringen einer wesentlichen Menge, wie z. B. 0,03 bis 0,2 Gewichtsprozent, entglasend wirkender Metallionen in den Kern. Beim bevorzugten Verfahren wird der frischgeformte Kern bei einer Temperatur von 1000 bis 1400°C ausreichend lange gebrannt, um 40 bis 55 Gewichtsprozent Cristobalit zu liefern, und wird dann auf eine Temperatur unter 100°C abgekühlt, wobei ein Bruchmodul von wenigstens 49,21 und bevorzugt 56,25 bis 70,31 kp/cm² (700 bzw. 800 bis 1000 lbs/sq.in) oder höher beibehalten wird.

Nachdem der Kern in der Schalengußform an seinen Platz gebracht wurde, werden Kern und Form für bis zu 1 h auf eine Temperatur von 1300 bis 1600°C vorerhitzt, um zu einem hohen Cristobalit-Gehalt zu führen, der erfindungsgemäß wenigstens 60% und noch stärker bevorzugt wenigstens 80 Gewichtsprozent beträgt, bevor die Metallschmelze um den Kern herum gegossen oder einlaufen gelassen wird. Die maximale Cristobalitmenge hängt von der Menge an Zirkon, Zirkonoxid oder anderem im Kern enthaltenem refraktärem Material ab. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, genügend mineralisierend wirkendes Material im Kern vorzulegen, so daß wenigstens 75 Gewichtsprozent des Siliciumdioxids in Cristobalit umgewandelt werden, bevor mit dem Metallguß begonnen wird.

Die Erfindung führt zu porösen, herauslösbaren Kernen mit hervorragender Durchsackfestigkeit und Deformationsbeständigkeit bei hoher Temperatur und macht es möglich, das DS-Verfahren durchzuführen, wobei die Metallschmelze bei Temperaturen von 1550°C bis 1600°C oder darüber für längere Zeitspannen gehalten wird. Ein erfindungsgemäß hergestellter Kern mit hohem Siliciumdioxidgehalt weist ausgezeichnete Wärmebeständigkeit auf und kann so zusammengestellt und behandelt werden, daß er Festigkeit und Starre bei Temperaturen von 1600°C bis 1650°C oder darüber nahe dem Schmelzpunkt des Cristobalits behält.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus den Unteransprüchen 2 bis 9 zu ersehen.

Die Erfindung bezieht sich aber auch auf die Verwendung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kerns. Diese Verwendung in ihrer Grundform und in Weiterbildungen sind aus Anspruch 10 und den Unteransprüchen 11 bis 13 zu ersehen.

Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines porösen Turbinenschaufelkerns, wie er erfindungsgemäß herstellt ist, und

Fig. 2 eine Schnittansicht des Kerns der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Die Erfindung ist insbesondere mit der Herstellung von hohlen Präzisionsmetallteilen nach dem (DS-)Verfahren mit gerichteter Erstarrung und mit der Verwendung poröser, refraktärer Präzisionskerne, die bestimmungsgemäß harten Bedingungen widerstehen sollen, wie sie in diesem Verfahren auftreten, befaßt. Der Kern muß eine hohe Wärmestabilität und ausgezeichnete Festigkeit sowie hohe Porosität aufweisen und enthält einen hohen Prozentsatz an Siliciumdioxid und eine wirksame Menge aktivierender, mineralisierend wirkender Teilchen, die die Entglasung fördern.

Die Bezeichnung "mineralisierend wirkendes Material" oder "Mineralisator" ist auf dem Gebiet der Keramik wohl bekannt und bezieht sich auf Substanzen, wie z. B. Alkalien und Erdalkalien und andere verschiedene Substanzen und Gemische, die die Umwandlung einer Phase des Siliciumdioxids in eine andere fördern, wie z. B. die Umwandlung glasartigen Siliciumdioxids in kristallines Siliciumdioxid.

Der Ausdruck "aktivierende Teilchen", wie er in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf Teilchen, die entglasend wirkende Metallionen enthalten und im refraktären Körper als Mineralisatoren wirken.

Die Bezeichnung "entglasend wirkendes Metallion", wie sie hier verwendet wird, bezieht sich auf Ionen oder Atome von Metallen, wie z. B. Alkali- oder Erdalkalimetallen oder dergleichen, die ein Entglasen des Siliciumdioxids und die Bildung von Cristobalit mit erheblicher Umwandlungsgeschwindigkeit auslösen. Die Bezeichnung schließt Aluminium oder Metalle, die bei der Förderung der Entglasung weniger wirksam sind als Aluminium, aus. Die zur erfindungsgemäßen Verwendung geeigneten entglasend wirkenden Metalle werden im einzelnen nachfolgend beschrieben.

Die Erfindung findet auf die Herstellung poröser refraktärer Kerne oder Formteile verschiedener Gestalt Anwendung. Sie ist besonders gut zur Herstellung von Kernen für Turbinenschaufeln, Kompressorblättern oder anderen Flächenprofilen, Düsentriebwerksteilen und anderen Präzisionsteilen aus Superlegierungen auf Nickel- und Kobaltbasis geeignet.

Der Kern für eine Turbinenschaufel weist gewöhnlich einen gekrümmten Querschnitt auf und kann eine Form besitzen, wie sie allgemein in den Fig. 1 und 2 angegeben ist. Die Darstellung des Kerns dient der Veranschaulichung, nicht der Beschränkung, wobei es sich versteht, daß der Kern jede gewünschte Größe oder Form haben kann.

Wie hier gezeigt, besitzt der geformte refraktäre Kern A einen ebenen rechtwinkligen Querschnitt 2, der mit einem gebogenen Blatteilabschnitt 3 größerer Abmessung integriert verbunden ist. Das Teil 3 hat einen dicken Vorderkantenteil 4 und nimmt allmählich zum Hinterkantenteil 5 an Dicke ab, der relativ zum Abschnitt 2 in erheblichem Winkel geneigt ist.

Wie dargestellt, weist der Kern Schlitze 6 und 7 nahe der Vorder- und Hinterkante des Kerns sowie eine Reihe in regelmäßigem Abstand angeordneter Rundlöcher 8 nahe dem Mittelteil des Kerns auf. Die obere Oberfläche des Kerns hat eine Vielzahl gerader, paralleler Vertiefungen, die sich von den Löchern 8 nach außen erstrecken. Der Kern hat eine glatte, gebogene Bodenfläche 10 und gerade Vorder- und Hinterkanten 11 und 12 auf einander gegenüberliegenden Seiten der Fläche 10. Der gebogene Hinterkantenteil 13 erstreckt sich nach innen von der Hinterkante 12 zur Hinterkante des Abschnitts 2, und der Schlitz 7 hat einen geneigten Teil 14, der sich im allgemeinen in der gleichen Richtung zum geraden Teil 15 des im Abschnitt 2 liegenden Schlitzes erstreckt. Der Schlitz 6 hat einen geneigten Teil 16 und einen geraden Teil 17 im Abschnitt 2 parallel zum Schlitzteil 15. Natürlich ändern sich die Anordnung der Schlitze oder äußeren Öffnungen im Kern je nach der beabsichtigten Verwendung, und eine Vielzahl verschiedener Kernformen kann zum Einsatz gelangen.

Ein Kern jeder geeigneten Form kann erfindungsgemäß hergestellt und im DS-Verfahren zum Gießen von Metallteilen verwendet werden. Er kann in eine Schalengußform gebracht werden, die nach dem Wachsausschmelzverfahren hergestellt wurde, oder in jede andere geeignete refraktäre Gußform, und kann mit der Gußform in jeder geeigneten Vorrichtung vorerhitzt werden. Das DS-Verfahren kann mit oder ohne Vakuum durchgeführt werden. Wenn das Verfahren in einem Vakuumofen durchgeführt wird, können Form und Kern innerhalb der alles umschließenden Wandungen des Ofens vorerhitzt werden.

Die zur Durchführung des DS-Verfahrens verwendete Ausstattung kann herkömmlich sein und bildet keinen Teil der Erfindung. Sie kann z. B. der Art sein, wie sie in den US-PS 36 20 289, 36 90 367 oder 37 00 023 veranschaulicht ist. Ob das Gußstück während der Erstarrung unter Vakuum gehalten wird oder nicht, das bevorzugte Verfahren besteht darin, die die Schalengußform tragende Kokillenplatte nach und nach aus der Heizzone abzusenken, die von einer Graphithülse umgeben sein und durch stationäre Induktionsheizwindungen, wie zum Beispiel in der US-PS 37 00 023 gezeigt, erhitzt werden kann.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die erste Stufe darin, eine Kernmasse herzustellen, die in der gewünschten Weise entglast und einen porösen, refraktären Kern zu liefern vermag, der die nötigen refraktären Eigenschaften oder die thermische Stabilität besitzt. Die erfindungsgemäß hergestellten Kerne sind in vieler Hinsicht bezüglich der Zusammensetzung herkömmlichen Kernen mit hohem Siliciumdioxidgehalt, wie sie beim Investmentgießen von Präzisionsmetallteilen verwendet werden, ähnlich, sie sind aber einzigartig und revolutionierend auf dem Gebiet des Gießens mit gerichteter Erstarrung insofern, als sie enge Toleranzen haben und die Anwendung von viel höheren Gießtemperaturen der Metallschmelze erlauben als sie bei bislang hergestellten refraktären Kernen hingenommen werden konnten.

Erfindungsgemäß hergestellte Kernmassen sind insofern ungewöhnlich, als sie hohe Prozentgehalte an Siliciumdioxid hoher Reinheit anwenden, um einen Verlust der refraktären Eigenschaften zu vermeiden, aufgrund der Anwesenheit anderer refraktärer Materialien oder Verunreinigungen, wie z. B. Alkalimetallverbindungen und dergleichen, die zur Bildung tiefschmelzender Verbindungen neigen, und insofern, als sie als Zusatz einen Mineralisator enthalten, der vorbestimmte Mengen derselben Verunreinigungen enthält. Wenngleich diese Massen ungewöhnlich oder unüblich sind, sollten sie in vieler Hinsicht ähnlich herkömmlichen Kernmassen sein, wie nachfolgend angegeben.

Die vorgeformten refraktären Kerne gemäß der Erfindung müssen mit einem Ätzmittel herauslösbar sein, um das Entfernen des Kerns ohne Beschädigung des Metallgußstücks zu ermöglichen, und müssen deshalb eine geeignete Porosität, z. B. 20 bis 40 Volumenprozent, aufweisen sowie wenigstens 70 Gewichtsprozent Siliciumdioxid enthalten. Die Porosität liegt bevorzugt bei wenigstens 25 Volumenprozent.

Der erfindungsgemäße Kern muß auch gute refraktäre Eigenschaften und Wärmestabilität besitzen, so daß er seine Steifigkeit behält und nicht wesentlich zusammenfällt oder sich deformiert, wenn er mit einer geschmolzenen Superlegierung bei hoher Temperatur, wie 1500 oder 1600°C, in Berührung kommt. Deshalb enthält der Kern bevorzugt wenigstens 90 und insbesondere bevorzugt wenigstens 95 Gewichtsprozent Siliciumdioxid, doch Zirkon und Zirkonoxid können in erheblichen Mengen geduldet werden, weil sie weniger dazu neigen, die refraktären Eigenschaften zu mindern, als Aluminiumoxid und andere Metalloxide. Im allgemeinen sollte ein erfindungsgemäß hergestellter gebrannter Kern wenigstens 70 und bevorzugt 75 bis 99,9 Gewichtsprozent Siliciumdioxid mit einer Reinheit von wenigstens 99 Gewichtsprozent, bis zu 30 und bevorzugt nicht mehr als 25 Gewichtsprozent Zirkon und Zirkonoxid, bis zu 5 und bevorzugt weniger als 2 oder 3 Gewichtsprozent Aluminiumoxid und nicht mehr als 10 und bevorzugt weniger als 5 Gewichtsprozent anderer refraktärer Materialien enthalten, und ein solcher Kern enthält bevorzugt nicht mehr als 10 und insbesondere bevorzugt nicht mehr als 5 Gewichtsprozent andere refraktäre Materialien als Siliciumdioxid, Zirkon und Zirkonoxid.

Enthält der Kern eine kleine Menge, z. B. 5 bis 10 Gewichtsprozent, eines anderen refraktären Materials als Siliciumdioxid, so ist ein solches refraktäres Material bevorzugt Zirkon oder Zirkonoxid. Letzteres kann die Röntgenuntersuchung des ausgelaugten Metallgußstücks erleichtern.

Sollen maximale refraktäre Eigenschaften erreicht werden, beträgt die Menge an Siliciumdioxid bevorzugt 98 bis 99,5% oder darüber, und der Kern wird so zusammengesetzt, daß eine sehr große Menge Cristobalit vor dem Metallguß vorliegt, z. B. 85 bis 95% oder mehr. Die Erfindung macht es möglich, einen Kern mit hohem Siliciumdioxidgehalt herzustellen, der seine Steifigkeit beibehält und dem Absacken während des Metallgusses bei hohen Temperaturen, wie 1650 bis 1680°C oder darüber, widersteht, was schon in die Nähe des Schmelzpunkts von Cristobalit kommt.

Die refraktären Eigenschaften oder die Wärmestabilität eines Kernmaterials kann leicht durch einen einfachen Absacktest bestimmt werden, bei dem ein Stab von Standardgröße z. B. 3,175×19,05×152,4 mm, senkrecht auf ein Ende gestellt und allmählich erhitzt wird, bis er wegsackt und sich unter seinem Eigengewicht deformiert. Der Ausdruck "äußerste Einsatztemperatur" wird in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, um die höchste Temperatur anzugeben, bei der ein solcher Teststab Steifigkeit besitzt und sein Eigengewicht zu tragen vermag und seine Form in der vorgenannten senkrecht stehenden Position zu halten vermag.

Die äußerste Einsatztemperatur eines erfindungsgemäß hergestellten Kernmaterials, das wenigstens 95% Siliciumdioxid enthält, wie oben beschrieben, ist wenigstens 1650°C. Enthält das Kernmaterial 25 Gewichtsprozent Zirkon und 75 Gewichtsprozent Siliciumdioxid, ist zwar die äußerste Einsatztemperatur niedriger, läge aber wesentlich über 1600°C. Die äußerste Einsatztemperatur fällt jedoch beträchtlich, wenn das Kernmaterial mehrere Gewichtsprozent Aluminiumoxid enthält. Beispielsweise hat ein handelsüblicher refraktärer Kern, der für das Gießen bei gerichteter Erstarrung verwendet wird und wenigstens 95% Siliciumdioxid und wenigstens etwa 3% Aluminiumoxid enthält, eine äußerste Einsatztemperatur von etwa 1560°C und kann bei Temperaturen wie 1500°C verwendet werden, ist aber beim Gießen bei Temperaturen über 1550°C unbefriedigend. Offensichtlich wäre es unmöglich, einen Kern mit einer äußersten Einsatztemperatur von 1600°C oder darüber herzustellen, wenn der Kern eine beträchtliche Menge, z. B. 5 Gewichtsprozent oder mehr, Aluminiumoxid enthielte, und das gleiche gilt für viele andere refraktäre Materialien.

So ist zu erkennen, daß ein wesentliches Merkmal der Erfindung die Verwendung eines hohen Prozentsatzes an Siliciumdioxid und die geeignete Auswahl refraktärer Materialien ist, so daß eine sehr hohe äußerste Einsatztemperatur erzielt werden kann. Eine drastische Senkung der äußersten Einsatztemperatur würde sich ergeben, wenn das geschmolzene Siliciumdioxid und anderes refraktäres, zur Bildung des Kerns verwendetes Material beträchtliche Mengen an Verunreinigungen, insbesondere Verunreinigungen, die die Bildung tiefschmelzender Gläser fördert, wie z. B. Alkalimetallverbindungen, enthält. Da der Verlust der refraktären Eigenschaften katastrophale Folgen haben kann, ist es wesentlich, daß die Menge an Verunreinigungen begrenzt ist, und es ist vorzuziehen, nicht weniger reine Materialien, wie z. B. 96%ige Siliciumdioxidgläser, zu verwenden, wenngleich eine sehr kleine Menge des letzteren gelegentlich hingenommen werden kann. Im allgemeinen sollte das bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendete Siliciumdioxid eine Reinheit von wenigstens 99% aufweisen, und ein Hauptanteil des Gewichts hat vorzugsweise eine Reinheit von wenigstens 99,5%, wo eine hohe äußerste Einsatztemperatur erwünscht ist.

Um aufgrund von Verunreinigungen einen Verlust an refraktären Eigenschaften zu vermeiden, war es allgemeine Praxis, refraktäre Materialien aus Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids einer hohen Reinheit, z. B. 99,5% oder darüber, herzustellen, mit einem Gehalt an verhältnismäßig kleinen Mengen an Alkalimetall- oder Erdalkalimetallverbindungen (z. B. weniger als 100 TpM Alkalimetalle und weniger als 400 TpM Erdalkalimetalle). Es war nicht schwierig, die gewünschte hohe Reinheit zu erhalten, weil handelsübliches geschmolzenes Siliciumdioxid gewöhnlich eine Reinheit von 99,7 bis 99,8% oder darüber besitzt.

Der Ausdruck "hohe Reinheit", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Siliciumdioxid einer Reinheit von wenigstens 99,5 Gewichtsprozent, und der Ausdruck "im wesentlichen rein" bezieht sich auf Siliciumdioxid einer Reinheit von wenigstens etwa 99,95 Gewichtsprozent. Letzteres kann natürlich 20 bis 50 TpM oder mehr Alkalimetallionen und andere normale Verunreinigungen enthalten.

Es versteht sich, daß die Prozentsätze an Metallverunreinigungen oder Metallionen, wie hier in der Beschreibung und in den Ansprüchen ausgeführt, sich in allen Fällen auf das Gewicht des Metalls als Element und nicht auf das Oxid dieses Elements beziehen. So wird ein Kern mit einem Gehalt eines gegebenen Prozentsatzes oder einer gegebenen Zahl an Teilen pro Million Natrium z. B. auf der Basis elementaren Natriums analysiert. Alle Prozentsätze sind auf das Gewicht bezogen.

Die bei der praktischen Durchführung der Erfindung eingesetzte Kernmasse ist einzigartig, indem sie eine beträchtliche Menge eines Mineralisators enthält, der den Teilchen aus hochreinem, geschmolzenem Siliciumdioxid zugesetzt wird, um eine vorbestimmte begrenzte Menge an entglasend wirkenden Metallatomen oder -ionen der Gruppen Ia und/oder IIa des Periodensystems (gemäß E. H. Sargent & Co., 1962) zu liefern, die die Bildung von Cristobalit fördern bzw. beschleunigen. Menge und Art des Mineralisators werden sorgfältig ausgewählt, um einen drastischen Verlust refraktärer Eigenschaften zu vermeiden und einen Kern zu liefern, der leicht in Cristobalit umgewandelt werden kann und eine hohe äußerste Einsatztemperatur, z. B. 1650°C oder darüber, besitzt.

Eine große Zahl verschiedener Mineralisatoren kann bei der praktischen Durchführung der Erfindung zum Einsatz gelangen. Der Mineralisator liefert vorzugsweise entglasend wirkende Ionen der Alkalimetalle, z. B. Kalium, Natrium oder Lithium, oder Erdalkalimetalle, z. B. Barium, Calcium oder Magnesium. Natriumionen sind bevorzugt aufgrund einer höheren Diffusionsgeschwindigkeit. Der Mineralisator kann ein Salz, ein Oxid, ein Silikat, ein Nitrat, ein Borat oder eine andere Verbindung eines solchen Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls einschließlich Natriumacetat, Natriumchlorid, Natriumkarbonat, Natriumsilikat, Lithiumsilikat, Kaliumsilikat, Magnesiumsilikat, Borax, Natriumbikarbonat oder dergleichen oder ein Gemisch verschiedener Mineralisatoren sein. Beste Ergebnisse werden erzielt, wenn der Mineralisator behandelte Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids oder andere geeignete refraktäre Materialien geringer Teilchengröße und mit einem Gehalt an entglasend wirkenden Metallionen, die nahe den Oberflächen der Teilchen konzentriert sind, enthält. Der Mineralisator ist bevorzugt kolloidales Siliciumdioxid oder ein Siliciumdioxid erzeugendes Material, das die entglasend wirkenden Metallionen enthält, so daß der erhaltene gebrannte Kern einen sehr hohen Prozenzsatz an Siliciumdioxid enthält.

Ein ausgezeichneter Mineralisator ist ein handelsübliches, mit Natrium stabilisiertes kolloidales Siliciumdioxid, das unter verschiedenen Handelsbezeichnungen (Ludox, Syton oder Nalcoag) vertrieben wird. Die bevorzugten Mineralisatoren sind Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids oder andere geeignete refraktäre Teilchen, die mit einer Alkalimetallverbindung oder einer Erdalkalimetallverbindung behandelt sind, um die Cristobalitbildung fördernde Metallionen nahe den Außenflächen der Teilchen konzentriert zu liefern. Beispielsweise können solche Ionen in den behandelten Teilchen so konzentriert sein, daß der größte Teil der entglasend wirkenden Metallionen in einem durchschnittlichen Teilchen im äußeren Drittel des Teilchens oder nahe der äußeren Oberfläche des Teilchens angeordnet ist.

Gute Ergebnisse können auch erzielt werden, wenn der Mineralisator ein Silikat eines Metalls der Gruppe Ia oder IIa des Periodensystems ist. Die bevorzugten Silikate sind Alkalimetallsilikate, z. B. Natriumsilikat, und diese sollten eine Teilchengröße nicht über 100 Mikrometern und bevorzugt nicht über 50 Mikrometern haben, wenn sie der Kernmasse zugesetzt werden. Das Alkalimetallsilikat kann auf jede geeignete Weise hergestellt werden und ein SiO₂/M₂O-Molverhältnis von 1,2 : 1 bis 4 : 1 haben, wie z. B. in der US-PS 39 18 921 offenbart.

Der Mineralisator kann in einem Kern auf verschiedene Weise eingebracht werden. Vorzugsweise wird er mit den Teilchen aus hochreinem geschmolzenem Siliciumdioxid der Kernmasse vor der Formbildung gemischt, kann aber gelegentlich durch Imprägnieren des porösen Kerns mit einer Lösung des Mineralisators angewandt werden. Die Kernzusammensetzung und die Menge und Art des verwendeten Mineralisators hängen von der zur Herstellung des Kerns angewandten Methode ab.

Zahlreiche herkömmliche Formverfahren können zur Herstellung der Kerne angewandt werden, dazu gehören Pressen, Spritzen, Preßspritzen, Schlickerguß, Eintauchgießen, Strangpressen und dergleichen, und verschiedene Trocknungs- und Brennverfahren können angewandt werden. Im allgemeinen wird bevorzugt eine Kernmasse verwendet, die einen organischen Binder zusätzlich zu den refraktären Teilchen enthält, und auch ein Hochtemperaturbinder kann verwendet werden. Ein organischer Träger oder ein Wachs können in die Kernmasse eingearbeitet sein, ebenso verschiedene andere Materialien, wie z. B. ein Formentrennmittel oder ein inneres Gleitmittel, wie sie in herkömmlichen Kernmassen eingesetzt werden. Die Mengen der verschiedenen Binder und die Teilchengrößen des refraktären Materials werden so gewählt, daß der gebrannte Kern eine geeignete Porosität und die gewünschten physikalischen Eigenschaften entwickelt. Im allgemeinen wird eine Kernmasse etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent eines organischen Binders enthalten, aber dies kann stark schwanken. Der Binder kann z. B. ein Wachs, ein Äthylsilikat, ein organisches Harz oder einer der verschiedenen anderen Binder sein, wie sie gewöhnlich in Kernmassen verwendet werden. Der Binder kann ein organisches Polymerisat, z. B. Polyäthylen oder Polypropylen, sein. Geeignete Binder und andere Zusätze sind z. B. in den US-PS 30 93 494, 32 22 435, 33 25 571, 33 30 892, 34 23 216, 35 49 736, 36 88 832 und 37 69 044 offenbart.

Wenn der Kern ursprünglich mit sehr hoher Porosität hergestellt worden ist, kann eine beträchtliche Menge eines Minieralisators durch Imprägnieren des porösen Kerns mit dem Mineralisator angewandt werden. Aus verschiedenen Gründen wird es vorgezogen, den Mineralisator nicht durch Imprägnieren des Kerns aufzubringen. Eine solche Methode neigt dazu, ungleichmäßige und unvorhersehbare Ergebnisse hervorzurufen und macht häufig die Anwendung überschüssigen Mineralisators erforderlich, um Verluste durch Verdampfen auszugleichen, insbesondere, wenn der Kern mit einem Alkalimetallsalz oder dergleichen behandelt wird. Überlegene Ergebnisse werden erhalten, wenn der Mineralisator in der ursprünglichen Kernmasse vorhanden ist und gründlich und gleichmäßig mit den Teilchen aus geschmolzenem Siliciumdioxid gemischt ist, und beste Ergebnisse werden erhalten, wenn der Mineralisator der Kernmasse behandelte refraktäre Teilchen umfaßt, wie z. B. Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids.

Die Menge des in der erfindungsgemäßen Kernmasse verwendeten Mineralisators hängt von der Art des Mineralisators und der Menge der beim Verdampfen während des Brennens des Kerns verlorengegangenen, entglasend wirkenden Metallionen ab. Ist der Mineralisator ein Natriumsilikat, das z. B. 20 oder 30 Gewichtsprozent Natrium enthält, kann die benötigte Menge nur 0,5 bis 2 Gewichtsprozent sein. Enthält der Mineralisator aktivierende refraktäre Teilchen, wie z. B. getrocknetes, mit Natrium stabilisiertes, kolloidales Siliciumdioxid, wäre eine größere Menge vorzuziehen. Im allgemeinen macht der Mineralisator 1 bis 25 Gewichtsprozent des Kerns aus.

Bei der Bestimmung der optimalen Menge des Mineralisators kommt es wesentlich auf die Menge der im Kern nach dem Brennen verbleibenden, entglasend wirkenden Metallionen an, und die Prozentsätze solcher Ionen sind so in der Beschreibung und den Ansprüchen angegeben, es versteht sich aber, daß beträchtliche Mengen Mineralisator erforderlich sein können, um Verluste durch Verdampfen auszugleichen, wenn weniger wünschenswerte Mineralisatoren, wie z. B. Natriumsalze oder dergleichen, verwendet werden.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung beträgt die Gesamtmenge an in dem gebrannten Kern durch den Mineralisator gelieferten, entglasend wirkenden Metallionen vorzugsweise 0,02 bis 0,1 Gewichtsprozent und könnte 0,2% oder mehr sein. Eine solche Menge ist insbesondere bevorzugt wenigstens 0,03 Gewichtsprozent, und die Gesamtmenge an entglasend wirkenden Metallionen in dem gebrannten Kern ist vorzugsweise wenigstens 0,04 Prozent und bevorzugt so, daß der Kern eine hohe äußerste Einsatztemperatur, z. B. 1650°C oder darüber, behält. Gute Ergebnisse können z. B. erzielt werden, wenn der Mineralisator im Kern (nach dem Brennen) 0,02 oder 0,03 bis 0,2 Gewichtsprozent der entglasend wirkenden Ionen von Metallen der Gruppen Ia und IIa des Periodensystems hinterläßt, oder wenn die Gesamtmenge solcher Ionen im gebrannten Kern im Bereich von 0,02 bis 0,2% liegt.

Der Prozentsatz entglasend wirkender Metallionen im Mineralisator ist viel größer als der Prozentsatz solcher Ionen in den Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids der Kernmasse. Der in der Kernmasse verwendete Mineralisator enthält bevorzugt 0,1 bis 1% oder mehr und insbesondere bevorzugt wenigstens 0,2 Gewichtsprozent der entglasend wirkenden Metallionen, und das Gesamtgewicht solcher Ionen in der Kernmasse ist größer als und bevorzugt wenigstens ein Mehrfaches des Gesamtgewichts der entglasend wirkenden Metallionen der hochreinen Siliciumdioxidteilchen. Beispielsweise kann der Alkaligehalt der hochreinen Siliciumdioxidteilchen unter 0,01% liegen.

Die Menge der vorgelegten, entglasend wirkenden Ionen hängt von der Art des beteiligten Metalls ab. Liefert der Mineralisator Natriumionen, wäre die bevorzugte Gesamtmenge an Natrium in dem gebrannten Kern 0,03 bis 0,1%. Liefert der Mineralisator Lithium- oder Kaliumionen anstelle von Natriumionen, wäre die bevorzugte Menge an Lithium oder Kalium im gebrannten Kern 0,04 bis 0,2%. Größere Mengen Magnesiumionen könnten hingenommen werden, wie z. B. 0,1 bis 0,3% oder mehr.

Ein größerer Gewichtsanteil der entglasend wirkenden Metallionen des Kerns (nach dem Brennen) werden bevorzugt durch den zugesetzten Mineralisator geliefert, und nicht mehr als ein kleinerer Anteil sollte in Form natürlicher Verunreinigungen in dem Siliciumdioxid vorliegen. Die natürlichen, in den Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids vorliegenden Verunreinigungen, wie Natrium, haben die Tendenz, die Entglasung zu fördern, sind aber weniger wirksam als die durch den Mineralisator zugeführten Ionen und sind in größeren Mengen unerwünscht, da sie die äußerste Einsatztemperatur senken. Beste Ergebnisse werden erzielt, wenn die refraktären Teilchen, und zwar andere als der Mineralisator, eine hohe Reinheit, wie z. B. 99,5% oder mehr oder insbesondere bevorzugt wenigstens 99,75%, aufweisen.

Die refraktären Teilchen der erfindungsgemäß hergestellten bevorzugten Kernmassen umfassen 75 bis 99 Gewichtsprozent Teilchen hochreinen Siliciumdioxids mit einer Reinheit von wenigstens 99,5% und 1 bis 25 Gewichtsprozent refraktärer Mineralisatorteilchen, die wenigstens 0,1 und bevorzugt wenigstens 0,2 Gewichtsprozent entglasend wirkender Metallionen enthalten, die die Bildung von Cristobalit begünstigen. Der Gewichtsprozentsatz der Metallionen in den refraktären Mineralisatorteilchen beträgt bevorzugt ein Mehrfaches und insbesondere bevorzugt wenigstens das Vierfache dessen in den Teilchen hochreinen Siliciumdioxids. Die Mineralisatorteilchen sind bevorzugt Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids oder andere refraktäre Teilchen mit einer Teilchengröße <100 und bevorzugt nicht über 50 Mikrometer.

Die in den erfindungsgemäßen Kernmassen verwendeten refraktären Teilchen können eine Teilchengröße wie bei herkömmlichen Kernmassen besitzen. Für eine optimale Dichte sind die größten Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids bevorzugt etwa 75 Mikrometer, ein kleiner Prozentsatz aber könnte 150 Mikrometer oder mehr messen. Die Teilchengröße hängt bis zu einem gewissen Ausmaß von der Art des Binders und der Art der angewandten Formgebungsmethode ab. Soll der Kern durch Schlickerguß hergestellt werden, sollten die größten Teilchen unter 50 Mikrometer und bevorzugt unter 25 Mikrometer sein, und der überwiegende Anteil der Teilchen sollte nicht größer als 44 Mikrometer sein. Soll der Kern durch Spritzformen geformt werden, hat der überwiegende Gewichtsanteil der refraktären Teilchen der Kernmasse bevorzugt eine Teilchengröße von 35 bis 100 Mikrometern und ein kleinerer Teil geringere Teilchengröße.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung können ausgezeichnete Ergebnissse erzielt werden, wenn die refraktären Teilchen der Kernmasse wenigstens 40 und bevorzugt 50 bis 85 Gewichtsprozent Teilchen mit einer Teilchengröße von 35 bis 100 Mikrometern und 15 bis 50% oder mehr Teilchen mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 30 oder 40 Mikrometern aufweist.

Die Hälfte der letzten Teilchen könnten z. B. aktivierende Mineralisatorteilchen, wie zuvor beschrieben, sein. Die Teilchengröße der Mineralisatorteilchen ist bevorzugt nicht über 30 oder 40 Mikrometer, und die durchschnittliche Teilchengröße kann 1 bis 20 Mikrometer sein.

Werden Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids und Mineralisatorteilchen der geeigneten Teilchengröße und geeigneter Reinheit in der Kernmasse eingesetzt, kann die richtige Porosität im gebrannten Kern erzielt und das entglasend wirkende Material darin so verteilt werden, daß sich der Kern bei hohen Metallgußtemperaturen nicht deformiert. Ausgezeichnete Ergebnisse können z. B. erzielt werden, wenn die refraktären Teilchen der Kernmasse 80 bis 98 Gewichtsprozent Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids einer Reinheit von wenigstens 99,5 Gewichtsprozent und 2 bis 20 Gewichtsprozent aktivierender Mineralisatorteilchen mit einer Teilchengröße nicht über 50 Mikrometern umfassen, die wenigstens 0,2 Gewichtsprozent entglasend wirkender Metallionen, wie z. B. Natriumionen, enthält.

Wenn der Mineralisator getrocknete, mit Natrium stabilisierte, kolloidale Siliciumdioxidteilchen umfaßt, kann der gebrannte Kern 98 Gewichtsprozent oder mehr Siliciumdioxid enthalten und eine äußerste Einsatztemperatur über 1650°C besitzen. Dieser Kern kann einen größeren Gewichtsanteil Cristobalit nach dem anfänglichen Brennen und Kühlen enthalten und noch einen hohen Bruchmodul, z. B. 56,25 oder 63,28 kp/cm² (800 oder 900 lbs/sq.in) aufweisen. Doch kann das Brechen des Cristobalits als Folge der Abkühlung des Kerns unter die Alpha-Beta-Inversionstemperatur oder unter 200°C die Festigkeit des Kerns beträchtlich mindern.

Wenn ein Kern mit 98 Gewichtsprozent oder mehr Siliciumdioxid hergestellt werden soll, kann die Kernmasse Siliciumdioxid bildende Materialien sowie die Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids enthalten. Zahlreiche Siliciumdioxid bildende Materialien können eingesetzt werden, einschließlich flüssige, wärmehärtende Phenyl-niederalkyl-siloxan-Harze der in den US-PS 31 08 985 und 31 26 357 offenbarten Art. Diese sind auf dem Fachgebiet gut bekannt und können durch Erhitzen des Kerns auf eine Temperatur über 1000°C in Siliciumdioxid überführt werden.

Es dürfte klar sein, daß einige der erfindungsgemäß erzielten Vorteile erzielt werden können, selbst wenn die Kernmasse refraktäre Materialien oder Verunreinigungen in Mengen enthält, die die äußerste Einsatztemperatur etwa unter 1600°C senken. Zahlreiche andere refraktäre Materialien als Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkon oder Zirkonoxid können in kleinen Mengen, z. B. 10 Gewichtsprozent oder weniger, eingesetzt werden. Weitere refraktäre Materialien, die in die Kernmasse eingearbeitet werden könnten, sind Magnesiumoxid, Calciumoxid, Bariumoxid, Thoriumoxid, Strontiumoxid, Berylliumoxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Yttriumoxid, Nickeloxid und andere mit einem Schmelzpunkt über dem des Siliciumdioxids. Im allgemeinen wird angestrebt, die Verwendung beträchtlicher Mengen dieser refraktären Materialien zu vermeiden.

Die Menge an in den Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids vorhandenen Verunreinigungen der Kernmasse hängt von dem Hersteller und der Güte des Siliciumdioxids ab. Es ist nicht schwierig, handelsübliches geschmolzenes Siliciumdioxid zu finden, das für die Verwendung in Kernen gemäß der Erfindung geeignet ist, die z. B. in einem Verfahren mit gerichteter Erstarrung verwendet werden sollen. Das geschmolzene Siliciumdioxid für solche DS-Kerne enthält bevorzugt weniger als 10 TpM der unerwünschtesten Elemente, wie z. B. Wismut, Silber, Cadmium und Antimon, und weniger als 150 TpM der sehr unerwünschten Elemente, wie Blei, Zinn und Zink.

Beispielsweise könnte ein geeignetes geschmolzenes Siliciumdioxid einen DS-Kern liefern, der weniger als 1 Teil Wismut, weniger als 1 Teil Silber, weniger als 1 Teil Cadmium, weniger als 5 Teile Antimon, weniger als 40 Teile Zinn, weniger als 40 Teile Blei, weniger als 60 Teile Zink und weniger als 2000 Teile Alkali- und Erdalkalimetalle pro Million Gewichtsteile des refraktären Materials enthält. Dieser Kern könnte z. B. auch bis zu 1000 Teile Eisen, bis zu 1000 Teile Aluminium, bis zu 1000 Teile Titan und Hafnium und bis zu 400 Teile anderer Metalle, wie z. B. Nickel, Mangan, Chrom, Strontium oder Kupfer, pro Million Teile des refraktären Materials enthalten. Die unerwünschten Metallverunreinigungen sind bevorzugt in kleinen Mengen als natürliche Verunreinigungen vorhanden, aber natürlich kann ein befriedigender Kern auch hergestellt werden, der verhältnismäßig große Mengen an Oxiden von Aluminium, Eisen, Calcium, Magnesium, Hafnium oder Titan enthält. Ein geschmolzenes Siliciumdioxid enthält häufig 2000 TpM oder mehr Aluminium, und befriedigende Ergebnisse können erzielt werden, wenn die bei der praktischen Durchführung der Erfindung eingesetzte Kernmasse 1% oder mehr Aluminiumoxid enthält. Annehmbare Kerne können hergestellt werden, wenn die Gesamtmenge an Eisen, Titan, Hafnium, Magnesium und Calcium in dem refraktären Material der Kernmasse im Bereich von 1000 bis 3000 TpM oder darüber liegt, diese Menge ist aber bevorzugt kleiner als 2000 TpM.

Wie zuvor ausgeführt, ist der größere Anteil des refraktären Materials der Kernmasse bevorzugt ein geschmolzenes Siliciumdioxid verhältnismäßig hoher Reinheit, z. B. 99,5% oder mehr. Ein in der Kernmasse verwendetes geschmolzenes Siliciumdioxid könnte z. B. als natürliche Verunreinigungen bis zu 2000 Teile Aluminium, bis zu 1000 Teile Titan, bis zu 1000 Teile Hafnium, bis zu 1000 Teile Eisen, bis zu 1000 Teile Magnesium und Calcium und bis zu 300 Teile Natrium, Kalium und Lithium pro Million Gewichtsteile Siliciumdioxid enthalten.

Ein typisches hochreines geschmolzenes Siliciumdioxid würde vermutlich <100 TpM Alkalimetalle und <500 TpM Erdalkalimetalle als natürliche Verunreinigungen enthalten. Ein solches geschmolzenes Siliciumdioxid wird bevorzugt in der Kernmasse verwendet, weil es dem Kern bessere refraktäre Eigenschaften verleiht, als sie mit einem Siliciumdioxid erhalten werden könnten, das größere Mengen an entglasend wirkenden Metallionen enthält. Erfindungsgemäße Vorteile können wohl verstanden aber auch mit geschmolzenem Siliciumdioxid viel geringerer Reinheit erzielt werden.

Der erfindungsgemäße Kern wird nach dem Mischen der Kernmasse, um geeignete Verteilung des Mineralisators zu erreichen, geformt. Der Kern kann durch Schlickerguß oder nach anderen zuvor genannten Methoden gebildet und geformt werden, wird jedoch bevorzugt durch Spritzguß oder Spritzpressen hergestellt. Die Art des in der Kernmasse verwendeten Binders hängt von der Art der Formgebungsmethode ab. Der Binder kann eine organische Verbindung sein, wie z. B. ein Wachs, ein niedrig schmelzender Kautschuk, Äthylzellulose, Polystyrol, Polyvinylacetat, Polyterpenharze, polymerisierte Harze, Leinöl, Schellack, Gilsonite oder dergleichen, der für den Spritzguß oder das Spritzpressen gewöhnlich bevorzugte Binder ist eine Verbindung wie ein Äthylsilikat oder ein Silikon oder eine andere Verbindung, die bei thermischer Zersetzung Siliciumdioxid oder ein Silikat bildet.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kern auf jede geeignete Weise geformt und dann sorgfältig gebrannt, um brennbare Stoffe zu beseitigen. Der frische Kern wird bevorzugt zuerst bei bis zu etwa 500 bis 600°C gebrannt, um die organischen Verbindungen zu entfernen, dann bei einer Temperatur von 1000 bis 1400°C und bevorzugt bei 1100 bis 1200°C für beispielsweise etwa 0,5 bis 8 h und bevorzugt nicht mehr als 12 h, für eine Zeit, die ausreicht, um die gewünschte Menge an Cristobalit zu erzielen. Das Ausmaß der Entglasung sollte so begrenzt sein, daß der gebrannte Kern genügend Festigkeit behält, um mit ihm nach Abkühlen auf Raumtemperatur umgehen zu können, und sollte ausreichen, den Kern die gewünschte Menge an Cristobalit während dem Vorerhitzen vor dem Metallguß bilden zu lassen (z. B. wenigstens 60% Cristobalit nach halbstündigem Vorerhitzen).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der frische Kern, wie oben angegeben, ausreichend lange gebrannt, um 35 bis 60 Gewichtsprozent Cristobalit und bevorzugt 40 bis 55 Gewichtsprozent (insbesondere bevorzugt 40 bis 50%) zu erhalten.

Ist das Brennen abgeschlossen, wird der Kern auf unter 200°C und unter die Alpha-Beta-Inversionstemperatur abgekühlt oder man läßt ihn auf eine solche Temperatur abkühlen, bei der der Kern während der Lagerung gehalten werden kann (d. h. auf Raumtemperatur oder unter 100°C). Als Folge des Abkühlens treten Risse auf, und der Kern verliert an Festigkeit, behält aber genügend Festigkeit für die folgende Handhabung. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur (d. h. 25°C) hat der Kern einen Bruchmodul von wenigstens 49,21 und bevorzugt 56,25 bis 70,31 kp/cm² (700 bzw. 800 bis 1000 lbs/sq.in) oder darüber, um genügend Festigkeit für das Wachseinspritzen zu besitzen. In manchen Fällen können die Kerne verwendet werden, selbst wenn der Bruchmodul nur 35,15 kp/cm² (500 lbs/sq.in) ist.

Die Kernmasse und der Brennvorgang werden so gesteuert, daß sie einen Kern der gewünschten Dichte und Größe liefern, und können so reguliert werden, daß sehr enge Toleranzen eingehalten werden, wenn der Kern beispielsweise durch Spritzguß hergestellt wird. Die Schrumpfung liegt unter 3% und wird beim Brennen gewöhnlich deutlich unter 2% sein. Die Zusammensetzung des Kerns wird so gewählt, daß der Kern eine Porosität von 20 bis 40 Volumenprozent und bevorzugt wenigstens 25 Volumenprozent nach dem Brennen hat, so daß der Kern in einer Ätzlösung leicht auslaugbar ist.

Das Brennen des frischen Kerns führt zu einem Verdampfen oder Verlust eines Teils des Mineralisators und kann z. B. zu einem beträchtlichen Verlust an Natriumionen führen, insbesondere, wenn der Mineralisator ein Natriumsalz oder dergleichen ist. Die Menge des Mineralisators wird so gewählt, daß nach dem Brennen der Kern die gewünschte Menge an entglasend wirkenden Metallionen enthält (z. B. wenigstens 0,02 und bevorzugt wenigstens 0,03 Gewichtsprozent).

Wie zuvor beschrieben sollte der erfindungsgemäße gebrannte Kern chemisch inert gegenüber geschmolzenen Superlegierungen sein und bevorzugt wenigstens 95 Gewichtsprozent Siliciumdioxid oder eine solche Menge enthalten, daß der Kern seine Steifigkeit bei einer Temperatur von 1600°C und bevorzugt 1650°C behält.

Die erfindungsgemäß gebrannten Kerne können bei Raumtemperatur lange Zeit vor der Verwendung gelagert werden. Sie enthalten gewöhnlich wenigstens 40 Gewichtsprozent Alpha- Cristobalit, der in Beta-Christobalit umgewandelt wird, wenn die Kerne erneut über 300°C erhitzt werden.

Bevor jeder Kern für den Metallguß eingesetzt wird, wird er in einer refraktären Außenform in eine vorbestimmte Position gebracht. Die Außenform kann nach irgendeinem geeigneten Formgebungsverfahren hergestellt werden und wird bevorzugt aus fein zerteilten refraktären Teilchen hergestellt, wie z. B. fein zerteiltem Siliciumdioxid, Zirkon oder Aluminiumoxid. Die Außenform ist bevorzugt eine refraktäre Schalengußform und wird bevorzugt um ein zerstörbares Modell aus Wachs, erstarrtem Quecksilber oder anderem zerstörbarem Material gebildet. Ein solches Modell kann z. B. um den Kern herum geformt und dann wiederholt in einen Keramikbrei getaucht werden, um eine herkömmliche mehrschichtige Schalengußform aufzubauen.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung werden die gebrannten Siliciumdioxidkerne vorzugsweise in einem herkömmlichen Ausschmelzverfahren (mit verlorenem Wachs) eingesetzt, wie es allgemein in der US-PS 29 61 751 oder 29 32 864 offenbart ist. Bei einem solchen Verfahren wird der Kern (z. B. ein Kern der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Art) in eine Hohlform gebracht, und Wachs oder ein anderes Material für verlorene Formen wird um den Kern herum eingespritzt. Eingießteile werden auch eingespritzt und können zusammen mit den Wachsmodellen zu Trauben vereinigt werden. Die Wachstraube einschließlich der Siliciumdioxidkerne gemäß der Erfindung wird dann in einen Keramikbrei getaucht, mit refraktären Teilchen eingestäubt und getrocknet, wie z. B. in der US-PS 29 32 864 offenbart. Wie in dieser Druckschrift erklärt, werden diese Stufen vier- bis zehnmal oder noch häufiger wiederholt, um eine mehrschichtige Schalengußform der gewünschten Wandstärke aufzubauen. Das Ganze einschließlich Form, Kern und Modell, wird dann gründlich getrocknet, und das Wachs und das andere Modellmaterial wird entfernt. Das Entfernen des Wachses erfolgt am häufigstens durch Autoklavenbehandlung und rasches Erhitzen.

Nach dem Entfernen des Wachses oder des Modells können die Schalengußform und der eingeschlossene Kern in herkömmlicher Weise gebrannt werden, um der Schalengußform die nötige Festigkeit zu verleihen. Sie kann z. B. 10 min bis 1 h bei einer Temperatur von 800 bis 1100°C gebrannt werden. Das Brennen kann in demselben Ofen erfolgen, wie er für das Entfernen des Wachses verwendet wurde, und kann eine Fortsetzung des Erhitzens sein, da keine Notwendigkeit besteht, das Erhitzen zu unterbrechen oder die Schalengußform aus dem Ofen zu entfernen.

Nach dem Brennen müssen die Schalengußform und der Kern unter 100°C gekühlt werden, um sie in Augenschein nehmen und handhaben zu können, und sie werden bei Raumtemperatur eine Weile gelagert, bevor sie im DS-Gießverfahren eingesetzt werden. So wird der Kern wieder der schädlichen Raumausdehnung ausgesetzt, wenn er die Alpha-Beta-Inversionstemperatur passiert.

Die Schalengußform kann aus verschiedenen refraktären Materialien hergestellt sein, wie in der US-PS 29 32 864 offenbart, Oxide und Silikate von Aluminium und Zirkon eingeschlossen. Das bevorzugte refraktäre Material ist Aluminiumoxid, und bevorzugt wird beim DS-Verfahren eine Schalengußform eingesetzt, die wenigstens 85, insbesondere bevorzugt wenigstens 95 Gewichtsprozent Aluminiumoxid enthält und sehr starke refraktäre Eigenschaften aufweist, so daß sie ihre Form bei einer Temperatur von 1650 bis 1750°C behält. Dies ermöglicht die Anwendung sehr hoher Metallgießtemperaturen, wie oben im einzelnen erläutert.

Die Erfindung führt zu einem porösen, vorgeformten Kern mit hohem Siliciumdioxidgehalt und außergewöhnlichen refraktären Eigenschaften, der 90 bis 99 Teile Siliciumdioxid auf 100 Gewichtsteile refraktären Materials einschließlich 35 bis 60 Teile Cristobalit und 65 bis 30 Teile glasartiges Siliciumdioxid enthalten kann. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung sollte ein größerer Gewichtsanteil des refraktären Materials des Kerns in Cristobalit umgewandelt sein, bevor Metallschmelze mit dem Kern in Berührung gelangen oder um ihn herumfließen kann. Wird der Kern im DS-Verfahren zum Gießen von Superlegierungen verwendet, sollte der Cristobalitgehalt wenigstens 60 Gewichtsprozent und vorzugsweise 80 bis 100 Gewichtsprozent betragen, bevor Metallschmelze in die Schalengußform gegossen wird oder um den Kern herumfließen kann.

Um den gewünschten Cristobalitgehalt vor dem Metallgießen zu erreichen, ist es wünschenswert, den Kern und die ihn umgebende Schalengußform für bis zu 1 h vorzuerhitzen, bevorzugt nicht länger als 30 min bei einer hohen Temperatur, wie z. B. 1300 bis 1600°C, unmittelbar vor dem Metallguß. Die Temperatur des Vorerhitzens liegt bevorzugt bei etwa 1400 bis etwa 1550°C, vorerhitzt wird bevorzugt für etwa 10 bis 30 min, und der Kern ist vorzugsweise so zusammengesetzt, daß wenigstens 75 bis 80 Gewichtsprozent des Siliciumdioxids in dieser Zeit in Cristobalit umgewandelt werden, bevor die Metallschmelze um den Kern herumfließen kann.

Die Zeit des Vorerhitzens wird gewöhnlich von dem Zeitpunkt an gemessen, zu dem der DS-Ofen die gewünschte Kontrolltemperatur erreicht, bis zu dem Zeitpunkt, wo die Metallschmelze in die Gußform gegossen wird, sie kann aber auch von dem Zeitpunkt an gemessen werden, zu dem mit dem Erhitzen der Gußform im Ofen begonnen wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Superlegierung den geschmolzenen Zustand erreicht und um den Kern herum zu fließen beginnt. Die letztere Messung findet Anwendung, wenn die feste Superlegierung in oder nahe an die Gußform gebracht und mit dieser bis zum Schmelzzustand erhitzt wird, bis sie um den Kern herum fließt, um die Hohlform zu füllen. Im letzteren Falle erfolgt natürlich kein gesondertes Gießen wie bei der üblicheren Methode.

Der erfindungsgemäße Kern kann unterschiedliche Mengen Mineralisator und unterschiedliche Mengen Cristobalit enthalten, bevor mit dem obigen Vorerhitzen begonnen wird, und die Umwandlungsgeschwindigkeit für Cristobalit kann beträchtlich variieren, sie sollte aber groß sein, um zu ausreichender Festigkeit zu führen, wenn das Metall bei hoher Temperatur, wie z. B. 1600°C oder darüber, gegossen wird. Im allgemeinen sollte ein Kern zu Beginn des Vorerhitzens eine solche Zusammensetzung haben, daß wenigstens 75 Gewichtsprozent des Siliciumdioxids nach dem Vorerhitzen des Kerns für 1 h bei 1400°C in Cristobalit umgewandelt sind, bevorzugt eine solche Zusammensetzung, daß der Kern wenigstens 60 Gewichtsprozent Cristobalit nach halbstündigem Vorerhitzen bei 1400°C enthält.

Wenn der gebrannte Kern einen kleineren Anteil an Cristobalit, z. B. 35 Gewichtsprozent oder weniger, zu Beginn des DS-Vorerhitzens enthält, sollte er genügend Mineralisator enthalten, um eine hohe Cristobalit-Bildungsgeschwindigkeit zu haben. Zum Beispiel sollte ein solcher Kern einen größeren Anteil an Cristobalit, z. B. 60 bis 80 Gewichtsprozent, nach halbstündigem Vorerhitzen auf 1400 bis 1600°C und bevor die Metallschmelze mit dem Kern in Berührung gelangt oder um ihn herumfließt, enthalten.

Für das kommerzielle Verfahren ist es von Bedeutung, im allgemeinen gleichförmige und reproduzierbare Ergebnisse und Kerne praktisch gleicher Zusammensetzung, im wesentlichen derselben Menge an Cristobalit und demselben Prozentsatz entglasend wirkender Metallionen (d. h. 0,02 bis 0,2 Gewichtsprozent, analytisch bezogen auf das Metall als Element) in dem Zeitpunkt, zu dem die Metallschmelze in die Hohlform einfließt, zu liefern. Aus diesen Gründen und aufgrund der Notwendigkeit einer hohen äußersten Einsatztemperatur sollten die refraktären Teilchen der Kernmasse hohe Reinheit und gleichförmige Zusammensetzung aufweisen, und eine vorbestimmte Menge Mineralisator sollte zugesetzt sein, um den größten Teil der benötigten, entglasend wirkenden Metallionen zu liefern. Die Verwendung refraktären Materials unterschiedlicher Reinheit, das gelegentlich genügend Alkalimetallionen enthält, um eine hohe Entglasungsgeschwindigkeit zu erzielen, ist kein annehmbarer Vorgang. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch wiederholte Verwendung vorgeformter poröser refraktärer Kerne mit im wesentlichen gleichen Eigenschaften aus, die übereinstimmend akzeptable Metallgußstücke hervorbringen.

Während die erfindungsgemäßen Kerne für den Metallguß bei jeder Temperatur gut geeignet sind, sind sie besonders für den Guß von Superlegierungen bei sehr hohen Temperaturen ausgelegt. Sie könnten DS-Kerne genannt werden, da sie für die Verwendung bei einem Verfahren mit gerichteter Erstarrung besonders geeignet sind, und sie liefern ausgezeichnete Ergebnisse, wenn das DS-Verfahren in herkömmlicher Weise durchgeführt wird, z. B. unter Anwendung von Arbeitsweisen, wie sie allgemein beschrieben sind in den US-PS 36 20 289, 36 90 267 oder 37 00 023, um zu gesteuerter Orientierung der Kristallstruktur des Metallgußstücks zu führen.

Die Erfindung kann unter Anwendung eines herkömmlichen DS- Verfahrens praktiziert werden, bei dem der Kern innerhalb einer äußeren refraktären Schalengußform angeordnet wird, um so eine Hohlform mit einem offenen Ende und vorbestimmter Abmessung und Form zu definieren, und die Form wird in einem Ofen auf eine Kokillenplatte am Boden des Hohlraums gesetzt und ausreichend lange vorerhitzt, bevor die Metallschmelze um den Kern herum oder gegen ihn fließen kann. Der Ofen kann von der Art sein, wie sie in den obigen Druckschriften offenbart ist, und weist bevorzugt eine Kokillenplatte auf, die so angebracht ist, daß sie vertikal im Ofen bewegt werden kann, und ferner eine Induktionsheizeinrichtung, wie sie in der US-PS 37 00 023 offenbart ist. Der Ofen sollte eine Inertgasatmosphäre oder Hochvakuum bieten, wobei die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn das Gießen im Vakuum erfolgt.

Beim herkömmlichen DS-Verfahren werden die Schalengußform und der Kern auf eine hohe Temperatur vorerhitzt, z. B. 1400 bis 1500°C etwa 10 bis 40 min, und die geschmolzene Superlegierung wird dann gegossen, oder man läßt sie in die Hohlform fließen. Wird das Metall gegossen, kann es in die Form bei einer Temperatur über der äußersten Einsatztemperatur des Kerns gegossen werden, und sie kann sich rasch unter letztere Temperatur abkühlen. Daher kann die Gießtemperatur gelegentlich über 1600°C liegen, wenn die äußerste Einsatztemperatur des Kerns unter 1550°C ist.

Nach dem Gießen wird die Temperatur des Metalls genau gesteuert, wobei die Kokillenplatte in herkömmlicher Weise langsam, z. B. um 152 mm/h, nach und nach gesenkt wird, um fortschreitende Erstarrung nach oben auszulösen. Teile des Metalls im oberen Teil der Hohlform werden bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt der Superlegierung, z. B. 1400 bis 1500°C, im allgemeinen für über 15 min und gewöhnlich 20 bis 60 min oder darüber gehalten. Das Erstarren des Gußstücks erfordert gewöhnlich wenigstens eine halbe Stunde und kann zuweilen 1 h bis 1,5 h dauern, bevor die Schalengußform und die erstarrten Gußteile aus dem Ofen genommen werden.

Nach der Entnahme der Schalengußform aus dem Ofen kann sie vom Gußstück weggebrochen werden, und der im Gußstück verbliebene poröse Kern kann durch Herauslösen entfernt werden. Das Auslaugen kann in einem Autoklaven mit 30- bis 40%iger wäßriger Natriumhydroxidlösung bei einer Temperatur von z. B. 150 bis 200°C erfolgen.

Da der erfindungsgemäße Kern einen hohen Prozentsatz Cristobalit zu dem Zeitpunkt enthält, zu dem die Metallschmelze gegen und um den Kern herum zu fließen beginnt, kann dieser dem Durchsacken oder der Deformation widerstehen, wenn das DS-Verfahren bei hohen Temperaturen durchgeführt wird. Die Kerne ermöglichen somit die Herstellung von Gußstücken mit engen Toleranzen und hoher Dimensionsgenauigkeit.

Bislang hatten vorgeformte poröse refraktäre Kerne, die im DS-Verfahren verwendet wurden, gewöhnlich eine äußerste Einsatztemperatur unter 1550°C. Bei einigen Superlegierungen war es wünschenswert, den Metallguß bei Temperaturen über 1500°C durchzuführen, was aber zum Durchsacken und zur Deformation des Kerns führte.

Mit zunehmender Metallgießtemperatur wird ein Punkt erreicht, an dem alle Gußteile durch das Zusammensinken oder Durchsacken des Kerns Mängel aufweisen. Bei etwas tieferer Temperatur ist es möglich, einige akzeptable Metallgußteile herzustellen, selbst wenn ein größerer Teil der Gußstücke Fehler hat. Auf dieser Grundlage war es möglich, DS-Metallguß bei Temperaturen über 1500°C unter Verwendung von Kernen mit einer äußersten Einsatztemperatur von weniger als 1550°C durchzuführen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Schalengußform aus einem refraktären Material, wie z. B. Aluminiumoxid, gebildet, das der Form eine äußerste Einsatztemperatur über 1650°C verleiht, und der vorgeformte Siliciumdioxidkern wird aus wenigstens 95 Gewichtsprozent Siliciumdioxid hergestellt und weist eine äußerste Einsatztemperatur von 1650 bis 1680°C oder darüber auf.

Um der Schalengußform die gewünschten starken refraktären Eigenschaften zu verleihen, wird die Form bevorzugt aus Aluminiumoxid gemacht. Die bevorzugte Schalengußform weist wenigstens 85, insbesondere bevorzugt 95 bis 99 Gewichtsprozent oder noch mehr Aluminiumoxid auf und besitzt solche refraktären Eigenschaften, daß die Schalengußform ihre Form bei einer Temperatur von 1650 bis 1750°C behält. Verfahren zur Herstellung solcher Formen mit hohem Aluminiumoxidgehalt sind auf dem Fachgebiet bekannt und sind nicht Teil der Erfindung.

Die oben beschriebene Aluminiumoxid-Schalengußform kann mit erfindungsgemäßen Kernen unterschiedlicher refraktärer Eigenschaften verwendet werden, bevorzugt mit Siliciumdioxidkernen mit einer äußersten Einsatztemperatur über 1600°C. Beispielsweise kann eine solche Aluminiumoxid-Schalengußform im DS-Verfahren mit einem Kern hohen Siliciumdioxidgehalts einer äußersten Einsatztemperatur von 1650 bis 1680°C oder darüber verwendet werden, und eine solche Form und Kern können etwa 10 bis 20 min auf eine Temperatur von 1500 bis 1600°C vorerhitzt werden, um im Kern 80 bis 100% Cristobalit zu bilden, bevor die Metallschmelze um den Kern herum fließen kann.

In einem solchen DS-Verfahren kann die Metallgießtemperatur 1650 bis 1700°C sein, und die Metallschmelze in der Schalengußform kann sich auf einer Temperatur im Bereich von 1600 bis 1650°C für 10 min oder länger während des Metallgusses halten, ohne den Kern ernsthaft zu deformieren. Wird z. B. eine Superlegierung in einem Vakuumofen nach einem solchen DS-Verfahren gegossen, können Teile der Superlegierung im oberen Teil der Schalengußform mindestens 100°C über dem Schmelzpunkt oder der Liquidus-Temperatur der Superlegierung für 10 min oder länger während der Metallerstarrung gehalten werden, wenn die Kokillenplatte allmählich gesenkt wird. Während einer solchen Erstarrung wird bevorzugt ein Hochvakuum von z. B. 10^-2 bis 2 · 10^-2 mm Hg gehalten. Die Temperatur der den Kern umgebenden Metallschmelze kann wenigstens 40 bis 50°C über der Liquidus-Temperatur für 10 bis 20 min oder länger sein. Der Hochtemperaturgradient liefert wesentlich bessere Ergebnisse beim Gießen bestimmter Superlegierungen.

Hohe Gießtemperaturen können auch von großer Bedeutung sein, wenn spezielle Superlegierungen gegossen werden, die bei sehr hohen Temperaturen schmelzen. Die Erfindung ermöglicht die Anwendung viel höherer Gießtemperaturen, als dies bislang möglich war.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch eine Reihe von Beispielen ohne Einschränkung nachfolgend veranschaulicht, wobei Zusammensetzungen, Arbeitsmethoden, Temperaturbedingungen und Art von Bindersystemen variiert werden können. Bei der Durchführung der Erfindung wird eine Charge zusammengestellt, die Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids und eine wirksame Menge Mineralisator enthält. Die Charge wird zu einem vorgeformten Kernkörper der gewünschten Gestalt geformt, und der Formkörper wird durch Erhitzen auf hohe Temperatur, z. B. 500 bis 1200°C oder darüber, ausreichend lange, z. B. 1 bis 12 h, in Abhängigkeit von der Temperatur, gebrannt, um den gewünschten Grad an Sinterung und Entglasung zu erhalten und einen Kern angemessener Festigkeit und geeigneter Porosität zu erhalten.

In den folgenden Beispielen ist der Mineralisator ein kolloidales, mit Natrium stabilisiertes Siliciumdioxid, das entglasend wirkende Natriumionen liefert, die nahe der Oberfläche der Siliciumdioxidteilchen konzentriert sind, aber es versteht sich, daß viele andere Materialien ebenfalls geeignete, Cristobalit begünstigende Mineralisatoren liefern.

Ein kolloidales Siliciumdioxid, das bequem bei der praktischen Durchführung der Erfindung eingesetzt werden kann, ist im Handel erhältlich (unter den Handelsbezeichnungen Ludox, Syton oder Nalcoag). Ein solches kolloidales Siliciumdioxid hat eine durchschnittliche Teilchengröße <1 µm und einen Feststoffgehalt von etwa 30 bis etwa 40 Gewichtsprozent und enthält eine vorbestimmte Menge an Natrium, die vom Hersteller genau gesteuert wird. Solch ein kolloidales Siliciumdioxid kann als Fluid eingesetzt werden, wird aber bevorzugt getrocknet, um das Wasser zu verdampfen, das den normalen Träger darstellt, wodurch eine Natriumquelle bekannter Konzentration entsteht. Das getrocknete, mit Natrium stabilisierte kolloidale Siliciumdioxid kann mit den Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids der Kernmasse trocken vermischt werden, um gründliche Verteilung zu gewährleisten, selbst wenn dem Gemisch anschließend eine Trägerflüssigkeit zugesetzt wird, bevor der Kern gebildet wird.

Erfindungsgemäß zusammengesetzte vorgebildete Kerne, die kolloidales, mit Natrium stabilisiertes Siliciumdioxid oder einen anderen Mineralisator enthalten, können nach irgendeinem herkömmlichen Formgebungsverfahren, wie z. B. durch Pressen, Spritzen, Spritzpressen, Stand- oder Schlickerguß, Tauchguß, Tropfguß, Strangpressen, Walzen, Sprühen usw. hergestellt werden. Die Kerne können durch Spritzen in herkömmlicher Weise, z. B. unter Anwendung der Arbeitsmethoden, wie sie allgemein in der US-PS 37 69 044 offenbart sind, gebildet werden. Eine geeignete Zusammensetzung für das Spritzen könnte z. B. wie folgt sein:

KernzusammensetzungGewichtsteile geschmolzenes Siliciumdioxid
(bis 0,074 mm; -200 Tyler mesh)64-70 organischer Träger12-15 organischer Binder 3-10 Hochtemperaturbinder 0-10 internes Gleitmittel 3-5 getrocknetes, mit Natrium stabili-
siertes, kolloidales Siliciumdioxid
(Natriumgehalt 0,75 bis
1,0 Gewichtsprozent) 3-7

Wird in der obigen Zusammensetzung eine Menge an organischem Binder von etwa 5 bis 6 Gewichtsprozent des Siliciumdioxids verwendet, kann ein gebrannter Kern angemessener Festigkeit mit einer Porosität von etwa 30 bis 35 Volumenprozent hergestellt werden, der wenigstens 40 Gewichtsprozent Cristobalit, wenigstens 0,03 Gewichtsprozent Natriumionen enthält und beim anschließenden 15minütigen Erhitzen auf 1400°C mehr als 80 Gewichtsprozent Cristobalit zu bilden vermag. Solch ein Kern kann mit einem Siliciumdioxidgehalt von 99 bis 99,5% oder mehr und einer sehr hohen äußersten Einsatztemperatur, wie etwa 1650°C, versehen werden.

Das zur Herstellung des Kerns angewandte Spritzverfahren kann von herkömmlicher Art sein, und der Träger, Binder und das Gleitmittel können ebenfalls herkömmlich sein, wie z. B. in der US-PS 35 49 736 oder 37 69 044 offenbart. Als Gleitmittel wird bevorzugt eine nichtmetallische Verbindung, wie z. B. Ölsäure oder Stearinsäure anstelle eines Metallstearats verwendet, doch können natürlich verschiedenen Stearate verwendet werden, wie z. B. n-Butylstearat, Aluminiumstearat, Ammoniumstearat, Magnesiumstearat oder dergleichen.

Die obige Kernrezeptur kann durch Ersatz von etwa 10 bis etwa 20 Gewichtsteilen des kolloidalen, mit Natrium stabilisierten Siliciumdioxidsols durch 3 bis 7 Teile getrockneten kolloidalen Siliciumdioxids modifiziert werden. Der Mischvorgang würde dann abgewandelt, indem das kolloidale Siliciumdioxidgel mit den Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids und dem organischen Binder in einem Mischer mit Sigma-Arm gemischt und diese Materialien bei einer Temperatur von z. B. 120°C bis zu mehreren Stunden getrocknet würde, bevor die übrigen Bestandteile zugesetzt würden. Sonst wäre die Arbeitsweise die gleiche, und die gemischte Kernzusammensetzung würde in der Spritzgußmaschine geformt und danach in der gleichen Weise gebrannt.

In der obigen Kernrezeptur hat das geschmolzene Siliciumdioxid eine Reinheit von wenigstens 99,5 und bevorzugt wenigstens 99,75 Gewichtsprozent und eine solche Teilchengröße, daß ein gebrannter Kern mit einer Porosität von 20 bis 40 Volumenprozent entsteht. Solch ein geschmolzenes Siliciumdioxid kann weniger als 40 TpM Alkalimetallionen und weniger als 100 TpM Erdalkalimetallionen enthalten.

Das Siliciumdioxid ist amorph, kann aber einen geringen Prozentsatz an kristallinem Siliciumdioxid enthalten. Die durchschnittliche Teilchengröße kann 30 bis 60 µm oder darüber sein, und ein kleinerer Anteil, z. B. 15 bis 20% oder mehr, kann eine Teilchengröße von <44 µm (325 Tyler mesh) haben. Gemische verschiedener Siliciumdioxid oder diese erzeugender Materialien können eingesetzt werden. Das geschmolzene Siliciumdioxid kann z. B. ein Gemisch aus 10 bis 30 Teilen Teilchen bis zu 40 µm (-325 mesh) und 40 bis 50 Teilen größerer Teilchen (44 bis 74 µm; -200, +325 mesh) umfassen oder erhebliche Mengen, z. B. 4 bis 20 Gewichtsprozent, eines Siliciumdioxid erzeugenden Binders enthalten, wie z. B. ein Silikonharz, ein Silikonöl oder dergleichen, das nach dem Brennen des Kerns amorphes Siliciumdioxid bildet. Ausgezeichnete Ergebnisse können auch erhalten werden, wenn 10% der refraktären Teilchen Zirkonteilchen sind.

Bei der obigen allgemeinen Kernrezeptur kann das kolloidale, mit Natrium stabilisierte Siliciumdioxid in herkömmlicher Weise getrocknet werden, wird aber bevorzugt sprühgetrocknet oder gefriergetrocknet.

Beispiele für spezielle Kernzusammensetzungen zur erfindungsgemäßen Verwendung sind wie folgt:

Kernrezeptur Nr. 1Gewichtsteile geschmolzenes Siliciumdioxid64,1 organischer Träger13,0 organischer Binder 3,9 Hochtemperaturbinder 7,8 internes Gleitmittel 4,6 getrocknetes, mit Natrium stabili-
siertes kolloidales Siliciumdioxid
(Ludox HS-30,
Natriumgehalt 0,87 Gewichtsprozent) 6,6

Kernrezeptur Nr. 2Gewichtsteile geschmolzenes Siliciumdioxid70,4 organischer Träger13,0 organischer Binder 3,9 Hochtemperaturbinder 7,8 internes Gleitmittel 4,6 vermahlenes Natriumsilikatglas,
bis zu 44 µm (-325 mesh)
(20% Na₂O-80% SiO₂) 0,3

Die Rezepturen Nr. 1 und Nr. 2 wurden in einem herkömmlichen Mischer mit Sigma-Arm gemischt. Bevorzugt werden die trockenen Bestandteile einschließlich des geschmolzenen Siliciumdioxids, des Mineralisators und gelegentlich des organischen Binders vor dem Zusatz der übrigen Komponenten des Gemischs vermischt. Der organische Träger, das Gleitmittel und der Hochtemperaturbinder, sofern zugesetzt, können in jeder geeigneten Weise gründlich gemischt werden, z. B. in einem flüssigen Träger oder einem organischen Lösungsmittel, bevor sie den trockenen Bestandteilen in dem Mischer mit Sigma-Arm zugesetzt werden. Verbesserte Homogenität kann auch durch Erhitzen des Gemischs in dem Mischer mit Sigma-Arm erzielt werden.

Vor und während dem Spritzguß wird die Temperatur des Gemischs auf etwa 65 bis etwa 90°C oder darüber erhöht, um das Einfließen in die Hohlform zu erleichtern. Nachdem der frische Kern aus der Form entfernt ist, wird langsam auf etwa 500 bis 600°C erhitzt, um die organischen Komponenten zu entfernen und zu zersetzen. Dann werden die Kerne bei einer Temperatur über 1000°C und bevorzugt 1100 bis 1200°C für bis zu 3 h gebrannt, um die nötige Festigkeit für die nachfolgende Handhabung zu schaffen und 40 bis 50% des Siliciumdioxids in Cristobalit umzuwandeln.

Die physikalischen Eigenschaften der aus der Kernrezeptur Nr. 1 und Nr. 2 hergestellten Proben sind nachfolgend angegeben:

Mit beiden Rezepturen hergestellte Proben wurden 15 min auf 1375°C vorerhitzt, was einer typischen Vorerhitzung, wie sie bei gerichteter Erstarrung angewandt wird, gleichkommt. Der Cristobalitgehalt der Proben wurde nach diesem Wärmezyklus erneut bestimmt. Proben beider Rezepturen hatten Cristobalit-Gehalte von mehr als 80 Gewichtsprozent nach dieser simulierten Vorerhitzungsbehandlung. Weitere Proben aus diesen Rezepturen wurden nach dem Brennen bei 1100 bis 1200° rasch erhitzt, um die Temperatur zu bestimmen, bei der sich eine vertikal gehaltene Probe unter ihrem Eigengewicht deformieren würde. Für beide Rezepturen zeigte sich, daß diese Temperatur <1650°C war.

Nach dem Brennen eines frischen Kerns aus einer der obigen Rezepturen, wie oben angegeben, kann dieser in der Spritzgußform einer Wachseinspritzvorrichtung angeordnet und geschmolzenes Wachs um den Kern herum eingespritzt werden, um ein verlorenes Modell zu bilden. Danach können Modell und Kern wiederholt in einen Keramikbrei getaucht und im Trockentunnel getrocknet werden, wie er in der US-PS 23 92 864 offenbart ist, um eine mehrschichtige Schalengußform herzustellen, die das Modell umgibt.

Die getrocknete Schalengußform kann nach jeder geeigneten Methode von Wachs befreit werden, z. B. durch Einbringen in einen Ofen bei hoher Temperatur, z. B. 800 bis 1000°C, und kann dann mit dem Kern 10 min bis 1 h bei einer Temperatur von 850 bis 1100°C gebrannt werden. Nach dem Brennen werden sie auf Raumtemperatur gekühlt und bis zur Verwendung gelagert.

Wenn Gußform und Kern zum Gießen von Superlegierungen auf Nickelbasis oder Kobaltbasis mit gerichteter Erstarrung verwendet werden sollen, werden sie vorzugsweise auf einer Kokillenplatte in einem Vakuumofen vor dem Metallguß vorerhitzt. Beispielsweise können die Schalengußform und der Kern etwa 15 min in einem solchen Vakuumofen bei einer Ofentemperatur von rund 1480 bis 1500°C vorerhitzt werden, um den Kern auf eine Temperatur von etwa 1380 bis 1400°C vorzuerhitzen und wenigstens 75% des Siliciumdioxids in Cristobalit umzuwandeln, bevor der Metallguß beginnt. Die geschmolzene Superlegierung kann bei einer Temperatur von 1620°C oder darüber ohne ernsthaftes Zusammensacken oder Verwinden des Cristobalitkerns gegossen werden, weil der Kern seine Steifigkeit bei Temperaturen oberhalb 1650°C behalten kann. Dies trifft für herkömmliche Kerne mit hohem Siliciumdioxidgehalt nicht zu, die bei Temperaturen unter 1600°C zusammensackten.

Nach dem Eingießen des Metalls in die Schalengußform und um den Kern herum beginnt das Metall auf der Kokillenplatte zu erstarren, und die Temperatur des Metalls wird gesenkt, in dem Maße, wie die Kokillenplatte allmählich in einer Richtung weg von der Induktionsheizzone des Ofens abgesenkt wird. Dies läßt das Metall nach und nach über etwa 1 h erstarren, bis die Erstarrung abgeschlossen ist.

Die Form wird dann dem Ofen entnommen, die äußere Schale wird vom Metallgußteil weggebrochen, und das Gußteil oder Gußstück wird in geschmolzener Ätzlauge oder in Laugelösung ausgelaugt, um den Kern zu entfernen.

Die beim vorstehend beschriebenen Vakuumverfahren mit gerichteter Erstarrung angewandte Arbeitsweise kann herkömmlich sein, mit Ausnahme der neuen Kernzusammensetzung. Der erfindungsgemäße Kern ist für ein solches Verfahren ideal aufgrund seiner hervorragenden refraktären Eigenschaften und führt zu Gußstücken hervorragender Qualität.

Die obige Kernrezeptur kann zu einem erfindungsgemäßen Kern mit einer äußersten Einsatztemperatur von etwa 1650 bis 1680°C oder darüber führen, was von den besonderen, darin verwendeten Verbindungen abhängt. Ist das interne Gleitmittel oder das Formentrennmittel Ölsäure, Stearinsäure oder ein anderes Material, das die refraktären Eigenschaften nicht ernsthaft mindert, dann kann der Kern eine extrem hohe äußerste Einsatztemperatur haben. Ist jedoch das Gleitmittel ein Metallstearat, dann ist die äußerste Einsatztemperatur niedriger.

Die äußerste Einsatztemperatur hängt von den mit den Teilchen geschmolzenen Siliciumdioxids gemischten Materialien für die Bildung der Kernmasse sowie von deren Mengen ab. Eine sehr hohe äußerste Einsatztemperatur kann durch Verwendung von kolloidalem, mit Natrium stabilisiertem Siliciumdioxid oder anderem fein zerteiltem Siliciumdioxid als Mineralisator und durch Verwendung von Teilchen hochreinen Siliciumdioxids als refraktärem Material erreicht werden.

Gute Ergebnisse können unter Verwendung anderer Mineralisatoren, wie z. B. der Alkalimetallsilikate, erzielt werden. Beispielsweise kann das kolloidale Siliciumdioxid in der obigen Kernrezeptur durch eine Menge eines Natriumsilikats im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 2 Gewichtsprozent der refraktären Teilchen ersetzt werden, wobei das Silikat 20 Gewichtsprozent oder mehr Natriumoxid enthält.

Der Ausdruck "Teile" bedeutet Gewichtsteile, und alle Prozentsätze können als auf das Gewicht bezogen gewertet werden, sofern der Zusammenhang nichts anderes erkennen läßt. Die Porosität des Kerns ist als Volumenprozent angegeben.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung eines porösen, refraktären Kerns für eine äußerste Einsatztemperatur von 1600°C, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß ein grüner Kern aus einer Mischung geformt wird, die einen Binder, fein zerteilte Partikel eines Mineralisators und fein zerteilte Partikel eines glasartigen hochreinen Siliziumdioxids enthält, das in der Mischung in einer Menge von mindestens 80%, bezogen auf das Gewicht der feuerfesten Partikel, vorliegt,
• b) daß der grüne Kern bei einer Temperatur von mindestens 1000°C gebrannt wird, um eine Teilentglasung des Siliziumdioxids zur Bildung eines porösen, gebrannten Kerns zu bewirken, wobei das Brennen kontrolliert wird und die Anteile des Siliziumdioxids und des Mineralisators in der Mischung so gewählt werden, daß der gebrannte Kern nicht weniger als 0,03 Gew.-% entglasend wirkender Metallionen und mindestens 90 Gew.-% Siliziumdioxid enthält, und
• c) daß der gebrannte Kern auf eine Temperatur unter 200°C abgekühlt wird zur Bildung eines gekühlten, gebrannten Kerns, der einen Bruchmodul von mindestens 49 kPa/cm² aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineralisator in einer Menge von mindestens 1%, bezogen auf das Gewicht der feuerfesten Partikel, bei einer Partikelgröße von nicht mehr als 50 µm und mit mindestens 0,1 Gew.-% entglasend wirkender Ionen verwendet wird, die die Cristobalitbildung begünstigen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineralisator in einer Menge von mindestens 2%, bezogen auf das Gewicht der feuerfesten Partikel, verwendet wird und daß als Mineralisatorpartikel feuerfeste Partikel mit einer größeren Konzentration an entglasend wirkenden Ionen an der Oberfläche als im Zentrum verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der grüne Kern während einer Zeitspanne ausreichend zur Bildung eines gebrannten Kerns mit mindestens 35 Gew.-% Cristobalit gebrannt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der grüne Kern während einer Zeitspanne gebrannt wird, daß der gebrannte Kern nicht mehr als 55 Gew.-% Cristobalit enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gebrannte Kern nicht mehr als 0,2 Gew.-% entglasend wirkender Ionen und weniger als 2 Gew.-% Aluminiumoxid enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gebrannte Kern nicht mehr als 5 Gew.-% feuerfester Bestandteile anders als Siliziumdioxid, Zirkon oder Zirkonoxid enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 95 Gew.-% des gebrannten Kerns aus Siliziumdioxid bestehen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der grüne Kern durch Spritzformen der Mischung nach dem Schritt a. hergestellt wird.

10. Verwendung eines Kerns nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bei einem Metallgießverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern innerhalb einer feuerfesten Form angeordnet und mit dieser auf eine Temperatur von mindestens 1300°C für eine Zeitspanne vorgeheizt wird, die ausreicht, daß eine weitere Entglasung des Kerns erfolgt, dies derart, daß mindestens 75 Gew.-% Siliziumdioxid in dem Kern in der Form von Cristobalit vorliegt, bevor das geschmolzene Metall in den Formhohlraum eingefüllt wird.

11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerwärmungstemperatur nicht höher als 1600°C liegt und daß die Vorerwärmung für eine Zeitspanne stattfindet, daß mindestens 80 Gew.-% des Siliziumdioxids des Kerns in der Form von Cristobalit vorliegen.

12. Verwendung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Form durch Bildung eines verlorenen Modells um den Kern herum, durch Bildung einer mehrschichtigen feuerfesten Schale rund um das Modell, durch Zerstören des Modells, durch Brennen der Schale und des Kerns und durch Kühlen der gebrannten Schale und des gebrannten Kerns unter 200°C hergestellt wird.

13. Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall eine Superlegierung auf der Basis von Nickel oder Kobalt ist, die in die Form bei einer Temperatur von mindestens 1500°C eingefüllt und direkt verfestigt wird, indem die Form und der Kern auf einer Abschreckplatte am Boden des Formhohlraums abgesetzt werden und die Abschreckplatte so eingestellt wird, daß sie eine fortschreitende Verfestigung der Superlegierung vom Boden des Formhohlraums aus zu dessen Oberteil hin bewirkt, wobei die obere Fläche der Superlegierung in der Form auf einer Temperatur oberhalb 1400°C für mindestens 20 Minuten gehalten wird.