DE2909844C2

DE2909844C2 -

Info

Publication number: DE2909844C2
Application number: DE2909844A
Authority: DE
Inventors: Roy Chester Boca Raton Fla. Us Feagin
Original assignee: Remet Corp Chadwicks Ny Us
Current assignee: Remet Corp Chadwicks Ny Us
Priority date: 1978-03-20
Filing date: 1979-03-13
Publication date: 1990-02-08
Also published as: GB2017118B; GB2017118A; FR2420383A1; DE2909844A1; US4196769A; FR2420383B1; JPS54130438A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer neuen Gießform zur Verwendung bei der richtungsmäßigen Ver festigung und zum Gießen von Legierungen, die reaktive Kom ponenten enthalten. Es wird ein Bindemittel verwendet, wel ches ein faserartiges kolloidales Aluminiumoxid in wäßriger Dispersion umfaßt und das im wesentlichen von Siliziumdioxid frei ist. Die resultierende Gießform ist besonders gut zum Gießen von Legierungen auf der Basis von Nickel und Kobalt, die relativ reaktive Bestandteile, wie Zirkon, Aluminiumoxid und Titan enthalten, geeignet.

Das vorherrschende Verfahren zur Herstellung von kleinen und komplizierten Gußkörpern, beispielsweise von Turbinenklingen, -schaufeln, -düsen und vielen anderen Teilen ist das kerami sche Gießformverfahren. Es wird eine Gruppe von expandierba ren Modellen der zu gießenden Teile, beispielsweise aus Wachs, hergestellt und zu einem Büschel angeordnet. Das Büschel wird sodann in eine keramische Aufschlämmung eingetaucht, heraus genommen, und ein grobes feuerfestes Material wird auf den Überzug aus der nassen Aufschlämmung aufgesprenkelt. Dann wird erhärten gelassen. Dieses Verfahren wird mehrfach wieder holt, bis eine genügende Dicke des keramischen Materials auf dem Wachsmodell erhalten worden ist. Ein Trocknen oder ein chemisches Härten kann mit jeder Schicht durchgeführt wer den. Nach Erzielung der Enddicke wird die gesamte Zusammen stellung gehärtet oder getrocknet. Das Wachs wird sodann durch eine geeignete Technik entfernt, beispielsweise in einem Dampfautoklaven oder durch Erhitzen der Form, um das Wachs herauszuschmelzen. Die Form wird hierauf auf eine geeignete Temperatur vorerhitzt und das Metall in die resultierende Form eingegossen.

Anstelle von Wachs kann das expandierbare Modell auch aus Polystyrol, mit Kunststoff modifiziertem Wachs und derglei chen hergestellt werden.

Die üblichen feuerfesten Materialien, die in diesem System verwendet werden, sind geschmolzenes Siliziumdioxid, kri stallines Siliziumdioxid, Aluminosilikate, Zirkon und Alu miniumoxid.

Bislang wurde die Bindung dieser feuerfesten Teilchen zum größten Teil mittels einer alkoholischen Lösung von hydro lisiertem Äthylisilikat oder einer kolloidalen Dispersion von Siliziumdioxid in Wasser durchgeführt. Nach dem Trocknen der Gießformen wirkt das Siliziumdioxid als Bindemittel für die säurefesten Teilchen. Typische keramische Gießformprozesse werden beispielsweise in den folgenden US-PS: 31 65 799, 39 33 190, 30 05 244 und 39 55 616 beschrieben.

Die Nachteile der mit Siliziumdioxid gebunden Gießformen tre ten insbesondere bei der Richtungsverfestigungstechnik eines Gußkörpers zutage.

Eine solche Technik ist entwickelt worden, um Gußkörper mit richtungsmäßig verfestigten Körnern herzustellen, die beson ders gut für die Herstellung für Turbinenklingen oder Turbi nenschaufeln geeignet sind. Dabei hat die Schaufel Längskör ner, wodurch als Ergebnis der Kornstruktur Hochtemperaturei genschaften erhalten werden. Eine derartige Technik wird zum Beispiel in der US-PS 32 60 505 beschrieben. Wegen der nied rigen Kühlraten werden die gegossenen Legierungen, die viel mals einige relativ reaktive Bestandteile enthalten, der hei ßen Form über lange Zeitspannen ausgesetzt. Bei Siliziumdioxid bindungen führt ein solches Aussetzen zu einer Reaktion des Bindemittels mit gewissen Legierungen, und ein Gußkörper mit relativ schlechter Oberfläche und relativ schlechten Hochtem peratureigenschaften wird erhalten.

Wenn weiterhin eine Legierung in eine keramische Form, die bei normalen Gießvorgängen eine Temperatur von etwa 982°C hat, eingegossen wird, dann verfestigt sich die Legierung fast sofort, oder sie verfestigt sich unmittelbar angren zend an die Form, was auf die große Temperaturdifferenz zu rückzuführen ist. Diese Verfestigung bedeutet eine Kristall bildung, und demgemäß kommt der Gußkörper als gleichachsiger Korngußkörper heraus. Bei der richtungsmäßigen Verfestigung geht man so vor, daß man das Kristallwachstum von der Basis einer Schaufel startet, um beispielsweise das Wachstum ver tikal oder in Längsrichtung vorzunehmen, um zur Erzielung bester Ergebnisse einen langen Kristall in Richtung der Schau fellänge zu bilden. Je geringer der Unterschied zwischen der Metalltemperatur und der Formtemperatur ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß dies erzielt werden kann. Idealerweise sollte die Form sich mindestens beim Verfesti gungspunkt der Legierung oder darüber befinden, so daß, wenn das Metall eingegossen wird, es sich nicht sofort angrenzend an die Formoberfläche verfestigt. Wenn jedoch das Kühlen von jeder Richtung kontrolliert werden kann, dann wird dies ge wünschtenfalls durchgeführt. Mit Formen mit höheren Tempera turen als normale Gießtemperaturen kann daher eine bessere Kontrolle der Kornstruktur erhalten werden. Die allgemeine maximale Arbeitstemperatur ist derzeit eine Formtemperatur von etwa 1371°C. Oberhalb dieser Temperatur erweichen die Siliziumdioxidbindungen, die normalerweise verwendet werden, und die Reaktivitätsprobleme werden erhöht.

Ein Versuch, die Reaktivitätsprobleme bei Siliziumdioxid formen zu überwinden, wird in der US-PS 39 33 190 beschrie ben. Diese bezieht sich auf die Verwendung eines Aluminium polyoxychlorid-Bindemittels mit einem feuerfesten Aluminium oxidmaterial zur Herstellung der Form. Dieser Bindemitteltyp hat jedoch eine sehr schlechte Grün- und Hochtemperaturfe stigkeit, wodurch es schwierig wird, die Form zu entwachsen, ohne daß eine Rißbildung erfolgt und die Formoberfläche zer stört wird. Weiterhin ist das Aluminiumpolyoxychlorid in Dampf löslich, und die Form kann in diesem Fall daher nicht im Autoklaven entwachst werden.

Von einigen Autoren wurde auch schon festgestellt, daß Alu miniumoxid bei den meisten Legierung auf Nickel- und Kobalt basis, die geringere Mengen von reaktiven Komponenten enthal ten, im Vergleich zu Siliziumdioxid relativ inert ist. Je doch ist bislang noch keine zufriedenstellende All-Aluminium oxid-Gießform entwickelt worden.

Durch die Erfindung soll ein verbesserter feuerfester Hoch temperaturüberzug zur Verfügung gestellt werden.

Durch die Erfindung soll weiterhin eine verbesserte Hoch temperatur-Gießform zur Verfügung gestellt werden.

Durch die Erfindung soll weiterhin eine im wesentlichen All- Aluminiumoxid-Endgießform zur Herstellung von richtungsmäßig verfestigten Gußkörpern zur Verfügung gestellt werden.

Durch die Erfindung soll weiterhin eine nicht-reaktive Form oberfläche für Legierungen, die reaktive Komponenten enthal ten, zur Verfügung gestellt werden.

Erfindungsgemäß wird nun ein Bindemittel zur Herstellung der Gießform verwendet, das faserartiges kolloidales Aluminium oxid in wäßriger Dispersion enthält, wobei das Bindemittel im wesentlichen von Siliziumdioxid frei ist.

Durch Verwendung des genannten Bindemittels erhält die re sultierende Form eine ausgezeichnete Grünfestigkeit, wodurch eine Entwachsung in einem Autoklaven oder durch andere Maß nahmen erleichtert wird.

Die erfindungsgemäß hergestellte Form hält auch eine genü gende Festigkeit während des Entwachsungsvorgangs bei, daß eine Rißbildung der Form vermieden wird. Sie hat weiterhin eine genügende Festigkeit, daß vor Erhitzungstemperatur bis zu 1704°C, beispielsweise 1510°C bis 1704°C, gestattet wer den.

Aufgrund der Tatsache, daß ein Allaluminiumoxidsystem vor gesehen ist, können Legierungen, die reaktive Komponenten, wie Nickel, enthalten, und Legierungen auf Kobaltbasis, die Hafnium, Zirkon, Wolfram, Aluminium, Titan, Niob, Molybdän, Kohlenstoff, Silizium, Mangan und/oder Yttrium enthalten, gegossen werden, ohne daß nachteilige Effekte, die auf die Reaktivität zurückzuführen sind, in Kauf genommen werden müssen.

Bei dem Grundverfahren zur Herstellung der Gießform geht man so vor, daß man ein expandierbares Modell des zu gießenden Teils hergestellt, das expandierbare Modell in eine Aufschläm mung eines keramischen Pulvers und eines Bindemittels ein taucht, um einen feuchten Überzug auf dem Wachsmodell zu bilden, ein grobes feuerfestes Pulver auf den feuchten Über zug aufsprenkelt, den feuchten Überzug trocknet und das Ein tauchen, Aufsprenkeln und Trocknen wiederholt, wodurch die Gießform bis zu der gewünschten Dicke aufgebaut wird.

Als Bindemittel wird erfindungsgemäß faserartiges kolloida les Aluminiumoxid, als wäßriges Sol verwendet. Das Bindemittel ist im wesentlichen von Sili ziumdioxid frei, um die oben beschriebenen Reaktivitäts probleme zu vermeiden. Das erfindungsgemäß verwendete kolloi dale Aluminiumoxid-Bindemittel kann gemäß den US-PS 29 15 475 und 30 31 417 sowie dem Artikel von Bugosh, J. Phys. Chem. 1789-1798 (Oktober 1961) hergestellt werden.

Das Material wird von Bugosh als ein Material mit einem Git ter vom Boehmit-Typ beschrieben.

Eine von diesem Material aufgenommene elektronenmikroskopi sche Aufnahme zeigt eine faserartige verschlungene Struktur. Es wird angenommen, daß diese Struktur eine wesentliche Ei genschaft für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist.

Durch das Trocknen wird dem feuerfesten Material in der Auf schlämmung eine hohe Grünfestigkeit verliehen. Dieses Sol wird zweckmäßigerweise im pH-Bereich von 3,0 bis 4,5 mit einer organischen oder anorganischen Säure, je nach den gewünschten Eigenschaften, stabilisiert. Das Sol wird zweckmäßigerweise in Konzentration von bis zu 10 Gew.-% Al₂O₃ verwendet. Bei höheren Konzentrationen besteht die Nei gung zur Gelbildung.

Durch das Trocknen und Erhitzen verändert sich das Aluminium oxidsol von einem amorphen zu γ-Aluminiumoxid, Z-Aluminium oxid und α-Aluminiumoxid, und zwar je nach den Erhitzungs temperaturen. Da die Bindung im wesentlichen aus reinem Alu miniumoxid nach dem Trocknen und Calcinieren besteht, hat sie einen sehr hohen Schmelzpunkt. Der Schmelzpunkt der von Gitzen in dem Buch "Alumina as a Ceramic Material" auf Seite 64 angegeben wird, ist 2051 ± 9,7°C ( α-Aluminiumoxid). Das Aluminiumoxidsol-Bindesystem ergibt daher beim Vermischen mit feuerfestem Aluminiumoxid, z. B. tafelförmigem Aluminiumoxid oder geschmolzenem Aluminiumoxid, eine überlegene feuerfeste Bindung mit einer hohen Wärmeverzerrungstemperatur. Es soll ten daher Formvorerhitzungstemperaturen, die an 2000°C heran gehen, angewendet werden, ohne daß die Form erweicht.

Die Verwendung eines nicht-faserartigen kolloidalen Aluminium oxidsol-Bindemittels, beispielsweise gemäß der US-PS 39 35 023, ergibt nicht-zufriedenstellende und instabile Aufschlämmungen, welche Überzüge mit schlechter Festigkeit, die sich von der Wachsform abschuppen, ergeben.

Je nach dem Anwendungszweck kann eine Vielzahl von feuerfesten Materialien, wie beschrieben, verwendet werden.

Geeignete feuerfeste Materialien sind zum Beispiel Quarz, geschmolzenes Siliziumdioxid, monoklines Zirkondioxid, sta bilisiertes elektrisch geschmolzenes Zirkonoxid, Mullit, Aluminosilikate, calciniertes Aluminiumoxid, geschmolzenes Aluminiumoxid, Cerdioxid und Yttriumoxid.

Im Falle von richtungsmäßig verfestigten Gußkörpern wird am besten Aluminiumoxid oder ein nicht-reaktives feuerfestes Material verwendet. Typische Beispiele für geeignete feuer feste Aluminiumoxidprodukte sind geschmolzenes Aluminiumoxid oder tafelförmiges Aluminiumoxid. Stabilisiertes Zirkondioxid mit einer sehr ho hen Erweichungstemperatur kann gleichfalls für Hochtempera turformstrukturen verwendet werden. Yttriumoxid, das gleich falls eine sehr niedrige Reaktivität gegenüber reaktiven Me tallen hat, kann für Formoberflächen, die mit dem Aluminium oxidsol gebunden sind, zweckmäßig sein.

Eine Säure, wie HCl, kann in den Aufschlämmungen von Alumi niumoxidsol und Aluminiumoxid verwendet werden, um das Alu miniumoxidsol in einem stabilisierten Zustand zu halten, da es die Neigung hat, außerhalb des normalen stabilen Berei ches zu gelieren. Da die verschiedenen feuerfesten Materia lien gewisse sehr geringe Mengen von Verunreinigungen, wie z. B. von Alkalien, enthalten, was insbesondere bei dem han delsüblichen tafelförmigen Aluminiumoxid zutrifft, übt die geringfügig saure Natur des Aluminiumoxidsols einen Effekt auf das Alkali in den verwendeten feinen Mehlen aus, und der pH-Wert des Sols verändert sich daher. Die Säure wird dazu verwendet, um das Sol über den verwendeten Anwendungs zeitraum der Aufschlämmung im stabilen Bereich zu halten.

Die Anzahl von mit Aluminiumoxidsol gebundenen Überzügen kann auch entsprechend den Notwendigkeiten des jeweiligen Anwendungszweckes variieren.

Das Aluminiumoxidsol nach jedem Überzug kann durch Behand lung mit Ammoniakdämpfen weiter unlöslich gemacht werden. Das Aussetzen an Ammoniakdämpfe bewirkt, daß der pH-Wert des Aluminiumoxidsols zunimmt, wodurch er aus dem stabilen Bereich herausgebracht wird und wodurch ein vorläufiges Härten bewirkt wird. Es sollte auch erwähnt werden, daß ein Ammoniakhärten der vollständigen Gießform nach dem Eintau chen bewirkt, daß die gesamte Gießform erhärtet und wasser beständig wird. Davor ist sie weniger wasserbeständig als ohne Ammoniakbehandlung.

Bei einigen Anwendungszwecken kann es zweckmäßig sein, nur einen oder zwei Überzüge des mit Aluminiumoxidsol gebunde nen feuerfesten Materials aufzubringen und sodann die rest lichen Überzüge mit entweder einer festen Formstruktur von einer weiteren Höhenstruktur, die ein anderes Bindemittel, beispielsweise kolloidales Siliziumdioxid, enthält oder mit hydrolisiertem Äthylsilikat aufzubringen.

Bei einigen der reaktiveren Legierungen ist es lediglich notwendig, daß die Oberfläche der Gießform von reaktiven Ma terialien frei ist. Für die meisten der reaktiven Legierun gen wird daher angenommen, daß ein einziger Überzug aus mit Aluminiumoxidsol gebundenem Aluminiumoxid-, Cerdioxid-, Yt triumoxid- oder Zirkondioxidmaterial angemessen ist. Dieser Überzug kann sodann mit entweder einer festen Formstruktur oder durch einen anderen Typ der Höhenformstruktur ergänzt werden.

So lange eine vollständig nicht-reaktive Oberfläche, d. h. durch Anwendung der vorliegenden Erfindung, vorhanden ist, kann sie mit jeder beliebigen anderen Art eines Formsystems ergänzt werden, das den Gießbedingungen und Legierungen, die reaktive Metalle enthalten, widersteht.

Beispiel 1

Eine Aufschlämmung wurde hergestellt, indem 330 ml eines fa serartigen Aluminiumoxidsols, enthaltend etwa 10 Gew.-% Alu miniumoxid (das Sol hat einen pH-Wert von 3,6 und war mit ei ner anorganischen Säure stabilisiert), mit 970 g eines tafel förmigen Aluminiumoxidmehls mit 45 µm vermischt wurden. Zwei Tropfen Benetzungsmitte. 15 Tropfen 2-Äthylhexanol als Entschäumungs mittel und 6 Tropfen 37%ige Salzsäure wurden gleichfalls zu gegeben. Das 2-Äthylhexanol wird normalerweise in die Auf schlämmungen als Entschäumungsmittel eingegeben. Es minimali siert die Schaumneigung oder Blasenbildung. Solche Blasen würden eine Rauhigkeit des Gußkörpers ergeben. Diese Zusammen setzung wurde vermischt, bis eine homogene blasenfreie Disper sion mit einer Viskosität von 25 sec., Zahn-Becher Nr. 4, er halten wurde. Rechteckige Tafeln von Wachsmodellen wurden in diese Dispersion nach dem Vermischen 24 h lang eingetaucht, wodurch Probekörper für den Bruchmodul für das System erhal ten wurden. Nach dem Eintauchen wurde der erste Überzug, näm lich ein grobes Stuckpulver, Alundum 38, 70 Korn, auf den feuchten Überzug aufgesprenkelt. Dieser Überzug wurde ge trocknet, und in der gleichen Weise wurde eine zweite Eintau chung vorgenommen, wobei der gleiche grobe Stuck verwendet wurde, nachdem die Viskosität der Aufschlämmung auf 15 sec., Zahn-Becher Nr. 4, vermindert worden war. Der dritte Überzug wurde aufgebracht, und auf den feuchten dritten Überzug wurde 14 × 28 tafelförmiger Aluminiumoxid-Stuck aufgebracht. Dies wurde durch die sechste Eintauchung wiederholt. Danach wurde eine siebte Eintauchung ohne irgendwelchen Stuck aufgebracht. Die Modelle wurden sodann gründlich getrocknet. Das Wachs wur de durch Schmelzen entfernt.

Die flachen Hüllenproben auf jeder Seite der Wachstafel wur den sodann mittels einer Diamantsäge zu Probekörpern mit ei ner Breite vo 2,54 cm und einer Länge von 6,35 cm zer schnitten.

Die Probekörper wurden auf einer Querlastmaschine auf die Bruchfestigkeit getestet. Vier Probekörper wurden bei Raum temperatur gebrochen. Es wurde ein durchschnittlicher Bruch modul von 71,1 kg/cm² erhalten.

Beispiel 2

330 ml faserartiges Aluminiumoxidsol gemäß Beispiel 1 wurden mit 1290 g tafelförmigem Aluminiumoxid mit 45 µm, 6 Tropfen 37%iger HCl, 2 Tropfen Benetzungsmittel und 15 Tropfen 2-Äthylhexanol zu einer Viskosität von 25 sec. vermischt. Der erste Über zug wurde aufgebracht und mit Alundum 38, 70 Korn, wie in Beispiel 1 gestuckt. Die Viskosität der Aufschlämmung wurde auf 15 sec., Zahn-Becher Nr. 4, vermindert. Der zweite Über zug wurde aufgebracht und mit dem gleichen Stuck gestuckt. Der dritte Überzug wurde aufgebracht und mit 28 × 48 tafel förmigem Aluminumoxid gestuckt. Nach dem Trocknen wurde der vierte Überzug aufgebracht und mit dem gleichen Material ge stuckt. Der fünfte und der sechste Überzug wurde aufgebracht und mit tafelförmigem Aluminiumoxid mit 1,4 mm × 0,61 mm (14 × 28 mesh) gestuckt. Sodann wurde ein siebter Dichtungsüber zug aufgebracht. In diesem Beispiel wurde jedoch eine unter schiedliche Behandlung angewendet, da nämlich nach dem 30 minütigen Trocknen des Überzugs nach jedem Stuck eine 30mi nütige Behandlung in einer Ammoniakatmosphäre vor der Been digung des Trocknens der einzelnen Überzüge vorgenommen wur de. Die endgetauchten Probekörper wurden sodann vollständig getrocknet, und das Wachs wurde bei einer niedrigen Tempe ratur von etwa 80°C herausgeschmolzen.

Die Platten der keramischen Hülle wurden sodann zu ähnlichen Probekörpern wie in Beispiel 1 zerschnitten.

Insgesamt sechs Probekörper wurden bei Raumtemperatur gete stet. Es wurde ein durchschnittlicher Bruchmodul von 60,1 kg/cm² erhalten. Weitere Probekörper wurden in einem Elektro ofen auf 1371°C erhitzt, bei dieser Temperatur eine Stunde lang gehalten und sodann in dem Ofen auf Raumtemperatur ab kühlen gelassen. Sie wurden sodann bei Raumtemperatur auf den Bruchmodul getestet. Zwei Probekörper ergaben einen Mit telwert von 89,6 kg/cm². Zwei Probekörper wurden auf 1260°C erhitzt und eine Stunde dort gehalten und im Ofen abgekühlt. Sie ergaben einen Bruchmodul von 41,1 kg/cm². Ein weiterer Probekörper wurde auf 1538°C erhitzt, eine Stunde dort ge halten und in dem Ofen auf Raumtemperatur abkühlen gelassen und getestet. Alle Testwerte dieser Probekörper waren für das Gießen genügend hoch.

Beispiel 3

Zu 400 ml faserartigem Aluminiumoxidsol des Beispiels 1 wur den 20 Tropfen 2-Äthylhexanol und 1160 g Remasil 60, (ein Aluminosilikat) zugemischt. Das feuerfeste Material war im Grunde ein Mehl mit -45 µm (-325 mesh). Diese Aufschlämmung wurde vermischt, bis sie homogen und von Blasen frei war und eine Viskosität von 25 sec hatte. Sodann wurde sie zum Eintauchen der Probekörper in ähnlicher Weise wie in den vorhergehenden Beispielen verwendet. Nach dem ersten Eintauchen wurde mit Remasil 60 mit nominal 70 Körnern gestuckt. Aluminiumoxidsol wurde sodann in die Auf schlämmung gegeben, um die Viskosität auf 15 sec zu vermin dern. Der zweite Überzug wurde aufgebracht, und es wurde mit den ersten Körnern vom ersten Überzug gestuckt. Der dritte Überzug wurde nach dem Trocknen des zweiten Überzugs aufge bracht. Es wurde mit Remasil 60 mit einer nominalen Korngrö ße von 40 gestuckt. Dies wurde mit Nr. 4 wiederholt. Die fünf te und sechste Eintauchung wurde vorgenommen, nachdem die vorhergegangenen Überzüge einzeln getrocknet und mit einem Stuck mit nominal 20 Körnern gestuckt worden war. Ein sieb ter Dichtungsüberzug wurde ohne jeden Stuck aufgebracht. Nach dem Aufbringen des letzten Überzugs wurde das gesamte Modell getrocknet, und das Wachs wurde wie in den vorherstehenden Beispielen entfernt.

Es wurden Probekörper geschnitten und bei Raumtemperatur ge testet. Die vier Probekörper zeigte einen durchschnittlichen Bruchmodul von 35,9 kg/cm². Die Probekörper wurden auch bei 982°C, 1260°C und 1371°C gebrannt. Mehrere Probekörper zeig ten einen durchschnittlichen Bruchmodul von 18,0 kg/cm² nach dem Brennen auf 982°C, von 21,7 kg/cm² nach dem Brennen bei 1260°C und 50,3 kg/cm² nach dem Brennen bei 1371°C.

Beispiel 4

Mit Zirkonmehl wurde eine Aufschlämmung mit dem Aluminium oxidsol hergestellt. Hierzu wurden 330 ml Aluminiumoxidsol des Beispiels 1 mit 1215 g Zirkonmehl mit -45 µm (-325 mesh) vermischt. Die Mischungen enthielt 3 Tropfen 37%ige HCl, 2 Tropfen Benetzungsmittel und 10 Tropfen 2-Äthylhexanol. Die Visko sität wurde auf 25 sec im Zahn-Becher Nr. 4 eingestellt. So dann wurde der erste Überzug auf ähnliche Modellplatten auf gebracht. Der verwendete Stuck war geschmolzenes Aluminium oxid mit nominal 70 Körnern. Sodann wurde die Viskosität der Aufschlämmung durch Zugabe von Aluminiumoxidsol auf 15 sec vermindert. Der zweite Überzug wurde aufgebracht und mit dem ersten Stuck wie auf dem ersten gestuckt. Der dritte Überzug wurde nach dem Trocknen des vohergegangenen Überzugs aufge bracht, und es wurde mit tafelförmigem Aluminiumoxid mit 0,61 mm + 330 µm (-28 + 48 mesh) gestuckt. Dieser Überzug wurde ge trocknet, und der vierte Überzug wurde aufgebracht und mit dem gleichen Stuck gestuckt. Der fünfte und der sechste Überzug wurde aufgebracht. Die verwendeten Stuckmaterialien bestan den jedoch aus tafelförmigem Aluminiumoxid mit -1,4 mm + 0,61 µm (-14 + 28 mesh). Ein siebter Endüberzug wurde als Dich tungsüberzug aufgebracht.

Nach dem Trocknen und Schneiden von Probekörpern wurden diese auf den Bruchmodul getestet. Die durchschnittliche Grünfe stigkeit betrug 41,1 kg/cm². Die Festigkeit bei 982°C betrug 20,2 kg/cm² und bei 1260°C 31,4 kg/cm².

Beispiel 5

Eine Aufschlämmung ähnlich wie in den vorherstehenden Beispie len wurde mit 330 ml faserartigem Aluminiumoxidsol und 1240 g tafelförmigem Aluminiumoxid mit -45 µm (-325 mesh) und 9,7 g Fiberfrax-Fasern hergestellt. 2 Tropfen Benetzungsmittel, 15 Tropfen 2-Äthylhexanol und 6 Tropfen 37%ige HCl wurde gleichfalls zugesetzt. Es wurde zu einer Viskosität von 25 sec vermischt. Die Probekörper wurden wie in den vorstehenden Beispielen getaucht und mit Stuckmaterial versehen. Nachstehend sind die Werte für den Bruchmodul ange geben:

Grün
39,2 kg/cm²
649°C	31,0 kg/cm²
1260°C	48,9 kg/cm²
1371°C	111,6 kg/cm²

Beispiel 6

406 ml faserartiges Aluminiumoxidsol wurden mit 4 Tropfen konzentrierter HCl, 3 Tropfen Benetzungsmittel, 10 Tropfen 2-Äthyl hexanol und 2200 g mit Calciumoxid stabilisiertem Zirkondi oxidmehl mit -45 µm (-325 mesh) gegeben. Nach Entfernung der Blasen und Herstellung eines glatten homogenen Gemisches wurde die erste Eintauchung vorgenommen. Der Stuck bestand aus elektrisch geshmolzenem, mit Calciumoxid stabilisier tem Zirkondioxid mit -300 µm + 150 µm (-50 + 100 mesh). Die Viskosität der Aufschlämmung wurde sodann von 25 sec durch Zugabe von Aluminiumoxidsol auf 15 sec vermindert. Die zwei te Eintauchung wurde nach dem Trocknen des ersten Überzugs vorgenommen. Der gleiche Stuck wurde nach der zweiten Ein tauchung verwendet. Vier weitere Überzüge wurden aufgebracht und mit elektrisch geschmolzenem, mit Calciumoxid stabili siertem Zirkondioxid mit -1,67 mm + 0,500 mm (-12 + 35 mesh) gestuckt. Schließlich wurde ein siebter Abdichtungs überzug aufgebracht.

Nach dem Trocknen und Zerschneiden von Probekörpern wurden die folgenden Werte für die Bruchmoduls erhalten:

Grün
53,0 kg/cm²
1371°C	64,0 kg/cm²

Beispiel 7

Eine Aufschlämmung wurde mit 515 ml faserartigem Aluminium oxidsol und 1200 g Siliziumdioxidmehl mit 45 µm (325 mesh), 6 Tropfen Benetzungsmittel und 4 Tropfen 2-Äthylhexanol hergestellt. Nach dem Erhalt einer homogenen, von Blasen freien Mischung wurden Modelle in ähnlicher Weise wie in den vorstehenden Beispielen eingetaucht. Für die ersten drei Überzüge wurde ein geschmolzener Siliziumdioxidstuck mit nominal -300 µm + 150 µm (-50 + 100 mesh) verwendet. Die Viskosität der Aufschlämmung wurde von 25 sec auf 14 sec nach dem ersten Überzug vermindert. Der vierte, fünfte und sechste Überzug wurde aufgebracht und mit geschmolzenem Siliziumdioxid mit nominal -0,84 mm + 300 µm (-20 + 50 mesh) gestuckt, und ein Endabdichtungsüberzug wurde ohne Stuck verwendet.

Die Probekörper wurden getrocknet und geschnitten. Die Grün festigkeit wurde als Durchschnitt für vier Probekörper mit 65,4 kg/cm² gemessen. Nach dem Brennen bei 982°C wurden als Mittelwert von drei Probekörpern Festigkeiten von 23,1 kg/cm² erhalten. Nach 1260°C wurde bei den Probekörpern eine Festigkeit von 35,2 kg/cm² festgestellt. Dies weist auf eine Stabilität des geschmolzenen Siliziumdioxid-Aluminiumoxidsol- Systems im Vergleich zu einem mit kolloidalem Siliziumdioxid gebundenen System hin, wobei die Siliziumdioxid-Bindung beim Brennen auf 982°C bis 1093°C zu niedrigen Werten zerstört wird.

Beispiel 8

Es wurde eine Aufschlämmung hergestellt, wobei calciniertes feuerfestes Aluminiumoxidmaterial mit der folgenden Teilchen größenverteilung verwendet wurde: 100% unterhalb 20 µm, 95% 10 µm, 65% 5 µm und 15% 1 µm. 2000 g dieses feuer festen Materials wurden 50 ml Aluminiumoxidsol des Beispiels 1 und 3 Tropfen konzentrierter Salzsäure gemischt. Dies er gab eine Viskosität von 18 sec im Zahn-Becher Nr. 4. Der erste Tauchüberzug wurde auf rechteckige Wachsprobekörper, wie vorstehend beschrieben, aufgebracht, und es wurde mit geschmolzenem Alundum 38, 70 Korn, gestuckt und trocknen ge lassen. Die Viskosität der Aufschlämmung wurde sodann durch Zugabe einer geringen Menge von faserartigem Aluminiumsol auf 15 sec vermindert. Eine zweite Eintauchung wurde vorgenom men, und es wurde mit dem gleichen Alundum 38 mit 70 Korn ge stuckt. Der Überzug wurde trocknen gelassen, und der dritte und der vierte Überzug wurde aufgebracht. Sie wurden jeweils mit tafelförmigem Aluminiumoxid mit einer ungefähren Größe von 0,61 mm bis 330 µm (28-48 mesh) gestuckt. Nach dem Trocknen wurde der fünfte Überzug aufgebracht und mit tafel förmigem Aluminiumoxid mit etwa 1,4 mm - 0,61 mm (14 - 28 mesh) gestuckt. Es wurde trocknen gelassen. Der sechste Über zug wurde in der gleichen Weise aufgebracht und getrocknet. Sodann wurde ein siebter Dichtungsüberzug ohne irgendeinen Stuck aufgebracht. Die Werte der Bruchmoduls wurden bei Probe körpern erhalten, die bei den angegebenen Temperaturen ge brannt wurden und auf Raumtemperatur abgekühlt worden waren und schließlich getestet worden waren.

Es wird festgestellt, daß diese Zusammensetzung ihre Festig keit im Zwischentemperaturbereich beibehielt und daß ziemlich hohe Werte des Bruchmoduls bei erhöhten Temperaturen erhalten wurden.

Beispiel 9

Dies ist ein weiteres Beispiel für eine Aufschlämmung, die mit faserartigem Aluminiumoxidsol mit einem pH-Wert von 4,8 (Stabilisator: organische Säure) mit dem gleichen feuerfe sten Material, wie im vorstehenden Beispiel beschrieben, her gestellt worden ist. 2000 g des feuerfesten Materials wurden mit 600 ml Aluminiumoxidsol 200 und 12 Tropfen konzentrierter Salzsäure vermischt, wodurch eine Viskosität von 35 sec im Zahn-Becher Nr. 4 erhalten wurde. Das Eintauchen erfolgte in der gleichen Weise wie im vorstehenden Beispiel, wobei die gleichen Stuckmaterialien für die verschiedenen Überzüge ver wendet wurden. Nach dem ersten Überzug wurde weiteres Alumi niumoxidsol 200 zugesetzt, um die Viskosität auf 15 sec zu vermindern. Es wurden zwei Versuchsreihen durchgeführt. In der ersten Reihe wurde jedoch in der gleichen Weise wie bei den Überzügen des vorstehenden Beispiels getrocknet. Die näch ste Reihe wurde in der Weise durchgeführt, daß die Probekör per in eine Ammoniakgasatmosphäre unmittelbar nach dem Stuck vorgang 10 min eingegeben wurden. Der Probekörper wurde ent fernt und vollständig an der Luft getrocknet, bevor die näch ste Eintauchung erfolgte. Die Ammoniakbehandlung wurde mit jedem Überzug wiederholt. Ergebnisse wurden gesondert bei den behandelten und unbehandelten Proben erhalten. Die ver fügbaren Werte beziehen sich nur auf den Grünzustand und auf den Zustand nach dem Brennen bei 1371°C. Die unbehandelten Proben hatten einen MOR-Wert im ungebrannten Zustand von 54,8 kg/cm². Die auf 1371°C erhitzten Proben hatten einen Wert von 87,2 kg/cm². Bei den behandelten Proben waren die Werte im ungebrannten Zustand 25,8 kg/cm². Nach dem Brennen bei 1371°C betrugen sie im Mittelwert 59,0 kg/cm².

Es wird in Betracht gezogen, daß das erfindungsgemäß ver wendete Bindemittel und gebundene feuerfeste Material eine weite Vielzahl von anderen Anwendungszwecken als für Gieß formen hat, beispielsweise für andere Typen von Formen und Einrichtungen, die eine Temperaturbeständigkeit haben müs sen, und zwar insbesondere dann, wenn ein Kontakt mit einem reaktiven geschmolzenen Metall vorliegt, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 1093°C und 1704°C.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Gießform, bei dem man

a) ein expandierbares Modell eines zu gießenden Teils herstellt,
b) das expandierbare Modell in eine Aufschlämmung eines feuerfesten Materials und eines Binde mittels eintaucht, um einen feuchten Überzug auf dem Wachsmodell zu bilden,
c) auf dem feuchten Überzug ein grobes feuerfestes Pulver aufsprenkelt,
d) den feuchten Überzug trocknet und
e) die Stufen b, c und d wiederholt, wodurch die gewünschte Gießform zu einer gewünschten Dicke gebildet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß man als Bindemittel faserartig kolloidales Aluminiumoxid, das im wesentlichen von Siliziumdioxid frei ist, in einem wäßrigen Sol verwendet, wobei das wäßrige Sol mit einer Säure stabilisiert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wäßrige Sol in einer Konzentration von bis zu 10 Gew.-% Al₂O₃ verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das faser artige Aluminiumoxid bei einem pH-Wert von 3,0 bis 4,5 stabilisiert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das feuerfeste Material Quarz, ge schmolzenes Siliziumdioxid, monoklines Zirkondioxid, sta bilisiertes elektrisch geschmolzenes Zirkondioxid, Mullit, ein Aluminosilikat, calciniertes Aluminiumoxid, geschmolze nes Aluminiumoxid, Cerdioxid und/oder Yttriumoxid ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das feuerfeste Material Aluminium oxid, Zirkondioxid und/oder Yttriumoxid ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gießform zwei Überzüge des feuer festen Materials umfaßt, wobei jeder Überzug mit dem kolloi dalen Aluminiumoxid-Bindemittel gebunden ist und wobei die Gießform von einer festen Formstruktur getragen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gießform einen Überzug des feuer festen Materials umfaßt, wobei der Überzug mit dem kol loidalen Aluminiumoxid-Bindemittel gebunden ist und wobei die Gießform von einer festen Formstruktur getragen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gießform einen Überzug des feuer festen Materials umfaßt, das mit kolloidalem Aluminiumoxid gebunden ist, und daß sie von einer weiteren Hüllenstruktur getragen wird, in der ein anderes Bindemittel als das Alumi niumoxid verwendet wird.

9. Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern aus Legierun gen mit richtungsmäßig verfestigten Körnern, bei dem eine geschmolzene Legierung in eine Gießform gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Gießform, herge stellt nach einem der Verfahren 1 bis 8 verwendet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Legierung Nickel und Kobalt und ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe Hafnium, Zirkon, Wolfram, Aluminium, Titan, Niob, Molybdän, Kohlenstoff, Sili zium, Mangan und Yttrium enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Legierung Nickel oder Kobalt und ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe Zirkon, Aluminium und Titan enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Form vor dem Eingießen der ge schmolzenen Legierung auf 1093°C bis 1704°C erhitzt.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Form vor dem Eingießen der ge schmolzenen Legierung au 1510°C bis 1704°C erhitzt.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das feuerfeste Material Aluminiumoxid, Cerdioxid, Zirkondioxid und/oder Yttriumoxid umfaßt.