DE4233272A1 - Verfahren zum giessen eines keramischen anschlussstueckverkleidungselements - Google Patents
Verfahren zum giessen eines keramischen anschlussstueckverkleidungselementsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen
eines keramischen Anschlußstückverkleidungselements, um eine
Auspufföffnung wie eine Kopföffnung und einen Krümmer in einem
Ottomotor oder einem Dieselmotor zu verkleiden bzw.
auszukleiden.
In den letzten Jahren ist die Umweltverschmutzung durch
Autoabgase zu einem ernsthaften sozialen Problem geworden.
Obwohl durch Verwendung eines Katalysators hauptsächlich eine
Maßnahme ergriffen wird, um die in dem Gas enthaltenen
Schadstoffe zu entfernen, ist es wünschenswert, die Verwendung
von Edelmetallen wie Pt und RH, die als Katalysatoren verwendet
werden, aus Rohstoff- und Kostengründen zu reduzieren.
Weiterhin haben Vier-Ventil-Motoren, deren Zahl in den letzten
Jahren angestiegen ist, das Problem, daß sich die
Reinigungseigenschaften durch einen Katalysator aufgrund eines
Abfalls der Abgastemperatur verschlechtern. Um solche Probleme
zu lösen wird vorgeschlagen, die Abgastemperatur durch eine
adiabatische Funktion eines keramischen
Anschlußstückverkleidungselements anzuheben, mit dem die
Auspufföffnung des Motors ausgekleidet ist. Ein keramisches
Anschlußstückverkleidungselement der vorliegenden Erfindung
wird durch Entwässerungsgießen im allgemeinen mit einer
Gipsform oder dergleichen hergestellt. Die Fig. 1 und 2 zeigen
ein Anschlußstückverkleidungselement in einer verzweigten Form
mit zwei Öffnungen 3a und 3b, einem Abgasauslaß 4 und zwei
darin angeordneten Abgaswegen 2. Diese Art von keramischen
Anschlußstückverkleidungselementen neigen dazu, am
Verzweigungspunkt 5 dünn zu sein, wo häufig Schäden auftreten
können.
Gießen unter Druck ist herkömmlicherweise als Schlickerguß
bekannt und ist im wesentlichen für ein Festkörper-
Schlickergießen übernommen worden. Dennoch ist es kaum beim
Entwässerungsgießen angewendet worden, insbesondere nicht bei
einem verzweigten keramischen Anschlußstückverkleidungselement.
Daher sind die Bedingungen wie der richtige Druck beim Gießen
eines keramischen Anschlußstückverkleidungselements kaum
untersucht worden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
keramisches Anschlußstückverkleidungselement bereitzustellen,
bei dem das Risiko von Beschädigungen während des Gießens oder
während des Gebrauchs nicht gegeben ist, indem unter Druck
erfolgender Schlickerguß beim Entwässerungsguß angewendet und
der Druck genau eingestellt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren angegeben,
um ein keramisches Anschlußstückverkleidungselement aus einem
keramischen Material durch Entwässerungsguß herzustellen,
dadurch gekennzeichnet, daß der die Keramik enthaltende Schlamm
einem Druck von 5 kgf/cm2 oder höher in der Gußform ausgesetzt
wird.
Vorzugsweise ist die Porengröße der Gußform 5- bis 75mal größer
als der Durchschnittsdurchmesser der zu vergießenden
Keramikstäube, um zu verhindern, daß der Schlamm die Gußform
durchtritt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren
angegeben, um ein keramisches Anschlußstückverkleidungselement
aus einem keramischen Material durch Entwässerungsguß zu
gießen, dadurch gekennzeichnet, daß der Guß unter der Bedingung
durchgeführt wird, daß die Gußform verändert wird, indem ein
bestimmtes Volumen im Bereich von 0,3% bis 1% in Richtung der
vorhandenen Einschnürung bzw der aufgebrachten Kontraktion
reduziert wird.
Nachfolgend wird die Zeichnung kurz erläutert werden. In der
Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines
keramischen Anschlußstückverkleidungselements und
Fig. 2 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines keramischen
Anschlußstückverkleidungselements.
Das Verfahren zum Gießen eines keramischen
Anschlußstückverkleidungselements gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, daß der Druck während des
Entwässerungsgusses spezifiziert wird.
Um genau zu sein, wird der Entwässerungsguß für die vorliegende
Erfindung übernommen, und der Schlamm wird einem Druck von 5
kgf/cm2 oder höher, vorzugsweise 10 kgf/cm2 oder höher
ausgesetzt. Wenn der Druck niedriger als 5 kgf/cm2 liegt, wird
ein gegossener Körper mit einer dünnen Verzweigung, wo Risse
wahrscheinlich auftreten, verformt, wenn der gegossene Körper
innerhalb des Metalls, das durch eine Metall-Keramik-
Verkleidung verkleidet werden soll, mit diesem verbunden wird.
Bei der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, daß der Guß unter
der Bedingung ausgeführt wird, daß die Gußform verändert wird,
indem ein bestimmtes Volumen im Bereich von 0,3% bis 1% in
Richtung der angelegten Einschnürung bzw. Kontraktion
reduziert wird. Wenn der Grad, um den das Volumen reduziert
werden soll, geringer als 0,3% ist, verschlechtert sich die
Kontinuität des Gusses in dem Bereich, wo Teile der Gußform
verbunden sind, was zu Rissen führt, wenn das hergestellte
Anschlußstückverkleidungselement mit der Innenseite eines
Metalls verbunden wird (Metall-Keramik-Verkleidung). Wenn der
Grad, um das das Volumen reduziert werden soll, über 1% liegt,
wird die ganze Gußform übermäßig verformt, was manchmal zu
Beschädigungen führt.
An der Außenseite der Gußform wird vorzugsweise ein Vakuum
angelegt, und außerdem ist vorzugsweise der Kantenbereich, der
die Teilungslinien der Gußform bilden, nicht stumpf.
Nach der vorliegenden Erfindung wird weiterhin bevorzugt, daß
der zu verwendende Schlamm einen Wasseranteil von 13 bis 30
Gewichts-% und eine Viskosität von 0,5 bis 10 poise aufweist.
Für die Gußform ist ein poröser Kunstharz oder eine poröse
keramische Gußform ideal. Es ist eine Gußform mit einer
durchschnittlichen Porengröße von etwa der durchschnittlichen
Durchmessergröße der keramischen Stäube, welche zu vergießen
sind, verwendet worden, weil die Gußform die Funktion haben
muß, nur das Medium in dem Schlamm auszufiltern, das eine
Mischung von Keramikstaub und Wasser darstellt.
Wenn jedoch die Wasserpermeabilität der Gußform teilweise
ungleich ist, hat sich als Problem herausgestellt, daß solch
eine Gußform, bei der nur ihre Filtereigenschaft in Betracht
gezogen wird, zu Ungleichmäßigkeiten in der Dicke des
gegossenen Körpers führt.
Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem, indem die
durchschnittliche Porengröße an der Gußoberfläche der Gußform
auf das 5- bis 75fache, vorzugsweise das 10- bis 50fache des
Durchschnittsdurchmessers der keramischen Staubpartikel
festgelegt wird.
Mit anderen Worten hat sich herausgestellt, daß wenn eine
durchschnittliche Porengröße an der Gußoberfläche der Gußform
auf das 5- bis 75fache, vorzugsweise das 10- bis 50fache des
Durchschnittsdurchmessers der keramischen Staubpartikel
festgelegt wird, die Poren der Gußform sich in einem frühen
Stadium des Gießens mit keramischem Staub zusetzen und die
Porengröße wesentlich herabsetzen. Weiterhin wird die hohe
Wasserpermeabilität vor dem Zusetzen auch nach dem Zusetzen
aufrechterhalten, da Poren nur im oberen Bereich der
Gußoberfläche der Gußform zugesetzt werden. Weiterhin ist der
Schritt, bei dem ein Medium wie Wasser durch die Schicht einer
Keramikablagerung tritt, durchlaßbestimmend, was nicht zu
Ungleichmäßigkeiten in der Dicke führt, selbst wenn die Gußform
ungleichmäßig in ihrer Wasserpermeabilität ist.
Wenn die durchschnittliche Porengröße der Gußoberfläche der
Gußform kleiner als das 5fache des durchschnittlichen
Durchmessers der keramischen Staubpartikel ist, wird das zuvor
erläuterte Problem nicht ausreichend gelöst. Wenn die
durchschnittliche Porengröße der Gußoberfläche der Gußform
größer als das 75fache des Durchschnittsdurchmessers der
keramischen Staubpartikel ist, ist es wahrscheinlich, daß der
Schlamm durch die Gußform durchtreten kann, wenn er unter Druck
gesetzt wird, weil die Poren nicht zugesetzt sind.
Um zu gewährleisten, daß die Poren der Gußform in einem frühen
Stadium des Gießens zugesetzt werden, wird der Druck, dem der
Schlamm ausgesetzt wird, vorzugsweise so gesteuert, daß er 2
kgf/cm2 oder niedriger beträgt, bis die Ablagerung des
Keramikstaubs bzw. -pulvers vollständig ist.
Die durchschnittliche Porengröße dieser Gußformart kann
effektiver eingestellt werden, indem ein Füllmittel nur auf die
Gußoberfläche der Gußform aufgebracht wird. Ein Füllmittel, das
aus einem Farbstoff (fester Staub) und einem farbexpandierenden
Material (ein filmbildendes Material) wie Farbe oder eines von
beidem besteht, kann verwendet werden. Das feste Pulver wird
aus synthetischer Faser, Kohlenstoff, Keramiken, Metallen oder
ähnlichem ausgewählt. Ein filmbildendes Material wird aus
synthetischer Faser, Metalloxid enthaltenden Polymeren oder
ähnlichem ausgewählt. Beide Auswahlen hängen von der Gußform
und dem zu gießenden Material ab.
Als zu gießendes Material kann ein Aluminiumtitanat
enthaltendes Keramikmaterial, Mullit oder desgleichen als
Hauptbestandteil verwendet werden, obwohl ein Aluminiumtitanat
enthaltendes Keramikmaterial bevorzugt wird. Besonders
bevorzugt ist, daß das Material Aluminiumtitanat mit einem
Anteil von 65 Gewichts-% oder mehr als Kristallphase enthält,
wobei der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Kristalls
10 mm oder mehr beträgt, der Youngs-Modul zwischen 50 und 2000
kgf/mm2 liegt, die Biegefestigkeit zwischen 0,5 und 5,0 kgf/mm
beträgt und die Porösität im Bereich von 5 bis 35% liegt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Einzelnen anhand
von drei Beispielen erläutert. Dennoch ist sie nicht
beschränkt auf diese Beispiele.
Zu einem Material aus Aluminiumtitanat mit einer
Zusammensetzung von 49,0% Al2O3, 45,5% TiO2, 1,5% Fe2 O3,
4,0% SiO2 (Prozentangaben sind Gewichts-%) und einem
durchschnittlichen Partikeldurchmesser, der wie in Tabelle 1
gezeigt variiert wird, wird ein Peptisiermittel aus
Polykarbonatoxid mit einem Anteil von 0,5 Gewichts-% und Wasser
mit einem Anteil von 14 Gewichts-% zugegeben. Dann wird ein
Binder aus einem Akrylsäurekunstharz mit einem Anteil von 4,5
Gewichts-% zugegeben, um den Schlamm mit seiner Viskosität von
3 poise zu erhalten. Der Schlamm wurde in die Gußform aus einem
porösen Kunstharz mit einem Druck, wie er in Tabelle 1
aufgeführt ist, eingespritzt und nach der Ablagerung eine
zeitlang entwässert. Die verschiedenen Arten von Teststücken in
einer verzweigten Form, die durch dieses "Entwässerungsgießen"
erhalten werden, wurden getrocknet und anschließend gesintert,
um Probestücke von Anschlußstückverkleidungselementen zu
erhalten (Nr. 1 bis 8). Was den Test 1 angeht, war die Gußzeit
12% länger als bei Test 2.
Die Probestücke hatten eine Biegefestigkeit von 3,5 kgf/mm2,
einen Youngs Modul von 2000 kgf/mm2 und eine Porösität von
15%.
Die Probestücke wurden ausgewertet hinsichtlich des Grades, in
dem die Partikel davon abgehalten wurden, die Gußform zu
durchtreten, des Verformungsgrades, der durch die Dünne am
Verzweigungspunkt verursacht wurde und der Ungleichheit der
Dicke.
Der Durchschnittsdurchmesser der als Material verwendeten
Pulver wurde durch ein Laserbeugungsverfahren ermittelt (CILAS
850 von CILAS ALCATAL SA. wurde verwendet), und die
durchschnittliche Porengröße der Gußform wurde durch ein
Verfahren gemessen, bei dem Quecksilber durch Druck
beaufschlagt wird (Porosimeter Modell 2000 der Carloerba
Company wurde verwendet).
Bei der Untersuchung der Durchdringung des Schlamms in einem
Entwässerungsrohr für gefiltertes Wasser wurde in der
Auswertung eine "0" gegeben, wenn der Feststoffanteil in dem
gefilterten Wasser weniger als 1% und somit exzellent war, ein
"D" wurde gegeben, wenn der Anteil 1% oder mehr und geringer
als 3% und somit gut genug für die praktische Verwendung war,
und ein "X" für 3% oder mehr Fehler.
Für die Ungleichmäßigkeit der Dicke wurde die Auswertung in
Abhängigkeit von der Differenz der Dicke am Verzweigungspunkt
und an der dicksten Stelle mit "0" als exzellent bewertet, wenn
die Differenz weniger als 0,5 mm betrug, mit "D" für 0,5 mm
oder mehr und weniger als 1 mm als gut genug für die praktische
Verwendung, und mit "X" für 1 mm oder mehr als fehlerhaft.
Wie aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist,
werden die Stücke, die kaum Deformationen oder
Ungleichmäßigkeiten in der Dicke aufweisen, aus einem Schlamm
gewonnen, der einem Druck von 5 kgf/cm2 ausgesetzt wird,
während die Stücke, die aus einem Schlamm gewonnen werden, der
einem Druck von 3 kgf/cm2 ausgesetzt wurde, nicht genug geformt
war, um ausgewertet zu werden. Die Partikel traten kaum durch
die Gußform durch, wenn die durchschnittliche Porengröße (B)
der Gußform 5- bis 75mal größer als der durchschnittliche
Durchmesser (A) der Keramikstäube war, während der gewonnene
Körper ungleichmäßig und insbesondere an dem Verzweigungspunkt
auch dünn war, wenn B/A 2,5 betrug. Wenn B/A 100 betrug, war
der gegossene Körper nicht geformt genug, um ausgewertet zu
werden, weil die Partikel durch die Gußform traten.
Zu einem Material aus Aluminiumtitanat mit einer
Zusammensetzung von 49,0% Al2O3, 45,5% TiO2, 1,5% Fe2 O3,
4,0% SiO2 (Prozentangaben sind Gewichts-%), wird ein
Peptisiermittel aus Polykarbonatoxid mit einem Anteil von 0,5
Gewichts-% und Wasser mit einem Anteil von 14 Gewichts-%
zugegeben. Dann wird ein Binder aus einem Akrylsäurekunstharz
mit einem Anteil von 4,5 Gewichts-% zugegeben, um den Schlamm
mit einer Viskosität von 3 poise zu erhalten. Der Schlamm wurde
in die Gußform aus einem porösen Kunstharz unter einem Druck
eingespritzt und nach der Ablagerung eine zeitlang entwässert.
Die verschiedenen Arten von Teststücken in einer verzweigten
Form, die in ihren Dicken variieren, welche erzielt wurden,
indem der Grad der Volumenreduktion der Gußform und die
Zeitdauer für den Guß wie in Tabelle 2 gezeigt geändert wurde,
wurden getrocknet und anschließend gesintert, um Probestücke
von keramischen Anschlußstückverkleidungselementen zu erhalten
(Nr. 1 bis 7). Der Druck, dem der Schlamm ausgesetzt wurde,
betrug 20 kgf/cm2.
Die Probestücke hatten eine Biegefestigkeit von 3,5 kgf/mm2,
einen Youngs-Modul von 2000 kgf/mm2 und eine Porösität von
15%.
Die Probestücke wurden mit dem Inneren der 7 mm dicken
Aluminiumlegierung (Metall-Keramik-Verkleidung ) verbunden und
die Eigenschaften als Verkleidung und seine adiabatischen
Eingenschaften ausgewertet.
Die adiabatische Eigenschaft wurde ausgewertet, indem die
Temperatur der Innenfläche von Aluminium am Verzweigungspunkt
gemessen wurde, wenn Propanabgas von einer Temperatur von 700°
C durch die Wege in den Probestücken geschickt wurde. Die
Auswertung wurde mit "0" bewertet, wenn die gemessene
Temperatur 350°C oder niedriger war und als fair mit "X" bei
einer Temperatur über 350°C bezeichnet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Wie aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist,
ist, wenn das reduzierte Volumen der Gußform durch Einschnürung
geringer als 0,3% ist, der dünnste Teil des gewonnenen
keramischen Anschlußstückverkleidungselements dünner als die
vorgegebene Dicke und das Verhältnis der maximalen Dicke zur
minimalen Dicke (maximale Dicke/ minimale Dicke) eines jeden
Anschlußstückverkleidungselements größer als 1,5. Andererseits
wird, wenn das reduzierte Volumen der Gußform durch die
Einschnürung bzw. Kontraktion 1,0% übersteigt, eine
Deformation der Gußform verursacht.
Wenn der dünnste Teil des gewonnenen keramischen
Anschlußstückverkleidungselements dünner als 2 mm ist, wird
eine Rißbildung aufgrund der Metall-Keramik-Verkleidung
beobachtet und die adiabatischen Eigenschaften versagen.
Andererseits ist die Zeit, die zum Gießen verwendet wird, zu
lang, wenn der dickste Teil des gewonnenen keramischen
Anschlußstückverkleidungselements dicker als 4,5 mm ist; was
unökonomisch ist. Es hat sich weiterhin als besser
herausgestellt, daß das Verhältnis der maximalen Dicke zur
minimalen Dicke (maximale Dicke/minimale Dicke) eines jeden
Anschlußstückverkleidungselements 1,5 oder niedriger ist.
Ein Probestück eines 3 mm dicken keramischen
Anschlußstückverkleidungselements wurde in gleicher Weise wie
in Beispiel 2 erhalten mit der Ausnahme, daß Mullit als
keramisches Material verwendet wurde. Durch die Messung seiner
adiabatischen Eigenschaft in gleicher Weise wie in Beispiel 2
wurde bestätigt, daß es einen genauso hohen adiabatischen
Effekt wie das keramische Anschlußstückverkleidungselement aus
Beispiel 2 hat.
Das Probestück hatte eine Biegefestigkeit von 8 kgf/mm2,
einen Youngs-Modul von 9500 kgf/mm2 und eine Porosität von 10%.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Gießen eines
keramischen Anschlußstückverkleidungselements aus einem
keramischen Material durch Entwässerungsgießen. Der Schlamm des
keramischen Materials wird einem Druck von 5 kgf/cm2 oder
höher in der Gußform ausgesetzt. Das Verfahren ist auch zum
Gießen unter der Bedingung, daß die Gußform verändert wird,
indem ein bestimmtes Volumen innerhalb eines Bereichs von 0,3%
bis 1% in Richtung der aufgebrachten Einschnürung reduziert
wird, geeignet. Nach diesem Verfahren können keramische
Anschlußstückverkleidungselemente ohne Deformationen und
Ungleichmäßigkeiten in der Dicke erhalten werden.
Claims (7)
1. Verfahren zum Gießen eines keramischen
Anschlußstückverkleidungselements aus einem keramischen
Material durch Entwässerungsgießen,
dadurch gekennzeichnet, daß
der das keramische Material enthaltende Schlamm einem Druck von
5 kgf/cm2 oder höher in einer Gußform ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Schlamm einem Druck von 10 kgf/cm2 oder höher in der
Gußform ausgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Schlamm einem Druck von 2 kgf/cm2 oder niedriger in einem
frühen Stadium des Gießens ausgesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die durchschnittliche Porengröße der Gußform 5- bis 75mal
größer als der durchschnittliche Durchmesser des zu
vergießenden keramischen Pulvers ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die durchschnittliche Porengröße der Gußform 10- bis 50mal
größer als der durchschnittliche Durchmesser des zu
vergießenden keramischen Pulvers ist.
6. Verfahren zum Gießen eines keramischen
Anschlußstückverkleidungselements aus einem keramischen
Material durch Entwässerungsgießen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gießen unter der Bedingung
durchgeführt wird, daß die Gußform verändert wird, indem ein
bestimmtes Volumen innerhalb eines Bereichs von 0,3% bis 1,0%
in Richtung der vorhandenen Einschnürung reduziert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
das keramische Material Aluminiumtitanat ist.
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