EP1236525A2 - Giessform - Google Patents

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Publication number
EP1236525A2
EP1236525A2 EP01810203A EP01810203A EP1236525A2 EP 1236525 A2 EP1236525 A2 EP 1236525A2 EP 01810203 A EP01810203 A EP 01810203A EP 01810203 A EP01810203 A EP 01810203A EP 1236525 A2 EP1236525 A2 EP 1236525A2
Authority
EP
European Patent Office
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casting
mold
casting mold
coating
laminate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01810203A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1236525A3 (de
Inventor
Thomas Imwinkelried
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3A Composites International AG
Original Assignee
Alcan Technology and Management Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Alcan Technology and Management Ltd filed Critical Alcan Technology and Management Ltd
Priority to EP01810203A priority Critical patent/EP1236525A3/de
Priority to PCT/EP2002/001119 priority patent/WO2002064285A2/de
Publication of EP1236525A2 publication Critical patent/EP1236525A2/de
Publication of EP1236525A3 publication Critical patent/EP1236525A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B22C9/065—Cooling or heating equipment for moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C23/00—Tools; Devices not mentioned before for moulding
    • B22C23/02—Devices for coating moulds or cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B22C9/061—Materials which make up the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2209—Selection of die materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
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    • C23C18/1208—Oxides, e.g. ceramics
    • C23C18/1216—Metal oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1254—Sol or sol-gel processing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1262—Process of deposition of the inorganic material involving particles, e.g. carbon nanotubes [CNT], flakes
    • C23C18/127—Preformed particles

Definitions

  • the present invention relates to a casting mold with a mold cavity and a die Heat-dissipating mold body for casting, which forms the mold cavity of metal castings and the use of a casting mold and a method for Production of a mold.
  • casting alloys are made directly Cast or molded parts are cast, with what are known as permanent molds, i.e. reusable molds.
  • the casting processes are divided into different categories according to the type of casting process divided up. So you differentiate between the so-called gravity casting processes, e.g. Chill casting, and the die casting process. While in the gravity casting process the molten metal flows into the mold solely by gravity, the melt is pressed into the casting mold with the application of pressure.
  • the pressures used to fill the mold can be very high, for example be up to 200 bar, so that the molten metal goes right into the mold is shot in.
  • the molten metal intended for a molded part is shown here in usually dosed in the so-called filling can or pouring chamber pressed into the mold cavity by means of a piston over the sprue channel. After freezing the casting mold can be opened from the molten metal and the casting can be removed. Die casting is particularly suitable for the rational production of large series and for the production of thin-walled castings.
  • the mold cavity becomes the casting mold evacuated before the molten metal is shot in or a negative pressure is generated.
  • Such processes are known, for example, under the MFT process (minimum Filling Time) or Vacural process known.
  • a division into casting processes with slow filling such as chill casting, Tilt casting, vacuum casting or low pressure casting and in those with short filling time, such as die casting, thixo casting or vacural.
  • the molding processes all have in common that the heat flow from the molten metal or the casting is essentially done via the mold.
  • the thermal conductivity the parts of the mold responsible for the heat flow thus influence the course of a casting process significantly.
  • the so-called interface between the casting mold and the melt also exercises one significant influence on the heat exchange. The influence of the interface however, controls the heat exchange between molten metal and Mold particularly difficult.
  • the control of the heat exchange is particularly aimed at ensuring that the mold removes as little heat as possible from the melt during the mold filling process, so that the flowability of the melt is preserved and there is no premature solidification and thus an incomplete mold filling occurs. After completing the filling process On the other hand, however, to guarantee short cycle times, it should be done in a short time As much heat as possible is dissipated through the casting mold so that the metal melt can quickly solidify and be demolded. The mold should therefore be on the one hand develop an insulating effect against the melt and on the other hand one have good thermal conductivity.
  • the mold In more complex casting processes, e.g. die casting, the mold is usually of many parts.
  • the actual molding tool part is called the mold insert.
  • the mold insert A casting mold is characterized in that it forms the mold cavity Mold forms and must remove the heat from the mold cavity.
  • the mold insert also contains a so-called sprue channel, which leads into the mold cavity leads.
  • the mold insert is usually in several parts. As a rule, the mold is used in two parts and consists of two mold insert halves.
  • the mold can e.g. also a casting chamber, piston devices, Hydraulic devices, an ejector and other parts included.
  • the mold is in turn usually only from the part forming the mold cavity.
  • the casting mold body corresponds, for example, to the use of a die-casting mold.
  • casting molds or Cast iron body used.
  • the molds are usually on the Interface to the mold cavity covered with an insulating size, which is premature Should prevent the melt from solidifying.
  • the sizes are inorganic, fire-resistant Fabrics with very fine grain. For example, so-called white sizes made of chalk, clay or kaolin or black sizes made of soot or graphite.
  • finishing also serves to prevent this chemical reactions between molten metal and casting mold. Furthermore, the Finishing also has a lubricating function.
  • the sizes can be thermally conductive or insulating. Furthermore, heat-conducting and insulating sizes are used in the same mold. this makes possible limited control of heat exchange.
  • the insulating size is sufficient, e.g. The heat exchange becomes over 0.5 mm no longer due to the separating surface but exclusively due to the thermal conductivity the size affects what better control of heat exchange allowed. However, the sizes should not exceed the layer thickness of 0.8 mm, since otherwise the tendency to flaking increases considerably. The control of heat dissipation is therefore only possible in practice to a limited extent, since layer thicknesses of any size are not used can be. Peeling sizing can also enter the mold during mold filling Melt and affect the mechanical properties of the casting.
  • the casting molds or the casting mold bodies exist usually made of steel, especially nitrided hot-work steel.
  • release agents are not present at the interface to the mold cavity Finishing applied.
  • the release agents are designed to prevent those under high pressure metal melt injected sticks to the mold.
  • the interface to To do this, the mold cavity must be re-used with release agent after each casting process be sprayed. Remnants of release agents can get into the melt during the mold filling process pass over and reduce the quality of the castings.
  • release agents usually can be applied on the basis of an aqueous solution Injection of the melt due to evaporating solvent residues on contact the metal melt with the release agent gas inclusions, which affect the quality of the molded part.
  • the release agent in particular a organic release agent, react with the melt to form gas. This in the Gases carried in the melt in turn impair the mechanical properties and weldability of the cast parts.
  • the heat transfer at the interface is given by the so-called heat transfer coefficient characterized, which in turn by many, difficult to control Factors such as melt flow rate, nature of the contact surface, Gap formation, local pressure or washout of the release agent.
  • the heat balance of the casting molds is usually achieved on the one hand by heating and / or Cooling channels inside the mold and on the other hand by spraying and blowing out the Release agent regulated after demolding. Because of the, compared to aluminum, poor thermal diffusivity of the steel is usually subject to a 2-3 cm thick Zone at the interface to the mold cavity particularly large temperature fluctuations. For the reasons mentioned above, the selection of suitable materials for the production of molds, especially for die casting processes. So suitable Up to now, casting molds made of aluminum due to the greatly reduced mechanical Strengths at temperatures above 200 ° C not for casting molds. Aluminum also has a relatively high coefficient of thermal expansion compared to steel, which is why Aluminum molds are not exposed to high temperature fluctuations can.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a casting mold which better control of the heat exchange between the molten metal and the mold and the use of heat-sensitive materials for casting molds or moldings permitted, with the use of release agents or sizes being dispensed with should.
  • the object is achieved in that the mold body on the Part or all of the surface forming the mold cavity against liquid molten metal resistant coating in the form of a laminate with a thickness of less than 5 mm, and the laminate from a thermally insulating, heat shock resistant Material with a thermal conductivity k of k ⁇ 1 W / mK.
  • Partial means that the laminated body on individual surface sections of the mold cavity surface is applied. In contrast, a full-surface coating covers the entire mold cavity surface.
  • the layered body preferably consists of a porous material or solid, preferably made of a highly porous material or solid with a porosity of greater than 50 vol%.
  • the coating is expediently permanently fixed on said surface, i.e. the The coating remains functional over several casting cycles. It lies however, within the scope of the invention that the coating after a few casting cycles renewed or repaired if necessary, but not completely like the release agents must be applied again.
  • the layered body forming the coating preferably measures a thickness of less than 2000 ⁇ m, particularly preferably less than 1000 ⁇ m, especially less than 500 ⁇ m, advantageously less than 200 ⁇ m, and greater than 0.1 ⁇ m, preferably larger than 1 ⁇ m, in particular larger than 5 ⁇ m.
  • the laminate suitably consists of a three-dimensional, skeletal or framework-like Network of interlinked particles or particles with a size of preferably 1-50 nm, advantageously 1-20 nm, and in particular 2-10 nm.
  • the laminate is, due to the skeletal structure mentioned, more than 50%, preferably more than 75%, and in particular more than 95%, open-pored, based on the total pore volume of the laminate.
  • the pore sizes, i.e. the pore diameter of the laminate can, for example up to 10 ⁇ m.
  • the pore diameter is more than 0 nm, preferably more than 0.5 nm, advantageously more than 5 nm, in particular more than 10 nm and preferably less than 1000 nm, advantageously less than 500 nm, and in particular less than 100 nm.
  • the porosity of the laminate is preferably over 60% by volume (percentages by volume), advantageously over 85 vol .-%, and in particular over 90 vol .-%, the volume percent refer to the total volume of the laminate.
  • the porosity can even be between 95 and 99 vol .-% are.
  • the pores are preferably filled with a gaseous medium such as air. Furthermore, the pores can also be evacuated.
  • the density of the laminate is expediently between 10 and 1,000 kg / m 3 , preferably between 10 and 600 kg / m 3 and in particular between 50 and 400 kg / m 3 .
  • the thermal conductivity is k of the laminate preferably less than 0.5 W / mK, particularly preferably less than 0.1 W / mK, in particular less than 0.05 W / mK, and advantageously less than 0.02 W / mK, where "W” stands for watts and "K” for Kelvin and "m” for meters.
  • W stands for watts and "K” for Kelvin and "m” for meters.
  • the thermal conductivity can be 0.01 W / mK or less. Due to the deep heat conductivity of the laminate plays the heat transfer at the interface play a subordinate role in the casting molds according to the invention.
  • the heat flow through the laminate is preferably determined by heat conduction certainly.
  • the heat exchange via convection is of little importance since the Heat from the gas present in the pores only by means of the less efficient Diffusion is transported.
  • the heat conduction over the skeletal body plays in a transparent laminate Compared to heat radiation with increasing layer thickness an ever smaller role.
  • the casting cycles do not take too long and the casting does not solidify heat conduction should take a certain amount not fall below and thus the layer thickness of the laminate a certain thickness do not exceed.
  • the surface roughness of the laminate essentially corresponds, for example that of the casting mold and is, for example, 10-100 ⁇ m in the case of steel molds.
  • the laminated body preferably consists of a sol-gel process Material in which a colloidal solution, the so-called sol, e.g. by means of hydrolysis / polycondensation, into a gel and then using a drying process with partial or complete retention of the gel structure in a porous solid is transferred with the above properties.
  • aerogels are manufactured in a sol-gel process, highly porous, framework-like or skeleton-like solids of lower Density of particles chained together to form an open-pore network, whereby the Solvent while maintaining the original gel structure using a suitable Drying processes, e.g. supercritical drying from which gel has been removed.
  • An airgel is characterized in particular by the fact that the framework structure after the Drying process remains essentially undamaged and the volume of the Aerogels at least 50%, and in particular more than 85% of the original volume of the gel before the drying process.
  • Xerogels are manufactured in the same way as aerogels, only they are manufactured while maintaining the original scaffold structure dried under subcritical conditions, the scaffold usually has cracks and is partially broken.
  • the Xerogel stands out in particular from the fact that during the drying process a shrinkage of the Gel body of about 90% occurs.
  • cryogels are known as possible laminate materials, which are produced analogously to aerogels or xerogels, the removal of the liquid, i.e. the drying process, from the frozen state by sublimation of the solvent happens. Due to the volume expansion of the frozen solvent the original gel structure is usually destroyed and the pore size and - The geometry of the cryogel is essentially based on the crystallization pattern of the solvent.
  • the manufacturing process of the airgel as well as the xerogel mainly comprises two Steps, namely the sol-gel process and the subsequent drying process.
  • the sol-gel process becomes an aqueous or alcoholic sol solution, for example via hydrolysis and polycondensation converted into a gel in which monomers form a three-dimensional, Concatenate open-pore network or framework.
  • the pH of the solution plays a decisive role in converting the sol into a gel.
  • By adding basic or acidic catalysts can speed up the sol-gel process and also various properties of the gel body, such as the connection of the individual Chains, which in turn are crucial for the thermal conductivity and elasticity of the Gel body is to be influenced.
  • the porosity of the gel body is determined by the concentration of polymerizable monomers in the starting solution.
  • the three-dimensional network usually does not contain closed pores, it can the solvent enclosed by the network to form an open pore Framework can be completely extracted from the gel in a drying process.
  • the ) Conditions under which the drying process is carried out are crucial for whether an airgel, i.e. a gel body made of a stable, three-dimensional open-pore Scaffold, a xerogel, a cryogel, a powder, or one into a compact end product shrunk solid remains.
  • the drying process must be carried out in such a way that when extracting the Solvent from the pore spaces under the influence and interaction the occurring capillary forces and surface tensions do not collapse and break.
  • the drying process of an airgel can take place under subcritical conditions, e.g. Environmental conditions, or take place under so-called supercritical conditions. He follows the drying process under subcritical conditions, so must by special Treatment and modification of the gel body, for example by using surface-modifying agents Substances, and / or by changing the solvent, therefor be sure that the gel body is preserved and little or no Shrinkage occurs.
  • the phase transition from liquid to gaseous, in which the greatest capillary forces occur is avoided by converting the gel into a critical state with a critical pressure P c and a critical temperature T c .
  • P c , T c critical pressure
  • T c critical temperature
  • the density of the liquid phase corresponds to that of the gas phase. In such a state there are no more capillary forces.
  • aerogels in particular silica aerogels (silica aerogels), which due to specific modification of the solid framework, to subcritical during the drying process Conditions, i.e. with phase transition from liquid to gaseous, by force fold in and after the drying process is complete a so-called spring back effect in the original Scaffold structure to be moved back.
  • This category of aerogels is suitable for the invention Casting molds particularly well.
  • the resilient aerogels can be designed in this way be complete before and at the beginning of the mold filling process, for example are opened and a maximum porosity and minimum thermal conductivity exhibit. Due to the increasing mold filling pressure, the structure of the framework changes or folded gradually or continuously towards the end of the mold filling process.
  • the thermal conductivity is increased and the Heat flow is promoted into the casting mold, which causes the casting to solidify after completion the mold filling process is accelerated and the casting cycle is shortened.
  • the airgel structure is released from the mold by relieving the pressure highly porous skeletal structure and a new mold filling process can begin.
  • the Springback properties require a certain elasticity of the airgel structure, which also makes its brittleness much less than other materials.
  • Aerogels as well as xerogels can basically be made from any monomer, which can be converted into a gel by means of chaining processes, in particular Carbon, metals, metal oxides and polymerizable, organic substances suitable.
  • oxidic aerogels are known, for example, which are produced, for example, from metal oxides or metal alkoxides using a sol-gel process.
  • the sol can be converted into a gel, for example, by hydrolysis and condensation of metal alkoxides, such as Si or Al alkoxides, by gelling particulate or colloidal oxide, such as Si or Al oxide, or a combination of these methods with the aid of basic or acidic catalysts respectively.
  • the liquid is preferably removed from the gel by means of supercritical drying.
  • the oxidic aerogels can be, for example, ZnO-, Fe 2 O 3 -, SiO 2 -, Al 2 O 3 -, TiO 2 -, ZrO 2 -, SnO 2 -, Li 2 O-, CeO 2 - or V 2 O 5 - Be aerogels or mixtures thereof.
  • the oxidic aerogels are preferably in the form of mixed-oxidic aerogels. Examples of binary mixed oxide aerogels are ZnO / Al 2 O 3 aerogels, Fe 2 O 3 / SiO 2 aerogels and in particular Al 2 O 3 / SiO 2 aerogels.
  • silica airgel which for example consists of Si oxides or alkoxides, alkoxysilanes such as tetramethoxysilanes (TMOS), tetraethoxysilanes (TEOS) or alkali silicates (water glass) with an example alcoholic Solvent form a sol can be produced.
  • Silica aerogels can at low Temperatures below 100 ° C are produced, e.g. Residual stress problems can be avoided in the airgel layer.
  • the production of Si-containing Gels are described, for example, in WO 93/06044.
  • oxidic aerogels and especially the silica aerogels are preferred dried under supercritical conditions.
  • aerogels are also known as organic solids, which are generally based on sol-gel processes off, e.g. organic polymers dissolved in an aqueous solution, such as e.g. Melamine formaldehyde resins, resorcinol formaldehyde resins or phenol furfural (phenolic furfural), with the participation of basic or acidic catalysts by polymerization, Polycondensation and subsequent drying.
  • organic gels are also called plastic aerogels.
  • the production of organic gels is e.g. in US-A-5,086,085 and in US-A4,873,218.
  • the plastic aerogels can be pyrolysed in carbon aerogels in further steps be transferred. Pyrolysis usually takes place under protective gas, such as argon or nitrogen, or in a vacuum and at temperatures above 600 ° C, especially above 1000 ° C instead.
  • protective gas such as argon or nitrogen
  • the aerogels can contain fillers.
  • fillers can be, for example, inorganic filler materials such as SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 or mixtures thereof, which are introduced into the airgel, for example in a volume fraction of 5 to 30% by volume, based on the total volume of the airgel body.
  • Organic fillers such as thermoplastic or thermosetting plastic particles, for example polystyrene, can also be used. It should be noted here that during the pyrolysis of the plastic gels, these materials are melted out or burned. With the help of such materials, however, it is possible to control the shrinkage during pyrolysis.
  • an IR opacifier such as carbon black, titanium dioxide, Iron oxides or zirconium oxide, too, can the thermal conductivity around the radiation contribution be reduced. Dyes can also be used to achieve coloring and / or color pigments are added.
  • Possible plastic aerogels can e.g. based on resorcinol / formaldehyde, which at suitable composition and suitable content of basic polymerization catalyst, such as ammonium hydroxide and / or sodium carbonate, at temperatures between 20 and 50 ° C without supercritical drying in a micro-structured plastic airgel be transferred, manufactured.
  • basic polymerization catalyst such as ammonium hydroxide and / or sodium carbonate
  • the chemical and physical nature of the airgel can be generally understood the starting materials, their mixture and the manufacturing process vary within wide limits and modify it so that it is possible to tailor it to the task To manufacture aerogels.
  • Silicic acid or mixed oxide airgel are preferably used as layered body materials.
  • Silica aerogels are characterized in particular by the fact that they are characterized by Metals and metal alloys are not wetted and for example by the following The castable metals and metal alloys listed are not chemically attacked become.
  • Thin airgel layers of e.g. less than 50 ⁇ m can e.g. as a sol in flowable Condition by means of brushing, spraying, rolling, spinning or knife coating, dipping, flooding, Pour, or equivalent methods applied to the corresponding mold surfaces and then cured or dried.
  • the aerogels especially in the case of airgel layers of more than 50 ⁇ m, in the form of foils and glued to the corresponding mold surfaces, the Foil can be preformed according to the surface topography.
  • the adhesive preferably a conventional adhesive, expediently has heat resistance on what to expect on the adhesive surfaces during the casting process Temperatures and temperature fluctuations. Will the mold or the Cast moldings are not heated to over 100 ° C, so it may already be suitable Epxoy adhesive system.
  • Carbon aerogels in particular are preferred as films prefabricated, e.g. Silicic acid airgel preferably according to one of the aforementioned Method applied directly to the surface of the mold and cured or dried.
  • the layer thickness can be increased in one Range from 50-200 ⁇ m.
  • the airgel is applied as a sol to the mold and then cured or dried, the layer thickness can be in one Range from 5-20 ⁇ m.
  • a typical silica airgel consists, for example, of cross-linked particles, with a diameter of 2-5 nm, the pore volume being 95% or more of the Accounts for the total volume of the layer material.
  • the pore diameter is around 15-25 nm.
  • the casting mold or the casting mold body suitably consists of a material with good Thermal conductivity, the material at temperatures up to 300 ° C, preferably up to 200 ° C and especially up to 150 ° C, i.e. the material should not have any significant impairment in its up to the temperature values mentioned experienced mechanical properties.
  • the casting mold or the casting mold body exists preferably made of a metal.
  • the casting mold or the casting mold body can e.g. from a ferrous metal, such as steel, or a non-ferrous metal, such as copper, magnesium or an alloy containing at least one of the metals mentioned.
  • the casting mold or the casting mold body advantageously consists of aluminum or one Aluminum alloy. Under good thermal conductivity in the sense mentioned above are thermal conductivity of equal to or more than 30 W / mK, preferably more than 100 W / mK, and in particular more than 150 W / mK.
  • the surface, in particular the one provided with a coating according to the invention can be one before application of the laminate or the airgel Pretreated and for example provided with an adhesion promoter or primer become.
  • the named surface of a casting mold or a casting body Aluminum or an aluminum alloy can, for example, by chromating, Have phosphating or pretreatment layer produced by anodic oxidation.
  • the pretreatment layer can e.g. an anodic oxide layer, which in one redissolving or non-redissolving electrolyte was built. Furthermore, the Pretreatment layer a yellow chromating layer, a green chromating layer, a Phosphate layer or a chrome-free pretreatment layer, which is in an electrolyte, containing at least one of the elements Ti, Zr, F, Mo or Mn.
  • the pretreatment layer can also be an oxide layer made by natural oxidation his.
  • the pretreatment layer can have a thickness of over 20 nm, preferably over 50 nm, in particular over 100 nm, and advantageously over 150 nm (nanometers) and less than 1500 nm, and preferably less than 200 nm.
  • degreasing or mechanical surface abrasion be applied as a pretreatment, alone or in combination with the above pretreatments.
  • Mechanical surface removal can be caused by grinding, blasting, Brushing or polishing done.
  • the surface according to the invention can also on the sprue and / or the casting chamber forming cavity surface of a casting mold, in particular die casting mold, be provided in whole or in part.
  • the casting mold or the casting mold body can have means for cooling and / or heating the same contain.
  • the casting mold can in particular contain heating and / or cooling channels which are a gaseous or liquid heating and / or cooling medium, e.g. Oil circulated.
  • the renewal or repair of a damaged or worn coating can for example by applying an airgel layer in liquid to gel-like form one of the above-mentioned methods in situ and curing or drying below the threshold Conditions at temperatures below 200 ° C, especially below 100 ° C, respectively.
  • the new airgel layer can also be applied to the surface in the form of a film be stuck on. If necessary, existing airgel layers can be treated with acid, such as. Hydrofluoric acid, etched away and then renewed.
  • the casting mold according to the invention is particularly suitable for casting aluminum, Magnesium, titanium or alloys containing at least one of the metals mentioned.
  • Particularly suitable aluminum alloys are e.g. AlSi, AlSiMg and AlCu.
  • an airgel, in particular with a silica airgel, coated mold also for casting tin and tin alloys, copper and copper alloys or bronze alloys, lead and lead alloys, zinc and zinc alloys, Silver and silver alloys as well as gallium and gallium alloys.
  • Further Metals that can be cast using the casting mold according to the invention are intended to be present Enumeration cannot be excluded.
  • the casting mold or the casting mold body e.g. out Aluminum, for example, can have minimum temperatures of 10 during the casting cycle up to 30 ° C.
  • the dimensioning of the thickness of the laminate depends on its thermal conductivity preferably designed such that the temperature in the mold body at the Interface to the laminate during the casting process not above 200 ° C, preferably does not rise above 150 ° C, and in particular not above 120 ° C.
  • the dimensioning of the thickness of the laminate depends on its thermal conductivity preferably designed such that the solidification time of the casting after completion the mold filling process less than 6 seconds, preferably less than 4 seconds, in particular is less than 3 sec.
  • the thermal equilibrium is also given when starting a casting process, which reduces the production of rejects at the beginning of the casting process can.
  • the changing times of the casting molds or the casting mold bodies are shortened because they do not need to be cooled or heated when changing.
  • the better flowability is also partly due to the lower friction of the Metal melt attributed to the surface of the laminate. Due to the high porosity in the nanometer range, the aluminum melt only comes at points the surface of the laminate in contact. The surface tension of the melt ensures that the melt does not penetrate into the pores of the laminate.
  • the mechanical Loads, especially in die-casting processes, are excellent thanks to the Flowability of the metal melts is essential until the mold filling is complete smaller, i.e. due to the good flowability, the mold can be used with less Pressure to be filled than before.
  • the adhesive surface between the casting and the mold is small, the demolding forces are correspondingly low and there is no wetting on the mold surface by the molten metal, which is why the use of release agents or sizing can be dispensed with.
  • the heat flow can be controlled locally.
  • thicker layers be provided to delay the heat flow here.
  • thinner layer thicknesses can be provided in the casting mold in order here accelerate the heat flow and shorten the cycle time.
  • Varying the layer thickness the time window for the mold filling within the given Boundary conditions can be determined arbitrarily. Boundary conditions are, for example Prevention of pre-solidification of the melt before completion of the mold filling, as well as maximum Mold filling times that still allow an economical production process.
  • the casting mold according to the invention is preferably used in a casting device for the production of castings from metal in a molding process.
  • the inventive Casting mold is in the prior art in casting devices for everyone mentioned molding process, but especially for vacuum casting, low pressure casting Die casting process can be used.
  • the mold according to the invention is preferred a permanent form.
  • the casting mold according to the invention can also be used in format casting processes Find use. Further casting processes not mentioned are intended to be used according to the invention Casting molds should not be excluded.
  • Tetramethoxysilane (TMOS) is dissolved in methanol and stirred into a sol with the addition of water.
  • An acidic or basic catalyst such as NH 4 OH, NaOH, KOH, Al (OH) 3 and / or colloidal silica, is then continuously added to the solution, as a result of which the hydrolysis and polycondensation begin: Si (OCH 3 ) 4 + 4H 2 O ⁇ Si (OH) 4 + 4CH 3 OH hydrolysis Si (OH) 4 ⁇ SiO 2 + 2H 2 O polycondensation
  • the ratio of TMOS to methanol determines the density of the finished airgel, while the amount of water and catalyst added, as well as the choice of catalyst, determine the morphology of the airgel skeleton.
  • the still low-viscosity sol can be applied to the surface of the mold cavity Casting mold can be applied.
  • the subsequent transition from sol to gel can a few seconds, e.g. at high concentrations of TMOS and strongly basic conditions, up to several minutes, e.g. for lower concentrations of TMOS and less basic conditions.
  • the gel then becomes a silica airgel dried.
  • the gel can be carried out in an intermediate step undergo aging before the drying process.
  • the aging of the gel usually takes place at a temperature of around 20 ° C to the boiling point of the Solvent instead.
  • the duration of aging can range from a few minutes to several Take hours.
  • Resorcinol e.g. Present as granules, is in formaldehyde in a molar ratio of 1: 2 resolved.
  • Water and sodium carbonate become the solution with continuous stirring added as a catalyst.
  • the present solution is applied to the surface of the mold cavity applied.
  • the gel can age at a constant before the drying process Exposed to temperature. Before the drying process, the water in the pores of the aged gel is replaced by an organic solvent such as acetone.
  • the density of the plastic airgel is determined by the concentration of resorcinol formaldehyde (RF) determined in the starting solution. It also determines the molar ratio R / K of resorcinol (R) to catalyst (K) the reaction rate and thus the Morphology of the airgel skeleton.
  • RF gels need to be low R / K ratio can be dried under supercritical conditions while organic Gels with a low concentration of catalyst, i.e. with a high R / K ratio, under subcritical conditions, e.g. at an ambient pressure of 1 bar and one Temperature of 50 ° C, can be dried, the shrinkage only a few is a few percent.
  • Example 2 By pyrolysis of the plastic airgel obtained in Example 2 at over 600 ° C and one maximum temperature of around 1050 ° C with continuous ventilation with a non-oxidative Gas, such as argon or nitrogen, will maintain the organic airgel scaffold its morphology is transformed into a carbon framework. By varying the Temperature can affect the porosity of the resulting carbon airgel. The porosity can also be achieved by including an oxidative gas or by circulation a hydrocarbon compound.
  • a non-oxidative Gas such as argon or nitrogen
  • the casting mold according to the invention can be produced in that the coating as a sol applied in a flowable state to the surface of the mold cavity of the casting mold and converted into a gel by means of condensation and into a solid by drying Laminated body is converted or the coating as a film on the surface of the Mold cavity of the mold is applied and fixed, preferably by gluing.
  • the coating is applied by brushing, spraying, Rolling, spinning, squeegee, diving, flooding or pouring onto the surface of the Mold cavity of the mold applied.
  • the molded body is made of aluminum or an aluminum alloy
  • Fig. 1a shows the schematic representation of the mold 1 of a die casting device.
  • the casting mold 1 contains a fixed first mold half 12 with one on a mold plate 8 attached first mold insert 2a and a movable second mold half 9 with a second mold insert 2b.
  • the second, movable mold half 9 with the second mold insert 2b fits in the closed state to form a mold cavity 10 on the first mold half 12.
  • the casting mold 1 also contains a casting chamber 4 with a piston 6 guided therein.
  • the casting chamber 4 contains feed openings 7a, 7b, through which the molten metal in the casting chamber 4 is guided.
  • the casting chamber 4 stands over the sprue channel 3 the mold cavity 10 in connection.
  • the casting chamber 4 is opposite the Angies channel 3 can be closed by means of a valve 5.
  • the valve 5 is via a hydraulic device 11 controllable with piston rod.
  • the mold cavity 10 also has one or more Vent channels (not shown).
  • the ventilation channel or channels can also with a device for generating a vacuum or vacuum with corresponding Vacuum shut-off valves must be equipped (not shown). This allows the evacuation of the Mold cavity 10 before injecting the molten metal.
  • the schematic, circular section Q of the mold cavity 10 shown in FIG. 1b is indicated by dashed lines in Fig. 1a.
  • the mold cavity 10 is through the first mold insert 2a and the second mold insert 2b.
  • the two mold inserts 2a, 2b contain in each case a base body 21, 22 made of aluminum or an aluminum alloy, which permanently fixed to the surface facing the foam cavity 10 Coating 20 of an airgel, preferably a silica airgel, a thickness 10 - 100 ⁇ m.
  • an airgel preferably a silica airgel, a thickness 10 - 100 ⁇ m.
  • the sprue 3 and / or the casting chamber 4 a coating contain from an airgel of the mentioned thickness.
  • FIG. 2 shows the course over time of a modeled heat flow from an aluminum melt at a temperature of 660 ° C. into a casting mold.
  • Y stands for the heat flow [W / m 2 ] and X for the time [s] in seconds.
  • a cast plate made of aluminum with a thickness of 5 mm is cast.
  • Curve A represents the modeled course of the heat flow into a casting mold made of aluminum, which was preheated to an initial temperature of 20 ° C.
  • the Curve B shows the modeled heat flow through a steel mold, which is on an initial temperature of 200 ° C was preheated.
  • curve D The course of the individual curves A-D shows how the airgel coating Casting mold the maximum heat flow through the casting mold at the beginning of the casting process compared to the pure aluminum as well as the pure steel casting mold is significantly reduced. This means that the one coated with an airgel The casting mold is heated to much lower maximum temperatures and the metal melt cools down less quickly.
  • curve C the heat flow increases compared to curve A and B decrease less quickly over time and even lie after a certain time over the heat flow of curves A and B. So there is a distribution of the heat flow with a flat course over time.
  • the heat flow in the mold with a thicker one 100 ⁇ m airgel layer (curve D) remains compared to the other three curves A, B and C are comparatively low over the entire period.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Giessform (1) mit einem Formhohlraum (10) und einem die Wärme abführenden und den Formhohlraum (10) ausbildenden Giessformkörper zum Giessen von Gussteilen aus Metall im Formgiessverfahren. Die Giessformr enthält an der den Formhohlraum (10) ausbildenden Oberfläche eine Beschichtung (20) in Form eines Schichtkörpers mit einer Dicke von weniger als 5 mm trägt, wobei der Schichtkörper aus einem skelettartig aufgebauten, hochporösen Festkörper aus einem wärmebeständigen Werkstoff mit einer Porösität von grösser als 50% und einer Wärmeleitfähigkeit k von k < 1 W/mK besteht. <IMAGE>

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Giessform mit einem Formhohlraum und einem die Wärme abführenden und den Formhohlraum ausbildenden Giessformkörper zum Giessen von Gussteilen aus Metall sowie die Verwendung einer Giessform und ein Verfahren zur Herstellung einer Giessform.
Beim Formgussverfahren werden beispielsweise aus sogenannten Gusslegierungen direkt Guss- bzw. Formteile gegossen, wobei hierzu in der Regel sogenannte Dauerformen, d.h. wiederverwendbare Giessformen, eingesetzt werden.
Die Giessverfahren werden in Bezug auf die Art des Giessprozesses in verschiedene Kategorien aufgeteilt. So unterscheidet man zwischen den sogenannten Schwerkraftgiessverfahren, z.B. Kokillenguss, und den Druckgussverfahren. Während bei den Schwerkraftgiessverfahren die Metallschmelze allein durch die Schwerkraft in die Giessform fliesst, wird die Schmelze im Druckgussverfahren mit Druckbeaufschlagung in die Giessform gepresst. Die zur Formfüllung angewendeten Drücke können dabei sehr hoch sein und beispielsweise bis 200 bar betragen, so dass die Metallschmelze richtig gehend in die Giessform hinein geschossen wird. Die für ein Formteil vorgesehene Metallschmelze wird hier in der Regel dosiert in der sogenannten Füllbüchse oder Giesskammer bereit gestellt und mittels eines Kolbens über den Angiesskanal in den Formhohlraum gepresst. Nach Erstarren der Metallschmelze kann die Giessform geöffnet und das Gussteil entnommen werden. Der Druckguss eignet sich insbesondere zur rationellen Fertigung von Grossserien, sowie zur Herstellung dünnwandiger Gussteile.
Bei den sogenannt modifizierten Druckgussverfahren wird der Formhohlraum der Giessform vor dem Einschiessen der Metallschmelze evakuiert bzw. es wird ein Unterdruck erzeugt. Solche Verfahren sind beispielsweise unter der Bezeichnung MFT-Verfahren (Minimum Filling Time) oder Vacural-Verfahren bekannt.
Ferner kann auch eine Einteilung in Giessverfahren mit langsamer Füllung, wie z.B. Kokillenguss, Kippguss, Vakuumguss oder Niederdruckguss und in solche mit kurzer Füllzeit, wie Druckguss, Thixoguss oder Vacural vorgenommen werden.
Die Formgiessverfahren haben alle gemeinsam, dass der Wärmeabfluss aus der Metallschmelze bzw. dem Gussteil im wesentlichen über die Giessform erfolgt. Die Wärmeleitfähigkeit der für den Wärmeabfluss verantwortlichen Teile der Giessform beeinflusst somit den Ablauf eines Giessprozesses massgeblich. Neben der Wärmeleitfähigkeit der Giessform übt jedoch auch die sogenannte Trennfläche zwischen Giessform und Schmelze einen wesentlichen Einfluss auf den Wärmaustausch aus. Der Einfluss der Trennfläche macht jedoch die Kontrolle über den Wärmeaustausch zwischen Metallschmelze und Giessform besonders schwierig.
Die Kontrolle des Wärmeaustausches zielt insbesondere darauf ab, dass die Giessform einerseits während des Formfüllvorganges der Schmelze möglichst wenig Wärme entzieht, damit die Fliessfähigkeit der Schmelze erhalten bleibt und es nicht zu vorzeitiger Erstarrungen und somit zu einer unvollständigen Formfüllung kommt. Nach Abschluss des Füllvorganges soll jedoch andererseits, um kurze Zykluszeiten zu garantieren, in kurzer Zeit möglichst viel Wärme durch die Giessform abgeführt werden, damit die Metallschmelze rasch zum Gussteil erstarrt und entformt werden kann. Die Giessform sollte deshalb einerseits gegenüber der Schmelze eine isolierende Wirkung entfalten und andererseits eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
In komplexeren Giessverfahren, wie z.B. dem Druckguss, ist die Giessform in der Regel vielteilig. Das eigentlich formgebende Werkzeugteil wird Formeinsatz genannt. Der Formeinsatz einer Giessform ist daduch charakterisiert, dass er den Formhohlraum der Giessform ausbildet und die Wärme aus dem Formhohlraum abführen muss. Üblicherweise enthält der Formeinsatz auch einen sogenannten Angiesskanal, welcher in den Formhohlraum führt. Der Formeinsatz ist üblicherweise mehrteilig. In der Regel ist der Formeinsatz zweiteilig und besteht aus zwei Formeinsatzhälften.
Neben dem Formeinsatz kann die Giessform z.B. auch eine Giesskammer, Kolbenvorrichtungen, Hydraulikvorrichtungen, eine Auswerfvorrichtungen und weitere Teile enthalten. Bei anderen Giessverfahren, wie z.B. dem Kokillenguss, besteht die Giessform wiederum in der Regel lediglich aus dem den Formhohlraum ausbildenden Teil.
Der Einfachheit halber wird nachfolgend das den Formhohlraum ausbildende und die Wärme abführende Bauteil der Giessform als Giessformkörper bezeichnet. Der Giessformkörper entspricht beispielsweise dem Formeinsatz einer Druckgiessform.
Bei Giessverfahren mit langsamer Formfüllung werden in der Regel Giessformen bzw. Giessformkörper aus Grauguss verwendet. Die Giessformen werden üblicherweise an der Trennfläche zum Formhohlraum mit einer isolierenden Schlichte überzogen, die ein vorzeitiges Erstarren der Schmelze verhindern soll. Die Schlichten sind anorganische, feuerbeständige Stoffe mit sehr feiner Körnung. Bekannt sind z.B. sogenannte weisse Schlichten aus Schlämmkreide, Ton oder Kaolin oder schwarze Schlichten aus Russ oder Graphit. Die Schlichten dienen neben der Regulierung des Wärmeüberganges auch der Verhinderung von chemischen Reaktionen zwischen Metallschmelze und Giessform. Ferner können die Schlichten auch eine Schmierfunktion ausüben.
Die Schlichten können wärmeleitend oder isolierend sein. Ferner können wärmeleitende und isolierende Schlichten in derselben Giessform zur Anwendung kommen. Dies ermöglicht eine begrenzte Kontrolle des Wärmeaustausches.
Bei ausreichender Dicke der isolierenden Schlichte von z.B. über 0,5 mm wird der Wärmeaustausch nicht mehr durch die Trennfläche sondern ausschliesslich durch die Wärmeleitfähigkeit der Schlichte beeinflusst, was eine bessere Kontrolle des Wärmeaustausches erlaubt. Die Schlichten sollten jedoch die Schichtdicke von 0,8 mm nicht überschreiten, da sonst die Neigung zu Ablätterungen erheblich zunimmt. Die Kontrolle der Wärmeabfuhr ist somit in der Praxis nur begrenzt möglich, da nicht beliebig grosse Schichtdicken angewendet werden können. Abblätternde Schlichte kann zudem während der Formfüllung in die Schmelze gelangen und die mechanischen Eigenschaften des Gussteils beeinträchtigen.
Bei Giessverfahren mit kurzer Füllzeit bestehen die Giessformen bzw. die Giessformkörper in der Regel aus Stahl, insbesondere aus nitriertem Warmarbeitsstahl. In diesen Verfahren werden an der Trennfläche zum Formhohlraum sogenannte Trennmittel jedoch keine Schlichten aufgebracht. Die Trennmittel sollen verhindern, dass die unter hohem Druck eingeschossene Metallschmelze an der Giessform kleben bleibt. Die Trennfläche zum Formhohlraum muss dazu nach jedem Giessvorgang wieder von Neuem mit Trennmittel eingesprüht werden. Reste von Trennmitteln können beim Formfüllvorgang in die Schmelze übergehen und die Qualität der Gussteile mindern. Da solche Trennmittel in der Regel auf der Basis einer wässrigen Lösung aufgebracht werden, können durch das schnelle Einschiessen der Schmelze aufgrund von verdampfenden Lösungsmittelresten beim Kontakt der Metallschmelze mit dem Trennmittel Gaseinschlüsse entstehen, welche die Qualität des Formteils merklich herabsetzen. Ferner kann das Trennmittel, insbesondere ein organisches Trennmittel, unter Gasbildung mit der Schmelze reagieren. Diese in der Schmelze mitgeführten Gase beeinträchtigen wiederum die mechanischen Eigenschaften und Schweissbarkeit der Gussteile.
Bei Giessverfahren mit kurzer Füllzeit kann der Wärmeaustausch zwischen Giessform und Metallschmelze nur unzureichend kontrolliert werden, da dieser massgeblich durch den Wärmeübergang an der Trennfläche bestimmt wird.
Der genannte Wärmeübergang an der Trennfläche wird durch den sogenannten Wärmeübergangskoeffizienten charakterisiert, welcher wiederum von vielen, schwer kontrollierbaren Faktoren wie Fliessgeschwindigkeit der Schmelze, Beschaffenheit der Kontaktfläche, Spaltbildung, lokaler Druck oder Auswaschung des Trennmittels abhängt.
Der Kontrolle des Wärmeaustausches bei bekannten Giessformen sind folglich enge Grenzen gesetzt. Erschwerend kommt hinzu, dass der Wärmefluss zeitlich stark schwankt und unmittelbar nach Abschluss der Formfüllung sehr hohe Spitzenwerte erreicht. Die Temperaturen der Giessformoberflächen schwanken deshalb während den einzelnen Giesszyklen in der Regel zwischen 20°C und 500°C.
Der Wärmehaushalt der Giessformen wird üblicherweise einerseits durch Heiz- und/oder Kühlkanäle im Innern der Giessform und andererseits durch Besprühen und Ausblasen des Trennmittels nach dem Entformen reguliert. Wegen der, vergleichsweise zu Aluminium, schlechten thermischen Diffusität des Stahls unterliegt in der Regel eine 2-3 cm mächtige Zone an der Trennfläche zum Formhohlraum besonders grossen Temperaturschwankungen. Aus oben genannten Gründen ist die Auswahl an geeigneten Werkstoffen zur Herstellung von Giessformen, insbesondere für Druckgussverfahren, beschränkt. So eignen sich bis anhin Giessformen aus Aluminium wegen der stark verringerten mechanischen Festigkeiten bei Temperaturen von über 200°C nicht für Giessformen. Ferner weist Aluminium einen zu Stahl vergleichsweise hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, weswegen Aluminium-Giessformen keinen hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt werden können.
Der schwer kontrollierbare Wärmeaustausch zwischen Metallschmelze und Giessform bei herkömmlichen Giessformen wirkt sich negativ auf die Prozessführung und Reproduzierbarkeit der Abläufe aus. So ist es in der Regel notwendig bei Aufnahme eines Giessprozesses mit kontinuierlichen Giesszyklen bis zur Einstellung von stationären thermischen Verhältnissen in der Giessform einige Abgüsse als Ausschuss zu produzieren. Stationäre thermische Verhältnisse bedeutet dabei, dass die ändernden thermischen Bedingungen über einen Giesszyklus bei den nachfolgenden Giesszyklen im wesentlichen gleich bleiben.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Giessform vorzuschlagen, welche eine bessere Kontrolle des Wärmeaustausches zwischen Metallschmelze und Giessform und den Einsatz von wärmeempfindlicheren Werkstoffen für Giessformen bzw. Giessformkörper erlaubt, wobei auf den Einsatz von Trennmitteln oder Schlichten verzichtet werden soll.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Giessformkörper an der den Formhohlraum ausbildenden Oberfläche teil- oder vollflächig eine gegen flüssige Metallschmelze resistente Beschichtung in Form eines Schichtkörpers mit einer Dicke von weniger als 5 mm aufweist, und der Schichtkörper aus einem thermisch isolierenden, wärmeschockbeständigen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit k von k < 1 W/mK besteht.
Teilflächig bedeutet, dass der Schichtkörper auf einzelnen Flächenabschnitten der Formhohlraumoberfläche aufgebracht ist. Eine vollflächige Beschichtung deckt demgegenüber die gesamte Formhohlraumoberfläche ab.
Die Unteransprüche beschreiben weitere Ausführungsvarianten einer erfindungsgemässen Giessform.
Der Schichtkörper besteht vorzugsweise aus einem porösen Material bzw. Festkörper, vorzugsweise aus einem hochporösen Material bzw. Festkörper mit einer Porösität von grösser als 50 Vol-%.
Die Beschichtung ist zweckmässig dauerhaft auf der besagten Oberfläche fixiert, d.h. die Beschichtung bleibt über mehrere Giesszyklen hinweg funktionstüchtig erhalten. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, dass die Beschichtung nach Verlauf einiger Giesszyklen gegebenenfalls erneuert bzw. ausgebessert, jedoch nicht wie die Trennmittel vollständig von Neuem aufgebracht werden muss.
Der die Beschichtung ausbildende Schichtkörper misst vorzugsweise eine Dicke von weniger als 2000 µm, besonders bevorzugt von weniger als 1000 µm, insbesondere von weniger als 500 µm, vorteilhaft von weniger als 200 µm, und von grösser als 0,1 µm, vorzugsweise grösser als 1 µm, insbesondere grösser als 5 µm.
Der Schichtkörper besteht zweckmässig aus einem dreidimensionalen, skelett- bzw. gerüstartigen Netzwerk aus miteinander verketteten Teilchen bzw. Partikeln einer Grösse von vorzugsweise 1-50 nm, vorteilhaft 1-20 nm, und insbesondere 2-10 nm. Der Schichtkörper ist, bedingt durch die genannte Skelettstruktur, zu mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 75%, und insbesondere mehr als 95%, offenporig, bezogen auf das gesamte Porenvolumen des Schichtkörpers.
Die Porengrössen, d.h. die Porendurchmesser, des Schichtkörpers können beispielsweise bis 10 µm betragen. Die Porendurchmesser betragen mehr als 0 nm, vorzugsweise mehr als 0,5 nm, vorteilhaft mehr als 5 nm, insbesondere mehr als 10 nm und vorzugsweise weniger als 1000 nm, vorteilhaft weniger als 500 nm, und insbesondere weniger als 100 nm.
Die Porosität des Schichtkörpers beträgt vorzugsweise über 60 Vol.-% (Volumenprozente), vorteilhaft über 85 Vol.-%, und insbesondere über 90 Vol.-%, wobei die Volumenprozente sich auf das Gesamtvolumen des Schichtkörpers beziehen. Die Porosität kann sogar zwischen 95 und 99 Vol.-% liegen.
Die Poren sind bevorzugt mit einem gasförmigen Medium wie z.B. mit Luft gefüllt. Ferner können die Poren auch evakuiert sein. Die Dichte des Schichtkörpers liegt zweckmässig zwischen 10 und 1'000 kg/m3, vorzugsweise zwischen 10 und 600 kg/m3 und insbesondere zwischen 50 und 400 kg/m3.
Aufgrund der oben beschriebenen Struktur beträgt die Wärmeleitfähigkeit k des Schichtkörpers vorzugsweise weniger als 0,5 W/mK, besonders bevorzugt weniger als 0,1 W/mK, insbesondere weniger als 0,05 W/mK, und vorteilhaft weniger als 0,02 W/mK, wobei "W" für Watt und "K" für Kelvin und "m" für Meter steht. Sind die Poren des Schichtmaterials evakuiert, so kann die Wärmeleitfähigkeit 0,01 W/mK oder weniger betragen. Aufgrund der tiefen Wärmeleitfähigkeit des Schichtkörpers spielt der Wärmeübergang an der Trennfläche bei erfindungsgemässen Giessformen eine untergeordnete Rolle.
Der Wärmefluss durch den Schichtkörper wird vorzugsweise massgeblich durch Wärmeleitung bestimmt. Der Wärmaustausch über Konvektion ist von geringer Bedeutung, da die Wärme durch das in den Poren vorhandene Gas ausschliesslich mittels der wenig effizienten Diffusion transportiert wird.
Die Wärmeleitung über den Skelettkörper spielt bei einem transparenten Schichtkörper im Vergleich zur Wärmestrahlung bei zunehmender Schichtdicke eine immer kleinere Rolle. Da jedoch die Giesszyklen nicht allzu lang dauern und die Erstarrung des Gussteils nicht beliebig viel Zeit in Anspruch nehmen darf, sollte die Wärmeleitung ein bestimmtes Mass nicht unterschreiten und damit die Schichtdicke des Schichtkörpers eine bestimmte Mächtigkeit nicht überschreiten.
Beträgt z.B. die Tempertur T1 an der der Schmelze zugewandten Oberfläche des Schichtkörpers 600°C und die Tempertur T2 an der dem Giessformkörper zugewandten Oberfläche des Schichtkörpers 20°C, so sollte die Schichtdicke des Schichtkörpers bei einer Wärmeleitfähigkeit k = 0,02 W/mK desselben die Dicke von 1 mm nicht überschreiten.
Die Oberflächenrauhigkeit des Schichtkörpers entspricht beispielsweise im wesentlichen derjenigen des Giessformkörpers und beträgt bei Stahlformen beispielsweise 10 - 100 µm.
Der Schichtkörper besteht vorzugsweise aus einem in einem Sol-Gel-Prozess hergestellten Material, in welchem eine kollodiale Lösung, das sogenannte Sol, z.B. mittels Hydrolyse/Polykondensation, in ein Gel und anschliessend mittels eines Trocknungsprozesses unter teilweiser oder vollständiger Beibehaltung der Gelstruktur in einen porösen Festkörper mit oben genannten Eigenschaften überführt wird.
Schichtmaterialien, welche den oben genannten Aufbau und Eigenschaften aufweisen sind die sogenannten Aerogels und Xerogels.
Nach einer enger gefassten Definition sind Aerogels in einem Sol-Gel-Verfahren hergestellte, hochporöse, gerüstartig bzw. skelettartig aufgebaute Festkörper von niedriger Dichte aus zu einem offenporigen Netzwerk miteinander verketteten Teilchen, wobei das Lösungsmittel unter Beibehaltung der ursprünglichen Gelstruktur mittels eines geeigneten Trocknungsprozesse, wie z.B. überkritisches Trocknen, aus dem Gel entfernt worden ist. Ein Aerogel zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Gerüststruktur nach dem Trocknungsprozess im wesentlichen unbeschädigt erhalten bleibt und das Volumen des Aerogels wenigstens 50%, und insbesondere mehr als 85% des ursprünglichen Volumens des Gels vor dem Trocknungsprozess beträgt.
Xerogels werden analog wie Aerogels hergestellt, nur werden diese unter Beibehaltung der ursprünglichen Gerüststruktur bei unterkritischen Bedingungen getrocknet, wobei das Gerüst in der Regel Risse aufweist und teilweise aufgebrochen ist. Das Xerogel zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass während des Trockungsprozesses eine Schrumpfung des Gelkörpers von gegen 90% eintritt.
Überdies sind sogenannte Kryogels als mögliche Schichtkörpermaterialien bekannt, welche analog wie Aerogels oder Xerogels hergestellt werden, wobei die Entfernung der Flüssigkeit, d.h. der Trocknungsprozess, aus dem gefrorenen Zustand durch Sublimation des Lösungsmittels geschieht. Aufgrund der Volumenausdehnung des gefrorenen Lösungsmittels wird die ursprüngliche Gelstruktur in der Regel zerstört und die Porengrösse und - geometrie des Kryogels orientiert sich im wesentlichen am Kristallisationsmuster des Lösungsmittels.
Der Herstellungsprozess des Aerogels wie auch des Xerogels umfasst hauptsächlich zwei Schritte, nämlich den Sol-Gel-Prozess und den nachfolgenden Trockungsprozess. Im Sol-Gel-Prozess wird eine wässrige oder alkoholische Sol-Lösung beispielsweise über Hydrolyse und Polykondensation in ein Gel überführt, in welchem sich Monomere zu einem dreidimensionalen, offenporigen Netzwerk oder Gerüst verketten. Der pH-Wert der Lösung spielt bei der Überführung des Sols in ein Gel ein massgebende Rolle. Durch Beigabe von basischen oder sauren Katalysatoren kann die Geschwindigkeit des Sol-Gel-Prozesses und ferner diverse Eigenschaften des Gelkörpers, wie z.B. die Verbindung der einzelnen Ketten, welche wiederum ausschlaggebend für die Wärmeleitfähigkeit und Elastizität des Gelkörpers ist, beeinflusst werden. Die Porosität des Gelkörpers wird durch die Konzentration von polymerisierbaren Monomeren in der Ausgangslösung bestimmt.
Da das dreidimensionale Netzwerk in der Regel keine geschlossenen Poren enthält, kann das durch das Netzwerk eingeschlossene Lösungsmittel unter Ausbildung eines offenporigen Gerüstes in einem Trockungsprozess vollständig aus dem Gel extrahiert werden. Die ) Bedingungen, unter welchen der Trockungsprozess ausgeführt wird, sind entscheidend dafür, ob ein Aerogel, d.h. ein Gelkörper aus einem stabilen, dreidimensionalen offenporigen Gerüst, ein Xerogel, ein Kryogel, ein Pulver, oder ein zu einem kompakten Endprodukt geschrumpfter Festkörper zurückbleibt.
Der Trockungsprozess muss dergestalt ausgeführt werden, dass beim Extrahieren des Lösungsmittels aus den Porenräumen das Gelgerüst unter Einfluss und Zusammenwirken der auftretenden Kapillarkräfte und Oberflächenspannungen nicht kollabiert und zerbricht.
Der Trocknungsprozess eines Aerogels kann bei unterkritischen Bedingungen, z.B. Umgebungsbedingungen, oder unter sogenannten überkritschen Bedingungen stattfinden. Erfolgt die Trockungsprozess bei unterkritischen Bedingungen, so muss durch besondere Behandlung und Modifikation des Gelkörpers, beispielsweise durch Einsatz von oberflächenmodifizierenden Substanzen, und/oder durch Auswechseln des Lösungsmittels, dafür gesorgt sein, dass der Gelkörper erhalten bleibt und keine oder eine nur geringe Schrumpfung eintritt.
Bei überkritischen bzw. hyperkritischen Bedingungen wird der Phasenübergang von flüssig zu gasförmig, bei welchem die grössten Kapillarkräfte auftreten, umgangen, indem das Gel in einen kritischen Zustand mit einem kritischen Druck Pc und einer kritischen Temperatur Tc überführt wird. Im kritischen Zustand (Pc , Tc) wird nicht mehr zwischen Flüssig- und Gasphase unterschieden, und entsprechend gibt es auch keinen Phasenübergang mehr. Die Dichte der Flüssigphase entspicht jener der Gasphase. In einem solchen Zustand herrschen keine Kapillarkräfte mehr.
Es sind auch Aerogels, insbesondere Kieselsäure-Aerogels (Silica-Aerogels) bekannt, die durch spezifische Modifikation des Festkörpergerüstes, beim Trockungsprozess zu unterkritischen Bedingungen, d.h. mit Phasenübergang von flüssig zu gasförmig, durch Krafteinwirkung in sich zusammenklappen und nach Abschluss des Trockungsprozesses durch einen sogenannten Rückfederungsprozess (spring back effect) wieder in die ursprüngliche Gerüststruktur zurück versetzt werden. Diese Kategorie der Aerogels eignet sich für erfindungsgemässe Giessformen besonders gut. Die rückfederenden Aerogels können so konzipiert sein, dass diese beispielsweise vor und zu Beginn des Formfüllprozesses vollständig aufgeklappt sind und eine maximale Porosität und minimale thermische Leitfähigkeit aufweisen. Durch den zunehmenden Formfüllungsdruck wird die Gerüststruktur im Laufe bzw. gegen Ende des Formfüllvorganges schrittweise oder kontinuierlich zusammengeklappt. Bedingt durch die abnehmende Porosität wird die Wärmeleitfähigkeit erhöht und der Wärmabfluss in die Giessform gefördert, wodurch die Erstarrung des Gussteils nach Abschluss des Formfüllvorganges beschleunigt und der Giesszyklus verkürzt wird. Nach dem Entformen klappt die Aerogelstruktur durch Druckentlastung wieder in die ursprüngliche hochporöse Skelettstruktur zurück und ein neuer Formfüllvorgang kann beginnen. Die Rückfederungseigenschaften setzen eine gewisse Elastizität des Aerogel-Gerüstes voraus, wodurch auch dessen Sprödigkeit im Vergleich zu anderen Materialien viel geringer ist.
Aerogels wie auch Xerogels können grundsätzlich aus jedem Monomer hergestellt werden, welches sich mittels Verkettungsvorgängen in ein Gel überführen lässt, wobei sich insbesondere Kohlenstoff, Metalle, Metalloxide sowie polymerisierbare, organische Stoffe dazu eignen.
Es sind beispielsweise sogenannte oxidische Aerogels bekannt, die z.B. über ein Sol-Gel-Verfahren aus Metalloxiden bzw. Metallalkoxiden hergestellt werden. Die Überführung des Sols in ein Gel kann z.B. durch Hydrolyse und Kondensation von Metall-Alkoxiden, wie Sioder Al-Alkoxiden, durch Gelieren von partikulärem oder kollodialem Oxid, wie Si- oder Al-Oxid oder einer Kombination dieser Methoden unter Mitwirkung basischer oder saurer Katalysatoren erfolgen. Die Flüssigkeit wird bevorzugt mittels überkritischer Trocknung aus dem Gel entfernt. Die oxidischen Aerogels können z.B. ZnO-, Fe2O3-, SiO2-, Al2O3-, TiO2-, ZrO2-, SnO2-, Li2O-, CeO2- oder V2O5-Aerogels oder Gemische davon sein. Die oxidischen Aerogels liegen bevorzugt in Form von Gemischt-oxidischen Aerogels vor. Beispiele von binären Mischoxid-Aerogelen sind ZnO/Al2O3-Aerogele, Fe2O3/SiO2-Aerogels und insbesondere Al2O3/SiO2-Aerogele.
Eine besondere Stellung nimmt die Kieselsäure-Aerogels ein, welche beispielsweise aus Si-Oxiden bzw. -Alkoxiden, Alkoxysilanen, wie Tetramethoxysilanen (TMOS), Tetraethoxysilane (TEOS) oder Alkalisilikate (Wasserglas), die mit einem beispielsweise alkoholischen Lösungsmittel ein Sol bilden, hergestellt werden. Kieselsäure-Aerogels können bei niedrigen Temperaturen von unter 100°C hergestellt werden, wodurch z.B. Eigenspannungsprobleme in der Aerogel-Schicht vermieden werden können. Die Herstellung von Si-haltigen Gelen wird beispielsweise in der WO 93/06044 beschrieben.
Die oxidischen Aerogels und insbesondere die Kieselsäure-Aerogels werden bevorzugt unter überkritischen Bedingungen getrocknet.
Ferner sind auch Aerogels als organische Festkörper bekannt, die in der Regel über Sol-Gel-Verfahren aus, z.B. in einer wässrigen Lösung gelösten, organischen Polymeren, wie z.B. Melaminformaldehydharze, Resorcinformaldehydharze oder Phenol-Furfurale (Phenolic-furfural), unter Mitwirkung basischer oder saurer Katalysatoren durch Polymerisation, Polykondensation und anschliessender Trocknung hergestellt werden. Solche Aerogels werden auch Kunststoff-Aerogels genannt. Die Herstellung von organischen Gels wird z.B. in der US-A-5,086,085 und in der US-A4,873,218 beschrieben.
Die Kunststoff-Aerogels können in weiteren Schritten mittels Pyrolyse in Kohlenstoff-Aerogels überführt werden. Die Pyrolyse findet in der Regel unter Schutzgas, wie Argon oder Stickstoff, oder im Vakuum und bei Temperaturen von über 600°C, insbesondere über 1000°C, statt.
Die Aerogels können, um beispielsweise eine Struktur zu schaffen, welche höheren Drükken während des Formfüllvorganges standhält, Füllstoffe enthalten. Solche Füllstoffe könne beispielsweise anorganische Füllstoffmaterialien wie SiO2, Al2O3, TiO2 oder Gemische davon sein, die beispielsweise in einem Volumenanteil von 5 bis 30 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Aerogelkörpers, in das Aerogel eingebracht werden. Ferner können auch organische Füllstoffe, wie beispielsweise thermoplastische oder duroplastische Kunststoffpartikel, z.B. Polystyrol, eingesetzt werden. Hierbei ist zu beachten, dass bei der Pyrolyse der Kunststoffgels diese Materialien mit ausgeschmolzen oder verbrannt werden. Mit Hilfe solcher Materialien ist jedoch eine Kontrolle der Schrumpfung währen der Pyrolyse möglich.
Setzt man dem Sol vor der Gelherstellung ein IR-Trübungsmittel, wie Russ, Titandioxid, Eisenoxide oder Zirkonoxid, zu, so kann überdies die Wärmeleitfähigkeit um den Strahlungsbeitrag reduziert werden. Ferner können zur Erzielung einer Färbung Farbstoffe und/oder Farbpigmente zugesetzt werden.
Mögliche Kunststoff-Aerogels könne z.B. auf der Basis von Resorcin/Formaldehyd, die bei geeigneter Zusammensetzung und geeignetem Gehalt an basischem Polymerisationskatalysator, wie Ammoniumhydroxid und/oder Natriumcarbonat, bei Temperaturen zwischen 20 und 50°C ohne überkritisches Trocknen in ein mikrostrukturiertes Kunststoff-Aerogel überführt werden, hergestellt werden.
Die chemische und physikalische Beschaffenheit der Aerogels lässt sich allgemein durch die Ausgangsstoffe, ihre Gemisch und das Herstellungsverfahren in weiten Grenzen variieren und modifizieren, so dass es möglich ist, der Aufgabenstellung entsprechend massgeschneiderte Aerogels herzustellen.
Bevorzugt werden Kieselsäure- oder Mischoxid-Aerogels als Schichtkörpermaterialien eingesetzt. Kieselsäure-Aerogels zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass diese durch Metalle und Metalllegierungen nicht benetzt werden und beispielsweise durch die nachfolgend aufgeführten, giessbaren Metalle und Metalllegierungen chemisch nicht angegriffen werden.
Dünne Aerogel-Schichten von z.B. weniger als 50 µm können z.B. als Sol in fliessfähigem Zustand mittels Streich-, Sprüh-, Walz-, Schleuder- oder Rakelverfahren, Tauchen, Fluten, Giessen, oder äquivalenten Verfahren auf die entsprechenden Giessformoberflächen aufgetragen und anschliessend ausgehärtet bzw. getrocknet werden. Ferner können die Aerogels, insbesondere bei Aerogel-Schichten von mehr als 50 µm, in Form von Folien hergestellt und auf die entsprechenden Giessformoberflächen aufgeklebt werden, wobei die Folie entsprechend der Oberflächentopographie vorgeformt werden kann. Der Klebstoff, vorzugsweise ein konventioneller Klebstoff, weist zweckmässig eine Wärmebeständigkeit auf, welche auf die an den Klebflächen während des Giessprozesses zu erwartenden Temperaturen und Temperaturschwankungen ausgerichtet ist. Wird die Giessform bzw. der Giessformkörper nicht auf über 100°C erwärmt, so eignet sich unter Umständen bereits ein Epxoy-Kleber-System. Insbesondere Kohlenstoff-Aerogels werden bevorzugt als Folien vorgefertigt, währen z.B. Kieselsäure-Aerogels bevorzugt nach einer der eingangs erwähnten Methode direkt auf die Oberfläche der Giessform aufgebracht und ausgehärtet bzw. getrocknet werden.
Wird das Aerogel als Folie auf die Giessform aufgebracht, so kann die Schichtdicke in einem Bereich von 50-200 µm liegen. Wird das Aerogel als Sol auf die Giessform aufgebracht und anschliessend ausgehärtet bzw. getrocknet, so kann die Schichtdicke in einem Bereich von 5-20 µm liegen.
Ein typisches Kieselsäure-Aerogel besteht beispielsweise aus miteinander vernetzten Teilchen, mit einem Durchmesser von 2-5 nm, wobei das Porenvolumen 95% oder mehr des Gesamtvolumens des Schichtmaterials ausmacht. Der Porendurchmesser beträgt rund 15-25 nm.
Die Giessform bzw. der Giessformkörper besteht zweckmässig aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, wobei das Material bei Temperaturen von bis zu 300°C, vorzugsweise bis 200°C und insbesondere bis 150°C wärmebeständig sein soll, d.h. das Material soll bis zu den genannten Temperaturwerten keine wesentlichen Beeinträchtigung in seinen mechanischen Eigenschaften erfahren. Die Giessform bzw. der Giessformkörper besteht vorzugsweise aus einem Metall. Die Giessform bzw. der Giessformkörper kann z.B. aus einem Eisenmetall, wie Stahl oder einem nicht-Eisenmetall, wie Kupfer, Magnesium oder einer Legierung, enthaltend wenigstens eines der genannten Metalle, bestehen. Die Giessform bzw. der Giessformkörper besteht jedoch vorteilhaft aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Unter guter Wärmeleitfähigkeit im oben genannten Sinne sind Wärmeleitfähigkeiten von gleich oder mehr als 30 W/mK, vorzugsweise von mehr als 100 W/mK, und insbesondere von mehr als 150 W/mK, zu verstehen.
Die Oberfläche, insbesondere die mit einer erfindungsgemässen Beschichtung versehene Oberfläche der Giessform kann vor Auftrag des Schichtkörpers bzw. des Aerogels einer Vorbehandlung unterzogen und beispielsweise mit einem Haftvermittler oder Primer versehen werden. Die genannte Oberfläche einer Giessform oder eines Giessformkörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung kann beispielsweise eine durch Chromatierung, Phosphatierung oder durch anodische Oxidation erzeugte Vorbehandlungsschicht aufweisen.
Die Vorbehandlungsschicht kann z.B. eine anodisch erzeugte Oxidschicht, die in einem rücklösenden oder nicht rücklösenden Elektrolyten aufgebaut wurde, sein. Ferner kann die Vorbehandlungschicht eine Gelbchromatierschicht, eine Grünchromatierschicht, eine Phosphatschicht oder eine chromfreie Vorbehandlungsschicht, die in einem Elektrolyten, enthaltend wenigstens eines der Elemente Ti, Zr, F, Mo oder Mn, aufgewachsen ist, sein. Die Vorbehandlungsschicht kann auch eine durch natürliche Oxidation erfolgte Oxidschicht sein.
Die Vorbehandlungsschicht kann eine Dicke von über 20 nm, vorzugsweise über 50 nm, insbesondere über 100 nm, und vorteilhaft über 150 nm (Nanometer) und von weniger als 1500 nm, und bevorzugt weniger als 200 nm, aufweisen.
Als Vorbehandlung kann auch, alleine oder in Kombination mit oben genannten Vorbehandlungen, ein Entfetten oder ein mechanischer Oberflächenabtrag durch abrasive Mittel angewendet werden. Ein mechanischer Oberflächenabtrag kann durch Schleifen, Strahlen, Bürsten oder Polieren geschehen.
Die erfindungsgemässe, gegebenenfalls auf eine oben genannt vorbehandelte Oberfläche aufgetragene Beschichtung, kann auch an der den Angiesskanal und/oder die Giesskammer ausbildenden Hohlraumoberfläche einer Giessform, insbesondere Druckgiessform, teil- oder vollflächig vorgesehen sein.
Die Giessform bzw. der Giessformkörper kann Mittel zum Kühlen und/oder Heizen derselben enthalten. Die Giessform kann insbesondere Heiz- und/oder Kühlkanäle enthalten, in welchen ein gasförmiges oder flüssiges Heiz- und/oder Kühlmedium, wie z.B. Öl, zirkuliert.
Die Erneuerung bzw. Reparatur einer beschädigten oder abgetragenen Beschichtung kann beispielsweise durch Auftragen einer Aerogelschicht in flüssiger bis gelartiger Form nach einer der oben genannten Methode in Situ und Aushärtung bzw. Trocknung unter unterschritischen Bedingungen bei Temperaturen von unter 200°C, insbesondere unter 100°C, erfolgen. Ferner kann die neue Aerogelschicht auch in Form einer Folie auf die Oberfläche aufgeklebt werden. Falls notwendig können bestehende Aerogelschichten mittels Säure, wie z.B. Flusssäure, weggeätzt und anschliessend erneuert werden.
Die erfindungsgemässe Giessform eignet sich insbesondere zum Giessen von Aluminium, Magnesium, Titan oder Legierungen, enthaltend wenigstens eines der genannten Metalle. Besonders geeignete Aluminiumlegierungen sind z.B. AlSi, AlSiMg und AlCu. Ferner eignet sich die erfindungsgemässe, mit einem Aerogel, insbesondere mit einem Kieselsäure-Aerogel, beschichtete Giessform auch zum Giessen von Zinn und Zinnlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen bzw. Bronzelegierungen, Blei und Bleilegierungen, Zink und Zinklegierungen, Silber und Silberlegierungen sowie Gallium und Galliumlegierungen. Weitere Metalle, die sich mit der erfindungsgemässen Giessform giessen lassen, sollen durch vorliegende Aufzählung nicht ausgeschlossen sein.
Mit der erfindungsgemässen Giessform können gegebenenfalls auch schlecht giessbare Legierungen, wie z.B. Knetlegierungen, in Formgiessverfahren gegossen werden.
Durch die thermische Isolation der Giessform wird der Wärmeabfluss aus der Schmelze verzögert und die Metallschmelze kühlt insbesondere während des Formfüllvorganges weniger schnell ab. Die Metallschmelze weist deshalb im Vergleich zu herkömmlichen Giessformen während des Formfüllvorganges eine verbesserte Fliessfähigkeit auf. Die aktive Aufheizung der Giessform auf Temperaturen von über 150°C ist nicht mehr notwendig, wodurch Energie gespart werden kann. Die Giessform bzw. der Giessformkörper, z.B. aus Aluminium, kann beispielsweise während des Giesszykluses Minimaltemperaturen von 10 bis 30°C aufweisen.
Die Bemessung der Dicke des Schichtkörpers ist in Abhängigkeit von dessen Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Temperatur im Giessformkörper an der Grenzfläche zum Schichtkörper während des Giessprozesses nicht über 200°C, vorzugsweise nicht über 150°C, und insbesondere nicht über 120°C, steigt.
Die Bemessung der Dicke des Schichtkörpers ist in Abhängigkeit von dessen Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Erstarrungszeit des Gussteils nach Abschluss des Formfüllvorganges weniger als 6 sec., vorzugsweise weniger als 4 sec., insbesondere weniger als 3 sec., beträgt.
Da die Maximaltemperaturen der Giessform bzw. des Giessformkörpers während des Giesszykluses geringer sind, ist ein Entspannungsglühen der Giessform nicht mehr in allen Fällen notwendig.
Das thermische Gleichgewicht ist ferner bereits beim Anfahren eines Giessprozesses gegeben, womit die Produktion von Ausschuss zu Beginn des Giessprozesses reduziert werden kann. Die Wechselzeit der Giessformen bzw. der Giessformkörper sind verkürzt, da diese beim Wechseln weder gekühlt noch aufgeheizt werden müssen.
Die bessere Fliessfähigkeit ist zu einem weiteren Teil auch auf die geringere Reibung der Metallschmelze an der Oberfläche des Schichtkörpers zurückzuführen. Bedingt durch die hohe Porosität im Nanometerbereich, kommt die Aluminiumschmelze nur punktweise mit der Oberfläche des Schichtkörpers in Kontakt. Die Oberflächenspannung der Schmelze sorgt dafür, dass die Schmelze nicht in die Poren des Schichtkörpers eindringt. Die mechanischen Belastungen, insbesondere bei Druckgussverfahren, sind dank der ausgezeichneten Fliessfähigkeit der Metallschmelzen bis zum Abschluss der Formfüllung wesentlich kleiner, d.h. aufgrund der guten Fliessfähigkeit kann die Giessform mit geringerem Druck gefüllt werden als bisher.
Ferner ist aufgrund des punktweisen Kontaktes die Haftfläche zwischen dem Gussteil und der Giessform klein, die Entformungskräfte sind entsprechend gering und es tritt keine Benetzung der Giessformoberfläche durch die flüssige Metallschmelze auf, weswegen auf den Einsatz von Trennmitteln bzw. Schlichten verzichtet werden kann.
Dank der besseren und längeren Fliessfähigkeit der Metallschmelze und der verzögerten Erstarrung können Gussteile mit komplizierten geometrischen und dünnwandigen Strukturen hergestellt werden. Ferner kann durch Variation in der Dicke der Beschichtung innerhalb derselben Giessform der Wärmeabfluss lokal gesteuert werden. So können beispielweise bei dünnwandigen Bereichen des Gussteils in der Giessform grössere Schichtdicken vorgesehen sein, um hier den Wärmeabfluss zu verzögern. Bei dickwandigen Bereichen des Gussteils können in der Giessform kleinere Schichtdicken vorgesehen sein, um hier den Wärmeabfluss zu beschleunigen und die Zykluszeit zu verkürzen. Generell kann durch Variation der Schichtdicke das Zeitfenster für die Formfüllung innerhalb der vorgegebenen Randbedingungen beliebig bestimmt werden. Randbedingungen sind beispielsweise die Verhinderung einer Vorerstarrung der Schmelze vor Abschluss der Formfüllung, sowie maximale Formfüllzeiten die noch einen wirtschaftlichen Produktionsablauf erlauben.
Die erfindungsgemässe Giessform findet vorzugsweise Verwendung in einer Giessvorrichtung zum Herstellen von Gussteilen aus Metall in einem Formgiessverfahren. Die erfindungsgemässe Giessform ist in Giessvorrichtungen für alle eingangs im Stand der Technik erwähnten Formgiessverfahren, jedoch insbesondere für Vakuumguss-, Niederdruckgussund Druckgussverfahren verwendbar. Die erfindungsgemässe Giessform ist vorzugsweise eine Dauerform. Die erfindungsgemässe Giessform kann auch in Formatgiessverfahren Einsatz finden. Weitere nicht genannte Giessverfahren sollen vom Einsatz erfindungsgemässer Giessformen nicht ausgenommen sein.
Der Einsatz von erfindungsgemäss beschichteten Aluminium-Giessformen erlaubt wegen dem reduzierten Gewicht eine einfachere Handhabung.
Die vorstehenden Ausführungen zur Herstellung und zum Einsatz von Aerogels als Schichtkörper mit Ausnahme der Aerogel-spezifischen Trocknungsprozesse sollen auch für Xerogels gelten.
Nachfolgend werden je ein Beispiel zur Herstellung eines Kieselsäure-, eines Kunststoffund eines Kohlenstoff-Aerogels aufgeführt.
Beispiel 1:
Tetramethoxysilan (TMOS) wird in Methanol aufgelöst und unter Beigabe von Wasser zu einem Sol aufgerührt. Nachfolgend wird kontinuierlich ein saurer oder basischer Katalysator, wie NH4OH, NaOH, KOH, Al(OH)3 und/oder kolloidale Kieselsäure, der Lösung hinzugegeben, wodurch die Hydrolyse und Polykondensation einsetzt: Si(OCH3)4 + 4H2O → Si(OH)4 + 4CH3OH   Hydrolyse Si(OH)4 → SiO2 + 2H2O   Polykondensation
Das Verhältnis von TMOS zu Methanol bestimmt die Dichte des fertigen Aerogels, während die Menge an zugegebenem Wasser und Katalysator, wie auch die Wahl des Katalysators, die Morphologie des Aerogel-Skelettes bestimmen.
Das noch immer niederviskose Sol kann auf die Oberfläche des Formhohlraumes der Giessform aufgetragen werden. Der nachfolgende Übergang vom Sol zu einem Gel kann wenige Sekunden, z.B. bei hohen Konzentrationen von TMOS und stark basischen Bedingungen, bis mehrere Minuten, z.B. für niedrigere Konzentrationen an TMOS und weniger basischen Bedingungen, dauern. Nachfolgend wird das Gel zu einem Kieselsäure-Aerogel getrocknet. Das Gel kann, um beispielsweise die Gelfestigkeit zu erhöhen, in einem Zwischenschritt vor dem Trocknungsprozess einer Alterung unterzogen werden. die Alterung des Gels findet in der Regel bei einer Temperatur von rund 20°C bis zum Siedepunkt des Lösungsmittels statt. Die Dauer der Alterung kann von wenigen Minuten bis mehreren Stunden dauern.
Beispiel 2:
Resorcinol, z.B. als Granulat vorliegend, wird in Formaldehyd in einem Mol-Verhältnis von 1:2 aufgelöst. Zur Lösung wird unter kontinuierlichem Rühren Wasser und Natriumcarbonat als Katalysator zugegeben. Die vorliegende Lösung wird auf die Oberfläche des Formhohlraums aufgetragen. Das Gel kann vor dem Trockungsprozess einer Alterung bei konstanter Temperatur ausgesetzt werden. Vor dem Trocknungsprozess wird das Wasser in den Poren des gealterten Gels durch ein organisches Lösungsmittel wie Aceton ersetzt.
Die Dichte des Kunststoff-Aerogel wird durch die Konzentration an Resorcinol-Formaldehyd (RF) in der Ausgangslösung bestimmt. Ferner bestimmt das Mol-Verhältnis R/K von Resorcinol (R) zu Katalysator (K) die Reaktionsgeschwindigkeit und somit die Morphologie des Aerogel-Skelettes.
Um ein Schrumpfen des Gel-Körpers zu vermeiden müssen RF-Gels mit einem niedrigen R/K-Verhältnis bei überkritischen Bedingungen getrocknet werden, während organische Gels mit niedriger Konzentration an Katalysator, das heisst mit einem hohen R/K-Verhältnis, bei unterkritischen Bedingungen, z.B. bei Umgebungsdruck von 1 bar und einer Temperatur von 50°C, getrocknet werden können, wobei die Schrumpfung lediglich einige wenige Prozent beträgt.
Beispiel 3:
Durch Pyrolyse des in Beispiel 2 erhaltenen Kunststoff-Aerogel bei über 600°C und einer maximalen Temperatur von rund 1050°C unter kontinuierlicher Belüftung mit einem nichtoxidativen Gas, wie Argon oder Stickstoff, wird das organische Aerogel-Gerüst unter Beibehaltung seiner Morphologie in ein Kohlenstoff-Gerüst umgewandelt. Durch Variation der Temperatur kann die Porosität des entstehenden Kohlenstoff-Aerogels beeinflusst werden. Die Porosität kann ferner durch Einbezug eines oxidativen Gases oder durch Zirkulation einer Kohlenwasserstoffverbindung beeinflusst werden.
Die erfindungsgemässe Giessform ist herstellbar dadurch, dass die Beschichtung als Sol im fliessfähigen Zustand auf die Oberfläche des Formhohlraumes der Giessform aufgetragen und mittels Kondensation in ein Gel umgesetzt und mittels Trocknung zu einem festen Schichtkörper umgewandelt wird oder die Beschichtung als Folie auf die Oberfläche des Formhohlraumes der Giessform aufgebracht und, vorzugsweise mittels Kleben, fixiert wird.
In bevorzugter Ausführung des Verfahrens wird die Beschichtung mittels Streichen, Sprühen, Walzen, Schleudern, Rakel, Tauchen, Fluten oder Giessen auf die Oberfläche des Formhohlraumes der Giessform aufgetragen.
Besteht der Giessformkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, so kann auf die die Beschichtung tragende Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung vor Auftrag der Beschichtung eine mittels Anodisation, Chromatierung oder Phosphatierung erzeugte Vorbehandlungsschicht aufgetragen werden.
Im folgenden wird die erfindungsgemässe Giessform beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a:
eine Giessform einer Druckgussvorrichtung;
Fig. 1b:
einen Ausschnitt des Formhohlraumes gemäss Fig. 1a;
Fig. 2:
eine graphische Darstellung des Wärmeflusses aus der Metallschmelze in die Giessform für verschiedene Giessformen.
Fig. 1a zeigt die schematische Darstellung der Giessform 1 einer Druckgussvorrichtung. Die Giessform 1 enthält eine fixierte erste Formhälfte 12 mit einem auf einer Formplatte 8 angebrachten ersten Formeinsatz 2a und einer beweglichen zweiten Formhälfte 9 mit einem zweiten Formeinsatz 2b. Die zweite, bewegliche Formhälfte 9 mit dem zweiten Formeinsatz 2b passt im geschlossenen Zustand unter Ausbildung eines Formhohlraumes 10 auf die erste Formhälfte 12.
Die Giessform 1 enthält ferner eine Giesskammer 4 mit einem in dieser geführten Kolben 6. Die Giesskammer 4 enthält Zufuhröffnungen 7a, 7b, durch welche die Metallschmelze in die Giesskammer 4 geführt wird. Die Giesskammer 4 steht über den Angiesskanal 3 mit dem Formhohlraum 10 in Verbindung. Die Giesskammer 4 ist gegenüber dem Angiesskanal 3 mittels eines Ventils 5 verschliessbar. Das Ventil 5 ist über eine Hydraulikeinrichtung 11 mit Kolbenstange steuerbar. Der Formhohlraum 10 verfügt ferner über einen oder mehrere Entlüftungskanäle (nicht gezeigt). Der oder die Entlüftungskanäle können überdies mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdruckes bzw. Vakuums mit entsprechenden Vakuumabsperrventilen ausgerüstet sein (nicht gezeigt). Dies erlaubt die Evakuation des Formhohlraumes 10 vor dem Einspritzen der Metallschmelze.
Der in Fig. 1b gezeigte schematische, kreisförmige Ausschnitt Q des Formhohlraumes 10 ist in Fig. 1a gestrichelt angedeutet. Der Formhohlraum 10 wird durch den ersten Formeinsatz 2a und den zweiten Formeinsatz 2b ausgebildet. Die beiden Formeinsätze 2a,2b enthalten jeweils einen Grundkörper 21, 22 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welcher an der zum Fohrmhohlraum 10 zugewandten Oberfläche eine dauerhaft fixierte Beschichtung 20 aus einem Aerogel, vorzugsweise einem Kieselsäure-Aerogel, einer Dikke von 10 - 100 µm aufweist. In modifizierter Ausführung vorliegenden Erfindungsbeispiels können auch der Angiesskanal 3 und/oder die Giesskammer 4 eine genannte Beschichtung aus einem Aerogel der genannten Dicke enthalten.
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf eines modellierten Wärmeflusses aus einer Aluminiumschmelze mit einer Temperatur von 660°C in eine Giessform. Y steht für den Wärmefluss [W/m2] und X für die Zeit [s] in Sekunden. Gegossen wird eine Gussplatte aus Aluminium einer Dicke von 5 mm.
Die Kurve A repräsentiert den modellierten Verlauf des Wärmeflusses in eine Giessform aus Aluminium, welche auf eine Ausgangstemperatur von 20°C vorgewärmt wurde. Die Kurve B zeigt den modellierten Wärmefluss durch eine Giessform aus Stahl, welche auf eine Ausgangstemperatur von 200°C vorgeheizt wurde. Die Kurve C zeigt den modellierten Verlauf des Wärmeflusses in eine Giessform aus Aluminium, welche auf eine Ausgangstemperatur von 20°C vorgewärmt wurde, wobei die Giessform zum Formhohlraum hin eine Beschichtung aus einem Kieselsäure-Aerogel mit einer Wärmeleitfähigkeit von k=0,02 W/mK und einer Dicke von 10 µm enthält. Die Kurve D zeigt den modellierten Verlauf des Wärmeflusses in eine Giessform aus Aluminium, welche auf eine Ausgangstemperatur von 20°C vorgewärmt wurde, wobei die Giessform zum Formhohlraum hin eine Beschichtung aus einem Kohlenstoff-Aerogel mit einer Wärmeleitfähigkeit von k=0,02 W/mK und einer Dicke von 100 µm enthält.
Der Verlauf der einzelnen Kurven A-D zeigt, wie durch die Aerogel-Beschichtung der Giessform der maximale Wärmefluss durch die Giessform zu Beginn des Giessprozesses sowohl gegenüber der reinen Aluminium- als auch gegenüber der reinen Stahlgiessform markant reduziert wird. Dies bedeutet, dass sich die mit einem Aerogel beschichtete Giessform auf wesentlich tiefere Maximal-Temperaturen erwärmt und die Metallschmelze weniger schnell abkühlt. Bei der Kurve C nimmt der Wärmefluss im Vergleich zu Kurve A und B im Zeitverlauf jedoch weniger schnell ab und liegt nach einer bestimmten Zeit sogar über dem Wärmefluss der Kurven A und B. Es findet also eine Verteilung des Wärmeflusses mit flachem Verlauf über die Zeit statt. Der Wärmefluss in der Giessform mit einer dikkeren 100 µm Aerogel-Schicht (Kurve D) bleibt im Vergleich zu den anderen drei Kurven A, B und C über den gesamten Zeitraum hinweg vergleichsweise tief.
Die nachfolgende Tabelle 1 enthält Werte für die Erstarrungszeiten in Sekunden und die maximal erreichten Giessformtemperaturen beim Giessen einer Aluminiumplatte einer Dikke von 2 mm resp. 5 mm bei Verwendung einer auf 200°C vorgeheizten Stahlgiessform, einer auf 20°C vorgewärmten Aluminiumgiessform, einer auf 20°C vorgewärmten Aluminiumgiessform mit einer 10 µm dicken Aerogel-Beschichtung und einer auf 20°C vorgewärmten Aluminiumgiessform mit einer 100 µm dicken Aerogel-Beschichtung. Beide Aerogel-Beschichtungen weisen eine Wärmeleitfähikgeit von k=0,02 W/mK auf.
Aus den Tabellenwerten geht hervor, dass durch Verwendung einer Aerogel-Beschichtung die Giessform durch kontrollierte Wärmeabfuhr kleineren thermischen Belastungen ausgesetzt ist, dafür jedoch die Erstarrungszeiten und somit die Zykluszeiten zunehmen.
Fig. 2 und Tabelle 1 zeigen ferner, dass durch Variation in der Aerogel-Schichtdicke einerseits die maximale thermische Belastung des Giessformkörpers und andererseits der zeitliche Verlauf des Wärmeflusses aus der Metallschmelze in die Giessform gezielt und kontrolliert gesteuert werden kann. Bei der Wahl der Schichtdicke des Aerogels, d.h. bei der Festlegung eines besimmten Wärmeflussverlaufs, muss deshalb einerseits die thermische Belastbarkeit der Giessformmaterialien, die Wirtschaftlichkeit bezüglich längeren Zykluszeiten, sowie die Formgeometrie bezüglich der Füllzeiten und der Beibehaltung der Fliessfähigkeit der Schmelze während der Formfüllung berücksichtigt werden.
Gussteil: → Aluminiumplatte, Dicke: 2 mm Aluminiumplatte, Dicke: 5 mm
Giessform:↓ Erstarrungszeit Maximale Giessformtemperatur Erstarrungszeit Maximale Giessformtemperatur
Stahl, 200°C 0,6 s 345°C 1,8 s 415°C
Aluminium, 20°C 0,4 s 150°C 1,0 s 210°C
Aluminium, 20°C mit 10 µm Aerogel-Schicht 1,3 s 85°C 3,4 s 120°C
Aluminium, 20°C mit 100 µm Aerogel-Schicht 12 s 48°C 30 s 65°C

Claims (22)

  1. Giessform (1) mit einem Formhohlraum (10) und einem die Wärme abführenden und den Formhohlraum (10) ausbildenden Giessformkörper zum Giessen von Gussteilen aus Metall,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Giessformkörper an der den Formhohlraum (10) ausbildenden Oberfläche teiloder vollflächig eine gegen flüssige Metallschmelze resistente Beschichtung (20) in Form eines Schichtkörpers mit einer Dicke von weniger als 5 mm aufweist, und der Schichtkörper aus einem thermisch isolierenden, wärmeschockbeständigen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit k von k < 1 W/mK besteht.
  2. Giessform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtkörper ein Festkörper aus einem skelett- bzw. gerüstartig aufgebauten, dreidimensionalen Netzwerk aus miteinander verketteten Teilchen, Partikeln oder Kolloide einer Grösse von vorzugsweise 1-50 nm, vorteilhaft 1-20 nm, und insbesondere 2-10 nm, besteht.
  3. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtkörper aus einem porösen Material, vorzugsweise aus einem hochporösen Material mit einer Porösität von grösser als 50% bezogen auf das Gesamtvolumen des Schichtkörpers, besteht.
  4. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von weniger als 2000 µm, vorzugsweise weniger als 1000 µm, insbesondere weniger als 500 µm, und vorteilhaft weniger als 200 µm und grösser als 0,1 µm, vorzugsweise grösser als 1 µm, insbesondere grösser als 5 µm aufweist.
  5. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtkörper eine Wärmeleitfähigkeit k von k < 0,5 W/mK, vorzugsweise von k < 0,1 W/mK, insbesondere von k < 0,05 W/mK aufweist.
  6. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 75% und insbesondere mehr als 95% des gesamten Porenvolumens des Schichtkörpers offenporig ist und das Porenvolumen mehr als 60%, vorzugsweise mehr als 85%, und insbesondere mehr als 90% des Gesamtvolumens des Schichtkörpers beträgt.
  7. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtkörper aus einem Aerogel oder Xerogel, und vorzugsweise aus einem Kieselsäure-Aerogel, Kohlenstoff-Aerogel, Mischoxid-Aerogel oder Kunststoff-Aerogel, besteht.
  8. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Giessformkörper, insbesondere der Formeinsatz, aus einem Metall, insbesondere aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.
  9. Giessform nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Giessformkörper, insbesondere der Formeinsatz, aus einem Eisenmetall, wie Stahl oder einem nicht-Eisenmetall, wie Aluminium, Kupfer, Magnesium oder einer Legierung davon, besteht.
  10. Giessform nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Giessformkörper, insbesondere der Formeinsatz der Giessform, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und die die Beschichtung tragende Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eine Vorbehandlungsschicht, vorzugweise eine anodisch erzeugte Oxidschicht oder eine durch Chromatierung oder Phosphatierung erzeugte Vorbehandlungsschicht, enthält.
  11. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform eine mehrteilige Giessform, vorzugsweise mit einem den Formhohlraum (10) ausbildenden Formeinsatz (2a, 2b), einer Vorrichtung für ein Formgiessverfahren, vorzugsweise für ein Vakuumguss-, Niederdruckguss- oder Druckgussverfahren, ist.
  12. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform, insbesondere der Giessformkörper Mittel zu deren Kühlung und/oder zu deren Heizung enthält.
  13. Giessform nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform, insbesondere der Giessformkörper, Heiz- und/oder Kühlkanäle zur Zirkulation eines Heizund/oder Kühlmediums, vorzugsweise eines Öls, enthält.
  14. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtkörper einer Giessform unterschiedliche Schichtdicken aufweist und bei dünnwandigen Bereichen des Gussteils in der Giessform der Schichtkörper eine, im Vergleich zu einer mittleren Dicke innerhalb einer Giessform, grössere Dicke aufweist, um den Wärmeabfluss in dieser Zone zu verzögern und bei dickwandigen Bereichen des Gussteils der Schichtkörper eine kleinere Dicke aufweist, um den Wärmeabfluss in dieser Zone zu beschleunigen.
  15. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bemessung der Dicke des Schichtkörpers in Abhängigkeit von dessen Wärmeleitfähigkeit derart ausgelegt ist, dass die Temperatur im Giessformkörper an der Grenzfläche zum Schichtkörper während des Giessprozesses nicht über 200°C, vorzugsweise nicht über 150°C und insbesondere nicht über 120°C, steigt.
  16. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bemessung der Dicke des Schichtkörpers in Abhängigkeit von dessen Wärmeleitfähigkeit derart ausgelegt ist, dass die Erstarrungszeit des Gussteils nach Abschluss des Formfüllvorganges weniger als 6 sec., vorzugsweise weniger als 4 sec., insbesondere weniger als 3 sec. beträgt.
  17. Giessform (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Giessform (1) einen Angiesskanal (3) und/oder Giesskammer (4) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform (1) an der den Angiesskanal (3) und/oder die Giesskammer (4) ausbildenden Hohlraumoberfläche teil- oder vollflächig eine gegen flüssige Metallschmelze resistente Beschichtung in Form eines Schichtkörpers mit einer Dicke von weniger als 5 mm aufweist, und der Schichtkörper aus einem thermisch isolierenden, wärmeschockbeständigen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit k von k < 1 W/mK besteht.
  18. Verwendung einer Giessform (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 in einer Giessvorrichtung zum Herstellen von Gussteilen aus Metall in einem Formgiessverfahren.
  19. Verwendung einer Giessform (1) nach Anspruch 18 in einer Druckgussvorrichtung zum Herstellen von Gussteilen aus Metall in einem Druckgussverfahren.
  20. Verfahren zur Herstellung einer Giessform (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beschichtung (20) als Sol im fliessfähigen Zustand auf die Oberfläche des Formhohlraumes (10) der Giessform aufgetragen und mittels Kondensation in ein Gel umgesetzt und mittels Trocknung zu einem festen Schichtkörper umgewandelt wird oder die Beschichtung (20) als Folie auf die Oberfläche des Formhohlraumes (10) der Giessform (1) aufgebracht und, vorzugsweise mittels Kleben, fixiert wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mittels Streichen, Sprühen, Walzen, Schleudern, Rakel, Tauchen, Fluten oder Giessen, auf die Oberfläche des Formhohlraumes der Giessform aufgetragen wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Giessformkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und auf die die Beschichtung tragende Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung vor Auftrag der Beschichtung eine mittels Anodisation, Chromatierung oder Phosphatierung erzeugte Vorbehandlungsschicht aufgetragen wird.
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