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Verfahren zur Herstellung feuerfester Materialien, insbesondere aus
solchen bestehender,Gußformen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
feuerfester Materialien, insbesondere aus solchen bestehender Gußformen.
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Feuerfeste Materialien guter Qualität kann man erhalten, wenn man
Äthylsilikat als Bindemittel verwendet, indem. man wäßriges oder noch gebräuchlicher
wäßrig-alkoholisches Äthylsilikat, welchem ein Hydrolysiermittel für das Äthylsilikat
hinzugefügt worden ist, mit einem feuerfesten Stoff, wie geglühter Schamotte, vermischt,
um eine Schlämme oder ein Gemisch zu bilden, dasselbe in die gewünschte Form, z.
B. einen Ziegel oder ein Formstück, bringt, das Äthylsilikat ein Gel bilden läßt,
wodurch der geformte Artikel gehärtet wird, und alsdann das Produkt bei hoher Temperatur
brennt, bei welcher das Gel in Kieselsäure umgewandelt wird. Diese letztere scheint
die Teilchen des feuerfesten Stoffes zusammenzukitten, so daß ein festes Produkt
entsteht.
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Diese Technik ist von besonderem Wert bei. Präzisionsguß nach dem
Verfahren des verlorenen Wachses. Bei diesem Verfahren fertigt man von dem gewünschten
Gußstück eine Wachskopie, und dieses Modell wird in eine Schlämme bzw. ein Gemisch
eines feuerfesten Stoffes mit dem Äthylsilikat eingebettet, worauf man das Gemisch
rund um das Wachsmodell herum durch Gelieren des Äthylsilikats abbinden läßt. Die
Masse wird dann erhitzt,
um.das Wachs heraüszuschmelzen, und- es
bleibt eine feuerfeste Form übrig, in welche geschmolzenes Metall eingegossen werden
kann. Es ist keineswegs notwendig, Wachs zu verwenden, sondern es sind auch andere
Stoffe, wie schmelzbare Plaste, geeignet. Der Ausdruck Verfahren des verlorenen
Wachses, wie er in den vorliegenden Unterlagen verwendet wird, schließt die Verwendung
solcher anderen Stoffe in sich ein.
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Obwohl in diesem Zusammenhang auf Äthylsilikat ohne irgendwelche nähere
Definition Bezug genommen worden ist, gibt es eine ganze Anzahl verschiedener chemischer
Formen, in welchem das Äthylsilikat verwendet werden kann.
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Normalerweise stellt man Äthylsilikat durch die Einwirkung von Siliziumtetrachlorid
auf Äthylalkohol her, und die chemische Konstitution des Produktes hängt z. B. von
dem bei der Reaktion vorhandenen Wasser ab. So wird dann, wenn absoluter Alkohol
verwendet und wasserfrei gearbeitet wird, als Produkt Äthyl-Orthosilikat von der
Formel Si (O C? H5) 4 erhalten. Wenn dagegen Wasser bei der Reaktion vorhanden ist,
bilden sich kondensierteProdukte, möglicherweise wegen der partiellen Hydrolyse
zuerst gebildeten Orthosilikats. Das einfachste kondensierte Produkt würde also
(0C2H5)3-S1-O-S1-(OC2H5)3 sein, und viele andere kondensierte Formen, welche Systeme
des Typs -Si-O-Si-O-Si@ enthalten, sind möglich. Wenn Alkohol mit beispielsweise
5 Gewichtsprozent Wasser verwendet wird, dann. bildet sich ein Gemisch aus Äthylsilikaten,
angefangen von Orthosilikat bis zu den mehr komplexen Kondensaten, von denen natürlich
jedes einen höheren Anteil an Silizium enthält als das Orthosilikat selbst.
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Es ist nunmehr gefunden worden, daß bei der Herstellung der feuerfesten
Materialien bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn man dabei -als Bindemittel Äthylsilikat
einer solchen Zusammensetzung verwendet, daß bei dessen unter Atmosphärendruck ohne
wesentlichen Rückfluß bis zur Bildung eines leimähnlichen Rückstandes durchgeführten
Destillation 8 bis 16 0/0, vorzugsweise io bis 14 0/0, optimal 12 %, seines Volumens
bei Temperaturen bis zu 18o ° übergehen und 39 bis 55 %, vorzugswdise 46 bis 5o
%, optimal 48 %, seines Volumens bei Temperaturen über 18o'° übergehen. Die leimähnliche
Masse, bis zu deren Bildung die Destillation durchzuführen ist, wird bei weiterem
Erhitzen lediglich aufgespalten und ergibt dann Prödükte mit niedrigerem Siedepunkt.
Dieser Punkt kann in der Praxis an einem Abfallen in der Temperatur der abgehenden
Dämpfe leicht festgestellt werden, weil dieser Temperaturabfall von diesen Zerfallsprodukten
mit niedrigerem Siedepunkt herrührt. Die bis 18o° übergehende Fraktion scheint in
der Hauptsache aus Äthyl-Orthosilikat zu bestehen, welches bei etwa i64° siedet,
während die zweite Fraktion hauptsächlich aus den Kondensationsprodukten mit zwei
bzw. drei' Siliziu@matomen zu bestehen scheint.
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Es ist notwendig, daß die Destillation ohne wesentlichen Rückfluß
durchgeführt wird, weil sonst die Zusammensetzung des Äthylsilikats während der
Destillation Änderungen in einem Ausmaße unterworfen ist, welches die Prüfungsergebnisse
beeinträchtigt.
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Durch die Verwendung eines Äthylsilikats dieser besonderen Zusammensetzung
bei der Herstellung von feuerfesten Materialien werden zwei bemerkenswerte Ergebnisse
erzielt. Die Zeit für das Gelieren der Schlämme oder Mischung, welche das Äthylsilikat
enthält, ist ziemlich kurz, gegebenenfalls weniger als 21/z Stunden, und ferner
weist das geformte feuerfeste Material, wenn es zum Brennen fertig ist, eine gute
Festigkeit auf. Die genaue Zeit für das Gelieren hängt natürlich von den Betriebsbedingungen
ab und ferner davon, ob z. B. das verwendete Hydrolysiermittel eine -Säure, wie
Salzsäure; oder eine der organischen Basen ist. Es ist aber sehr erwünscht, daß
die dafür aufgewendete Zeit kurz ist, insbesondere im Fabrikbetrieb; wo eine lange
Gelierungsperiode bedeutet, daß Lagerraum vorgesehen werden muß, in dem die Gelierung
stattfinden kann. Die Festigkeit des Produktes zur Zeit des Brandes ist besonders
wichtig beim Präzisionsguß verwickelter Artikel, die komplizierte Formen benötigen,
welche durch rauhe Behandlung beschädigt werden könnten. Außerdem neigen Formen
ungenügender Festigkeit zum Werfen, und die Vermeidung dieses Werfens ist ein äußerst
wichtiges Problem beim Präzisionsguß.
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Das Äthylsilikat darf nicht eine solche Menge restlicher Salzsäure
aus seiner Herstellung aus Silizium-Tetrachlorid enthalten, daß dadurch die Bestimmung
seiner Eignung unmöglich gemacht wird. Die Salzsäure kann durch Belüftung entfernt
werden. Der Säuregehalt soll vorzugsweise unter o, i Gewichtsprozent, berechnet
als HCl, liegen, besser noch etwa 0,07 % betragen.
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Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher
erläutert.
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Beispiel i Bei der Herstellung eines feuerfesten Zylinders für Versuchszwecke
wurde ein Äthylsilikat von einer solchen Zusammensetzung verwendet, daß bei der
Destillation etwa 1z % seines Volumens bei Temperaturen bis zu 18o° und etwa 48-0/0-
seines Volumens bei Temperaturen über 18o° übergingen, unter Beachtung der vorher
in diesen Unterlagen angeführten Kriterien.
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Man stellte eine Lösung in der Weise her, daß 16 cm3 eines vergällten
(methylierten) gewerblichen Spiritus von rund 931/z Volümprozent und 1a cm3 einer
wäßrigen Salzsäurelbsung mit einem Gehalt von o,6 g H Cl je Lifer miteinander gemischt
und
76. cm3 des Äthylsilikats hinzugefügt wurden.. Die Mischung wurde dann
in einer verschlossenen Weithalsflasche geschüttelt, bis, sie sich klärte, worauf
man sie i Stunde stehen ließ. Alsdann wurden weitere 6o cm3 des Äthylsilikats hinzugefügt.
Das
Produkt wurde benutzt, um ein Füllmittel der folgenden Zusammensetzung abzubinden:
| Gewichtsprozent |
| Schamotte . . .. . .. . . . . . . 72,50 |
| Tonerdesilikat folgender Zusam- |
| mensetzung: Kieselerde 55 bis |
| 57 %, Tonerde 37 bis 39 0/0, |
| Titanoxyd 2 bis 2,5 %,. Eisen- |
| oxyd 2 bis 2,5 0/0, Kalk, Magne- |
| sia und Alkalien annähernd |
| 1,5 0/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . = 27,25 |
| Magnesia ................... 0,25 |
und zwar kommen auf je 85 g des Füllmittels 25 cm3 der Silikatlösung.
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Um die Zeit für das Gelieren zu bestimmen, wurde das dadurch erhaltene.
Gemisch in eine zylindrische Glasform von 51 mm Durchmesser und 38 mm Höhe, welche
vorher mit Vaseline eingefettet worden war, gegossen, und man bestimmte nunmehr
die Zeit, die erforderlich war, um das Gemisch zu einem solchen Grade abbinden zu
lassen, daß es nach Entfernen der Form unter dem Einfluß der Schwere nicht zusammensackte.
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Man beobachtete eine Zeit von 21/2 Stunden für das Gelieren; der Zylinder
hatte, wenn er zum Brennen bereit stand, genügende Druckfestigkeit. Beim Brennen
erhielt man ein hochwertiges feuerfestes Produkt.
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Beispiel 2 Es wurde eine Anzahl von Versuchen durchgeführt, um das
Verhalten verschiedener Äthylsilikate zu vergleichen, wenn sie als Bindemittel bei
der Herstellung von Formen für Präzisionsguß in der oben in diesen Unterlagen beschriebenen
Weise verwendet wurden. Um die betreffenden Vorzüge der verschiedenen Äthylsilikate
einzuschätzen, wurde die Geberzeit eines jeden von ihnen nach dem im Beispiel i
beschriebenen Verfahren festgestellt und außerdem die Festigkeit der zum Brennen
bereitstehenden Form bestimmt.
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Diese Versuche wurden an vier Mustern durchgeführt, nämlich a) reines
Äthyl-Orthosilikat, b) rohes Äthyl-Orthosilikat, c) ein Äthylsilikat, welches sich
hinsichtlich seiner Zusammensetzung innerhalb der erfindungsgemäß angegebenen Grenzen
hielt, d) ein Äthylsilikat von einer Zusammensetzung außerhalb dieser Grenzen.
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Die Ergebnisse sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen.
| Bei der Destillation Zeit für das |
| Muster gehen über Gelieren Festigkeit |
| bis zu r8o° über i80° der Form |
| o/ o Minuten |
| a) ioo Nichts 300 am ge- |
| ringsten . |
| b) 65 25 18o besser |
| c) 9 bis 1o 48 bis 49 150 am größten |
| d) 7 68 -195 mit c) ver- |
| gleichbar |
Die Überlegenheit des Musters c) geht aus der Tabelle klar hervor.