EP2337645B1 - Method for producing a casting mould for casting highly-reactive melts - Google Patents

Method for producing a casting mould for casting highly-reactive melts Download PDF

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EP2337645B1
EP2337645B1 EP09783352.9A EP09783352A EP2337645B1 EP 2337645 B1 EP2337645 B1 EP 2337645B1 EP 09783352 A EP09783352 A EP 09783352A EP 2337645 B1 EP2337645 B1 EP 2337645B1
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EP
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layer
dry mass
slicker
sanding
hydraulic binder
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Manfred Renkel
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G4T GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns

Definitions

  • a first dry mass for producing the first slip contains 60 to 70% by weight of Y 2 O 3 and 10 to 20% by weight of CeO 2 , the grain size of the mixture is between 0 to 50 ⁇ m.
  • the first dry matter also contains 10 to 20% by weight of the calcium aluminate cement.
  • the first dry mass is mixed with water, so that a first slip with a viscosity in the range of 300 to 600 mPas is formed.
  • the drying of the layer sequence A and the intermediate layer sequence B can also be supported by means of infrared radiation.
  • the coated mold core can be passed through a drying chamber in which an air temperature in the range from 30 to 60 ° C prevails.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gussform zum Vergießen hochreaktiver Schmelzen, insbesondere zum Vergießen von Titan, Titanlegierungen oder intermetallischen Titanaluminiden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing a casting mold for casting highly reactive melts, in particular for casting titanium, titanium alloys or intermetallic titanium aluminides, according to the preamble of claim 1.

Ein solches Verfahren ist aus der WO 2005/039803 bekannt. Dabei enthält ein Schlicker zur Herstellung einer Kontaktschicht bzw. face-coat-Schicht Yttriumoxid, Magnesiumoxid und Kalziumoxid. Das Magnesiumoxid bewirkt dabei zusammen mit dem Wasser des Schlickers eine exotherme Reaktion, bei der Wasser verdampft und die Trocknungszeit der aus dem Schlicker hergestellten Kontaktschicht reduziert wird. Über die Menge bzw. die Mengenverhältnisse der eingesetzten Oxide ist aus diesem Dokument nichts bekannt.Such a method is known from the WO 2005/039803 known. A slip for producing a contact layer or face-coat layer contains yttrium oxide, magnesium oxide and calcium oxide. The magnesium oxide together with the water of the slip causes an exothermic reaction in which water evaporates and the drying time of the contact layer produced from the slip is reduced. Nothing is known from this document about the amount or the proportions of the oxides used.

Duarte T.P et al.: "Optimisation of Ceramic Shells for Contact with Reactive Alloys", Materials Science Forum Trans Tech Publications Ltd. Switzerland, Bd. 587-588, 17.06.2008, Seiten 157-161 ISSN: 0255-5476 offenbart eine Kontaktschicht für den Kontakt mit reaktiven Schmelzen. Die Kontaktschicht ist aus Y2O3 gebildet und enthält einen Binder auf Silikatbasis. Duarte TP et al .: "Optimization of Ceramic Shells for Contact with Reactive Alloys", Materials Science Forum Trans Tech Publications Ltd. Switzerland, vol. 587-588, June 17, 2008, pages 157-161 ISSN: 0255-5476 discloses a contact layer for contact with reactive melts. The contact layer is formed from Y 2 O 3 and contains a silicate-based binder.

Die EP 0 093 212 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer nicht gesinterten Vorform aus feuerfestem Material. Dabei wird ein säurestabilisiertes Zirkonoxidsol mit einem feuerfesten Material gemischt. Das feuerfeste Material enthält eine aktive Komponente, welche eine Vernetzung des Sols zum Gel bewirkt. Die aktive Komponente kann ein Calciumaluminatzement sein.The EP 0 093 212 A1 discloses a process for making a non-sintered preform from refractory material. An acid-stabilized zirconium oxide sol is mixed with a refractory material. The refractory material contains an active component which causes the sol to crosslink to form the gel. The active component can be a calcium aluminate cement.

Die US 4,057,433 offenbart eine Form zum Vergießen reaktiver Metallschmelzen. Die Form umfasst eine Kontaktschicht, welche z. B. aus Yttriumoxyfluorid hergestellt ist. Die Kontaktschicht ist mit einer Hinterfütterungsschicht versehen, welche einen Binder umfasst. Bei dem Binder kann es sich um Calciumaluminat handeln.The US 4,057,433 discloses a mold for casting reactive metal melts. The shape includes a contact layer, which, for. B. is made of yttrium oxyfluoride. The contact layer is provided with a backing layer, which comprises a binder. The binder can be calcium aluminate.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Gussform zum Vergießen hochreaktiver Schmelzen angegeben werden, welches möglichst einfach, reproduzierbar und schnell durchführbar ist.The object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, a method for producing a casting mold for casting highly reactive melts is to be specified, which is as simple, reproducible and quick as possible.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 25.This object is solved by the features of claim 1. Expedient embodiments of the invention result from the features of claims 2 to 25.

Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Trockenmasse zur Herstellung des ersten Schlickers zumindest 75 Gew.% Y2O3 und als weiteren festen Bestandteil zumindest 1,0 bis 25 Gew.% eines hydraulischen Bindemittels enthält.According to the invention, it is provided that a first dry mass for producing the first slip contains at least 75% by weight of Y 2 O 3 and as a further solid component at least 1.0 to 25% by weight of a hydraulic binder.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem "hydraulischen Bindemittel" ein Stoffgemisch verstanden, das mit Wasser hydratisiert. Die dabei gebildeten Hydrationsprodukte führen zu einer Verfestigung der im ersten Schlicker enthaltenen festen Bestandteile.For the purposes of the present invention, a “hydraulic binder” is understood to mean a mixture of substances that hydrates with water. The hydration products formed thereby solidify the solid constituents contained in the first slip.

Mit der vorgeschlagenen Zusammensetzung kann eine besonders rasche Verfestigung des ersten Schlickers erreicht werden. Es ist insbesondere möglich, den ersten Schlicker relativ hoch verdünnt in einem Spritzverfahren auf den Formkern aufzubringen. Das wiederum ermöglicht eine besonders einfache und schnelle Herstellung einer Gussform zum Vergießen hochreaktiver Schmelzen.With the proposed composition, a particularly rapid solidification of the first slip can be achieved. In particular, it is possible to apply the first slip to the mold core in a relatively high dilution in a spraying process. This in turn enables a particularly simple and quick production of a casting mold for casting highly reactive melts.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste Trockenmasse weniger als 95 Gew.% Y2O3 vorzugsweise weniger als 90 Gew.%, enthält. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass der für die Stabilität gegen einen korrosiven Angriff durch hochreaktive Schmelzen erforderliche, relativ teuere Bestandteil Y2O3 durch den Zusatz eines hydraulischen Bindemittels reduziert werden kann, ohne dass die Resistenz der Kontaktschicht gegen die korrosive Wirkung hochreaktiver Schmelzen herabgesetzt wird. Der Gehalt an Y2O3 in der ersten Trockenmasse kann beispielsweise bis auf 80 oder 85 Gew.% reduziert werden. Ein Teil des Y2O3, beispielsweise 5 bis 10 Gew.%, kann durch TiO2 ersetzt werden. Der Gehalt des hydraulischen Bindemittels beträgt vorteilhafterweise zwischen 8 und 16 Gew.%.According to an advantageous embodiment, it is provided that the first dry matter contains less than 95% by weight Y 2 O 3, preferably less than 90% by weight. It has surprisingly been found that the relatively expensive component Y 2 O 3 required for stability against a corrosive attack by highly reactive melts can be reduced by the addition of a hydraulic binder without reducing the resistance of the contact layer to the corrosive effect of highly reactive melts becomes. The content of Y 2 O 3 in the first dry matter can, for example, be reduced to 80 or 85% by weight. Some of the Y 2 O 3 , for example 5 to 10% by weight, can be replaced by TiO 2 . The content of the hydraulic binder is advantageously between 8 and 16% by weight.

Wie bereits oben erwähnt worden ist, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der erste Schlicker in einem Spritzverfahren auf den Formkern aufgebracht werden. Das ermöglicht die Herstellung einer besonders glatten und dünnen Kontaktschicht sowie eine besonders effiziente Verfahrensführung. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt das Kornband des ersten Pulvers zwischen 0 bis 50 µm und weist vorteilhafterweise eine mittlere Korngröße (d50) im Bereich von 8 bis 20 µm auf. Es hat sich gezeigt, dass sich ein Schlicker mit der vorgeschlagenen Korngrößenverteilung einerseits besonders gut im Spritzverfahren verarbeiten lässt und andererseits damit eine hohe Oberflächenqualität der Kontaktschicht erreicht werden kann.As has already been mentioned above, the first slip can be applied to the mold core in a spraying process by the process according to the invention. This enables the production of a particularly smooth and thin contact layer as well as a particularly efficient procedure. According to an advantageous embodiment, the grain size of the first powder is between 0 to 50 μm and advantageously has an average grain size (d 50 ) in the range from 8 to 20 μm. It has been shown that, on the one hand, a slip with the proposed grain size distribution can be processed particularly well in the spraying process and, on the other hand, a high surface quality of the contact layer can thus be achieved.

Das zweite Y2O3-Pulver kann eine mittlere Korngröße (d50) im Bereich von 130 bis 200 µm aufweisen. Die vorgeschlagene mittlere Korngröße des zweiten Y2O3-Pulvers trägt zu einer guten Rieselfähigkeit bei und erleichtert damit das Besanden der Kontaktschicht.The second Y 2 O 3 powder can have an average grain size (d 50 ) in the range from 130 to 200 μm. The proposed average grain size of the second Y 2 O 3 powder contributes to good flowability and thus facilitates sanding the contact layer.

Das hydraulische Bindemittel enthält vorzugsweise CaO * Al2O3. Ein solcher Calciumaluminatzement enthält zweckmäßigerweise 60 bis 80 Gew.% Al2O3, vorzugsweise etwa 70 Gew.% Al2O3. Eine unter Verwendung des vorgeschlagenen hydraulischen Bindemittels hergestellte Kontaktschicht weist eine ausgezeichnete Festigkeit auf. Die erste Trockenmasse enthält zweckmäßigerweise lediglich unvermeidbare Verunreinigungen an MgO. Damit kann eine besonders gute Resistenz gegenüber hochreaktiven Schmelzen, insbesondere Titanalumnid-Schmelzen, erreicht werden.The hydraulic binder preferably contains CaO * Al 2 O 3 . Such a calcium aluminate cement advantageously contains 60 to 80% by weight Al 2 O 3 , preferably approximately 70% by weight Al 2 O 3 . A contact layer made using the proposed hydraulic binder has excellent strength. The first dry matter expediently contains only unavoidable impurities in MgO. This enables particularly good resistance to highly reactive melts, in particular titanium alumnid melts, to be achieved.

Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal wird eine die Schichtabfolge aus Kontakt- und erster Besandungsschicht oder die mehreren Schichtabfolgen umgebende Mantelschicht hergestellt. Die Mantelschicht kann als wesentlichen Bestandteil MgO enthalten. Eine zweite Trockenmasse zur Herstellung der Mantelschicht kann ferner ein hydraulisches Bindemittel, vorzugsweise Calciumaluminatzement, enthalten. Vorteilhafterweise enthält der 60 bis 80 Gew.% Al2O3, vorzugsweise etwa 70 Gew.% Al2O3. Eine zweite Trockenmasse enthält zweckmäßigerweise zumindest 40 Gew.% MgO, vorzugsweise 60 bis 80 Gew.%, sowie zumindest 20 Gew.% des hydraulischen Bindemittels. Ferner kann die zweite Trockenmasse eines oder mehrere der folgenden Oxide enthalten: Fe2O3, SiO2, CaO, Al2O3. Die Mantelschicht dient im Wesentlichen der mechanischen Stabilisierung der Kontaktschicht. Sie kann eine erheblich größere Schichtdicke aufweisen als die Kontaktschicht.According to a further design feature, a jacket layer surrounding the layer sequence of contact and first sanding layer or the several layer sequences is produced. The cladding layer can contain MgO as an essential component. A second dry mass for producing the cladding layer can also contain a hydraulic binder, preferably calcium aluminate cement. It advantageously contains 60 to 80% by weight of Al 2 O 3 , preferably about 70% by weight of Al 2 O 3 . A second dry matter expediently contains at least 40% by weight of MgO, preferably 60 to 80% by weight, and at least 20% by weight of the hydraulic binder. Furthermore, the second dry matter can contain one or more of the following oxides: Fe 2 O 3 , SiO 2 , CaO, Al 2 O 3 . The jacket layer essentially serves to mechanically stabilize the contact layer. It can have a considerably greater layer thickness than the contact layer.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, vor der Herstellung der Mantelschicht auf die aus Kontakt- und erster Besandungsschicht gebildete Schichtabfolge eine aus einer Zwischen- und einer zweiten Besandungsschicht gebildete Zwischenschichtabfolge aufzubringen. Die Zwischenschicht kann durch einen im Spritz- oder Tauchverfahren aufgebrachten zweiten Schlicker hergestellt werden. Der zweite Schlicker kann als wesentlichen festen Bestandteil ein erstes MgO-Pulver enthalten. Ferner kann der zweite Schlicker ein hydraulisches Bindemittel, vorzugsweise einen Calciumaluminatzement (CaO * Al2O3) mit 60 bis 80 Gew.% Al2O3, vorzugsweise etwa 70 Gew.% Al2O3. Eine dritte Trockenmasse zur Herstellung des zweiten Schlickers kann zumindest 50 Gew.% MgO, vorzugsweise 60 bis 70 Gew.%, und zumindest 20 Gew.% des hydraulischen Bindemittels enthalten. Die zweite Besandungsschicht wird zweckmäßigerweise durch Aufbringen eines zweiten MgO-Pulvers auf die zweite Schlickerschicht hergestellt.It has proven to be particularly expedient to apply an intermediate layer sequence formed from an intermediate layer and a second sanding layer to the layer sequence formed from the contact and first sanding layer before the production of the cladding layer. The intermediate layer can be produced by a second slip applied by spraying or dipping. The second slip can contain a first MgO powder as an essential solid component. Furthermore, the second slip can be a hydraulic binder, preferably a calcium aluminate cement (CaO * Al 2 O 3 ) with 60 to 80% by weight Al 2 O 3 , preferably about 70% by weight Al 2 O 3 . A third dry mass for producing the second slip can contain at least 50% by weight of MgO, preferably 60 to 70% by weight, and at least 20% by weight of the hydraulic binder. The second sanding layer is expediently produced by applying a second MgO powder to the second slip layer.

Es können mehrere derartige Zwischenschichtabfolgen, die jeweils aus Zwischenschicht und zweiter Besandungsschicht gebildet sind, nacheinander auf die Schichtabfolge aus Kontakt- und erster Besandungsschicht aufgebracht werden. Dabei kann das erste MgO-Pulver eine kleinere mittlere Korngröße als das zweite MgO-Pulver aufweisen.A plurality of such intermediate layer sequences, which are each formed from the intermediate layer and the second sanding layer, can be applied successively to the layer sequence from the contact and first sanding layer. The first MgO powder can have a smaller average grain size than the second MgO powder.

Die erste und/oder die dritte Trockenmasse/n und/oder die Besandungsschicht/en können zusätzlich zumindest eines der folgenden Oxide enthalten: CeO2, La2O3, Gd2O3, Nd2O3, TiO2. Auch der Zusatz anderer Oxide der seltenen Erden ist möglich.The first and / or the third dry matter and / or the sanding layer / s can additionally at least one of the following Oxides contain: CeO 2 , La 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Nd 2 O 3 , TiO 2 . It is also possible to add other rare earth oxides.

Die so hergestellte Zwischenschichtabfolge trägt zu einer verbesserten Thermoschockbeständigkeit der Gussform bei. Indem auch die Zwischenschichten ein hydraulisches Bindemittel enthalten, können auch sie schnell und effizient, insbesondere im Spritzverfahren, hergestellt werden. Dabei kann ein Feuchtigkeitsgehalt der Kontakt- und/oder der Zwischenschicht nach deren Aufbringung mittels Infrarotstrahlung auf einen vorgegebenen Wert vermindert werden. Der vorgegebene Wert kann im Bereich von 10 bis 60 % Restfeuchtigkeit liegen, vorzugsweise weniger als 20 % und mehr als 5 % Restfeuchtigkeit betragen.The intermediate layer sequence thus produced contributes to an improved thermal shock resistance of the mold. Since the intermediate layers also contain a hydraulic binder, they too can be produced quickly and efficiently, in particular by spraying. A moisture content of the contact and / or the intermediate layer can be reduced to a predetermined value after application by means of infrared radiation. The predetermined value can be in the range from 10 to 60% residual moisture, preferably less than 20% and more than 5% residual moisture.

Insbesondere im Hinblick auf die mechanische Stabilität der Gussform sowie deren effiziente Herstellung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der Anteil des hydraulischen Bindemittels in der ersten Trockenmasse kleiner ist als in der zweiten oder dritten Trockenmasse. Der Anteil des hydraulischen Bindemittels in der zweiten und/oder dritten Trockenmasse ist vorteilhafterweise um zumindest 2 Gew.%, vorzugsweise um zumindest 5 Gew.%, höher als in der ersten Trockenmasse.In particular with regard to the mechanical stability of the casting mold and its efficient production, it has proven to be expedient that the proportion of the hydraulic binder in the first dry matter is smaller than in the second or third dry matter. The proportion of the hydraulic binder in the second and / or third dry matter is advantageously at least 2% by weight, preferably at least 5% by weight, higher than in the first dry matter.

Des Weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der erste und/oder zweite Schlicker eine Viskosität von höchstens 1000 mPas, vorzugsweise zwischen 450 und 750 mPas, aufweist/aufweisen. Schlicker mit einer derartigen Viskosität lassen sich besonders gut im Spritzverfahren verarbeiten.Furthermore, it has proven to be expedient for the first and / or second slip to have a viscosity of at most 1000 mPas, preferably between 450 and 750 mPas. Slips with such a viscosity can be processed particularly well in the spraying process.

Nach weiteren Ausgestaltungsmerkmalen des Verfahrens wird nach der Herstellung der Mantelschicht der Formkern durch Schmelzen oder Ausbrennen des den Formkern bildenden Materials entfernt. Bei dem Material handelt es sich zweckmäßigerweise um Wachs oder dgl. Ein nach dem Entfernen des Formkerns gebildeter Grünkörper wird zweckmäßigerweise bei einer Sintertemperatur von mehr als 800 °C und weniger als 1200 °C gesintert. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verwendung eines hydraulischen Bindemittels zur Herstellung der Gussform trägt also auch zu einer erheblichen Reduzierung der Sintertemperaturen bei.According to further design features of the method, after the production of the cladding layer, the mandrel is removed by melting or burning out the material forming the mandrel. The material is expedient around wax or the like. A green body formed after removal of the mold core is expediently sintered at a sintering temperature of more than 800 ° C. and less than 1200 ° C. The use according to the invention of a hydraulic binder for producing the casting mold also contributes to a considerable reduction in the sintering temperatures.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below.

Die einzige Figur zeigt schematisch eine Teilquerschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Gussform. Eine Kontaktschicht 1 enthält beispielsweise 85 Gew.% Y2O3 und 15 Gew.% von Hydratationsprodukten des Calciumaluminatzements. Sie ist - abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen - zweckmäßigerweise frei von MgO. Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine erste Besandungsschicht bezeichnet, die im Wesentlichen aus einem weiteren Y2O3-Pulver mit einer mittleren Korngröße von etwa 150 µm besteht. Auch die erste Besandungsschicht 2 ist - abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen - zweckmäßigerweise frei von MgO. Die Kontaktschicht 1 und die erste Besandungsschicht 2 bilden eine Schichtabfolge A.The single figure shows schematically a partial cross-sectional view through a mold according to the invention. A contact layer 1 contains, for example, 85% by weight of Y 2 O 3 and 15% by weight of hydration products of the calcium aluminate cement. Apart from unavoidable impurities, it is expediently free of MgO. Reference number 2 denotes a first sanding layer, which essentially consists of a further Y 2 O 3 powder with an average grain size of approximately 150 μm. The first sanding layer 2 is also - apart from unavoidable impurities - expediently free of MgO. The contact layer 1 and the first sanding layer 2 form a layer sequence A.

Auf die erste Besandungsschicht 2 ist eine Zwischenschicht 3 aufgebracht, die als wesentlichen Bestandteil MgO enthält, welches wiederum mit dem Reaktionsprodukt eines Calciumaluminatzements abgebunden ist. Mit dem Bezugszeichen 4 ist eine zweite Besandungsschicht bezeichnet, welche aus einem MgO-Pulver hergestellt ist. Eine abwechselnd aus der Zwischenschicht 3 und der zweiten Besandungsschicht 4 gebildete Zwischenschichtabfolge ist mit dem Bezugszeichen B bezeichnet. Die Zwischenschichtabfolge B ist mit einer Mantelschicht 5 hinterfüttert, welche als wesentlichen festen Bestandteil MgO enthält, das wiederum mittels eines hydraulischen Bindemittels, vorzugsweise Calciumaluminatzement, abgebunden ist.An intermediate layer 3 is applied to the first sanding layer 2, which contains MgO as an essential component, which in turn is bound with the reaction product of a calcium aluminate cement. Reference number 4 denotes a second sanding layer, which is made from an MgO powder. An intermediate layer sequence formed alternately from the intermediate layer 3 and the second sanding layer 4 is designated by the reference symbol B. The intermediate layer sequence B is backed with a cladding layer 5, which is MgO as an essential solid component contains, which in turn is set by means of a hydraulic binder, preferably calcium aluminate cement.

Die Schichtabfolge A kann - ähnlich wie die Zwischenschichtabfolge B - auch aus einer Abfolge mehrerer abwechselnd aufeinanderfolgender Kontaktschichten 1 sowie erster Besandungsschichten 2 gebildet sein.The layer sequence A can - similar to the intermediate layer sequence B - also be formed from a sequence of several alternating successive contact layers 1 and first sanding layers 2.

Beispiel 1:Example 1:

Zur Herstellung der Kontaktschicht 1 wird zunächst ein erster Schlicker hergestellt, dessen erste Trockenmasse 80 bis 90 Gew.% eines ersten Y2O3-Pulvers enthält. Die mittlere Korngröße d50 des ersten Y2O3-Pulvers beträgt zweckmäßigerweise 10 bis 15 µm. Der Modalwert beträgt vorteilhafterweise 15 bis 25 µm. Das Kornband liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 0 bis 50 µm. Ferner enthält die erste Trockenmasse 10 bis 20 Gew.%, vorzugsweise 8 bis 17 Gew.%, eines Calciumaluminatzements. Durch Zusatz einer geeigneten Menge an Wasser wird ein erster Schlicker mit einer Viskosität im Bereich von 400 bis 700 mPas hergestellt. Der erste Schlicker wird im Spritzverfahren auf einen, beispielsweise aus Wachs hergestellten, Formkern aufgespritzt. Sodann wird die aus dem ersten Schlicker hergestellte Kontaktschicht 1 mit einer ersten Besandungsschicht 2 besandet. Die erste Besandungsschicht 2 besteht dabei aus einem zweiten Y2O3-Pulver, welches eine mittlere Korngröße im Bereich von 170 bis 200 µm aufweist und zweckmäßigerweise lediglich unvermeidbare Verunreinigungen enthält. Die so hergestellte Schichtabfolge A wird dann für eine Zeit von etwa 90 bis 180 Minuten getrocknet bzw. es wird eine geeignete Restfeuchigkeit von 10 bis 30 % eingestellt.To produce the contact layer 1, a first slip is first produced, the first dry matter of which contains 80 to 90% by weight of a first Y 2 O 3 powder. The average grain size d 50 of the first Y 2 O 3 powder is advantageously 10 to 15 μm. The modal value is advantageously 15 to 25 µm. The grain band is expediently in the range between 0 to 50 μm. Furthermore, the first dry matter contains 10 to 20% by weight, preferably 8 to 17% by weight, of a calcium aluminate cement. By adding a suitable amount of water, a first slip with a viscosity in the range of 400 to 700 mPas is produced. The first slip is sprayed onto a mold core, for example made of wax. Then the contact layer 1 produced from the first slip is sanded with a first sanding layer 2. The first sanding layer 2 consists of a second Y 2 O 3 powder which has an average grain size in the range from 170 to 200 μm and expediently contains only unavoidable impurities. The layer sequence A thus produced is then dried for a time of about 90 to 180 minutes or a suitable residual moisture content of 10 to 30% is set.

Der vorerwähnte Vorgang der Herstellung der Kontaktschicht 1 sowie der ersten Besandungsschicht 2 kann mehrfach, beispielsweise drei- bis fünfmal, wiederholt werden. Die Schichtabfolge A kann anstelle der ersten Besandungsschicht 2 auch durch eine Kontaktschicht 1 abgeschlossen werden. Es kann auch sein, dass eine die Schichtabfolge A abschließende erste Besandungsschicht im Wesentlichen aus einem MgO-Pulver hergestellt wird. Dieses MgO-Pulver kann hinsichtlich seiner Korngrößenverteilung sowie seiner mittleren Korngröße entsprechend dem zweiten Y2O3-Pulver ausgeführt sein.The above-mentioned process of producing the contact layer 1 and the first sanding layer 2 can be repeated several times, for example three to five times. The Layer sequence A can also be terminated by a contact layer 1 instead of the first sanding layer 2. It may also be the case that a first sanding layer that closes the layer sequence A is essentially produced from an MgO powder. With regard to its particle size distribution and its average particle size, this MgO powder can be designed in accordance with the second Y 2 O 3 powder.

Zur Herstellung einer oder mehrerer Zwischenschichten 3 der Zwischenschichtabfolge B wird ein zweiter Schlicker herstellt. Eine zweite Trockenmasse zur Herstellung des zweiten Schlickers enthält beispielsweise 65 bis 80 Gew.%, vorzugsweise 65 bis 70 Gew.%, MgO sowie 20 bis 35 Gew.%, vorzugsweise 30 bis 35 Gew.%, eines Calciumaluminatzements. Durch Zusatz einer geeigneten Menge an Wasser wird ein zweiter Schlicker hergestellt, dessen Viskosität zweckmäßigerweise so eingestellt ist, dass damit eine Beschichtung im herkömmlichen Tauchverfahren möglich ist. Zur Herstellung der Zwischenschicht 3 wird die auf den Formkern aufgebrachte Schichtabfolge A im Tauchverfahren mit dem zweiten Schlicker beschichtet. Danach wird die zweite Besandungsschicht 4 aufgetragen, die im Wesentlichen aus einem MgO-Pulver mit einer Korngröße im Bereich von 0,1 bis 2,0 mm gebildet ist. Nach dem Herstellen der zweiten Besandungsschicht 4 wird die so gebildete Zwischenschichtabfolge B für eine Dauer von 15 bis 45 Minuten getrocknet bzw. es wird eine geeignete Restfeuchtigkeit von 10 bis 30 % eingestellt. Anschließend können in der gleichen Weise weitere Zwischen- 3 und zweite Besandungsschichten 4 aufgebracht werden. Die Zwischenschichtabfolge B kann abschließend für eine Zeitdauer von 30 bis 100 Minuten getrocknet werden.A second slip is produced to produce one or more intermediate layers 3 of the intermediate layer sequence B. A second dry mass for producing the second slip contains, for example, 65 to 80% by weight, preferably 65 to 70% by weight, MgO and 20 to 35% by weight, preferably 30 to 35% by weight, of a calcium aluminate cement. By adding a suitable amount of water, a second slip is produced, the viscosity of which is expediently adjusted so that it can be coated in the conventional immersion process. To produce the intermediate layer 3, the layer sequence A applied to the mandrel is coated with the second slip in the dipping process. The second sanding layer 4 is then applied, which is essentially formed from an MgO powder with a grain size in the range from 0.1 to 2.0 mm. After the second sanding layer 4 has been produced, the intermediate layer sequence B thus formed is dried for a period of 15 to 45 minutes or a suitable residual moisture of 10 to 30% is set. Subsequently, additional intermediate 3 and second sanding layers 4 can be applied in the same way. The intermediate layer sequence B can finally be dried for a period of 30 to 100 minutes.

Zur Herstellung der Mantelschicht 5 wird aus 60 bis 80 Gew.%, vorzugsweise 70 bis 80 Gew.%, MgO, 20 bis 40 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.%, Calciumaluminatzement sowie Wasser und Hilfsstoffen eine noch fließfähige Masse hergestellt. Der beschichtete Formkern wird dann in eine Form gestellt und mit der fließfähigen Masse umgossen. Nach dem Trocknen der fließfähigen Masse wird die Form entfernt. Der Formkern wird durch Temperaturerhöhung entfernt. Anschließend wird der so hergestellte Grünling der Gussform bei einer Temperatur im Bereich von 1000 bis 1200°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 1100 und 1200°C, gesintert.To produce the cladding layer 5, from 60 to 80% by weight, preferably 70 to 80% by weight, MgO, 20 to 40% by weight, preferably 20 to 30% by weight, calcium aluminate cement and water and Auxiliaries a still flowable mass produced. The coated mold core is then placed in a mold and cast with the flowable mass. After the flowable mass has dried, the mold is removed. The mandrel is removed by increasing the temperature. The green compact of the casting mold thus produced is then sintered at a temperature in the range from 1000 to 1200 ° C., preferably in the range between 1100 and 1200 ° C.

Beispiel 2:Example 2:

Eine erste Trockenmasse zur Herstellung des ersten Schlickers enthält in diesem Fall 60 bis 70 Gew.% Y2O3 und 10 bis 20 Gew.% CeO2, das Kornband der Mischung liegt zwischen 0 bis 50 µm. Ferner enthält die erste Trockenmasse 10 bis 20 Gew.% des Calciumaluminatzements. Die erste Trockenmasse wird mit Wasser gemischt, so dass ein erster Schlicker mit einer Viskosität im Bereich von 300 bis 600 mPas entsteht.In this case, a first dry mass for producing the first slip contains 60 to 70% by weight of Y 2 O 3 and 10 to 20% by weight of CeO 2 , the grain size of the mixture is between 0 to 50 µm. The first dry matter also contains 10 to 20% by weight of the calcium aluminate cement. The first dry mass is mixed with water, so that a first slip with a viscosity in the range of 300 to 600 mPas is formed.

Im Übrigen wird das Verfahren wie im Beispiel 1 erläutert durchgeführt.Otherwise, the process is carried out as explained in Example 1.

Die Trocknung der Schichtabfolge A sowie der Zwischenschichtabfolge B kann auch mittels Infrarotstrahlung unterstützt werden. Zu diesem Zweck kann der beschichtete Formkern durch eine Trockenkammer geführt werden, in der eine Lufttemperatur im Bereich von 30 bis 60°C herrscht.The drying of the layer sequence A and the intermediate layer sequence B can also be supported by means of infrared radiation. For this purpose, the coated mold core can be passed through a drying chamber in which an air temperature in the range from 30 to 60 ° C prevails.

Der erste und/oder zweite Schlicker kann/können außer den vorerwähnten Bestandteilen auch noch herkömmliche Hilfsstoffe, insbesondere die organischen Hilfsstoffe, in üblichen Mengen enthalten.The first and / or second slip can contain conventional auxiliaries, in particular the organic auxiliaries, in conventional amounts in addition to the aforementioned components.

Claims (25)

  1. Method for making a mold for casting highly reactive molten masses, in particular for casting titanium, titanium alloys or intermetallic titanium aluminides, with the following steps:
    making a contact layer (1) by applying a first slicker onto a mold core, which first slicker contains a first Y2O3 powder as an essential solid component,
    making a first sanding layer (2) on the contact layer (1) by sanding the contact layer (1) with a second Y2O3 powder containing Y2O3 as the essential component,
    characterized in that
    a first dry mass for making the first slicker contains at least 75 wt. % of Y2O3 and as a further solid component at least 1.0 to 25 wt. % of a hydraulic binder.
  2. Method as defined in claim 1, wherein the first dry mass contains less than 90 wt. % of Y2O3.
  3. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the first slicker is applied onto the mold core using the injection method.
  4. Method as defined in one of the preceding claims, wherein a grain band of the first Y2O3 powder is in the range from 0 to 50 µm and advantageously has a medium grain size (d50) in the range from 8 to 20 µm.
  5. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the second Y2O3 powder has a medium grain size (d50) in the range from 130 to 200 µm.
  6. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the hydraulic binder is a calcium aluminate cement.
  7. Method as defined in one of the preceding claims, wherein a coating layer surrounding a layer sequence (A) of the contact layer (1) and the first sanding layer (2) is made.
  8. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the coating layer (5) contains MgO as the essential component.
  9. Method as defined in one of the preceding claims, wherein a second dry mass for making the coating layer (5) contains a hydraulic binder, preferably calcium aluminate cement.
  10. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the second dry mass contains at least 40 wt. %, preferably at least 60 wt. % of MgO as well as at least 20 wt. % of the hydraulic binder.
  11. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the second dry mass contains one or more of the following oxides: Fe2O3, SiO2, CaO, Al2O3.
  12. Method as defined in one of the preceding claims, wherein before making the coating layer (5), an intermediate layer sequence (B) formed from an intermediate layer (3) and a second sanding layer (4) is applied onto the layer sequence (A) formed from the contact layer (1) and the first sanding layer (2) .
  13. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the intermediate layer (3) is made by a second slicker applied using the injection method.
  14. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the second slicker contains a first MgO powder as the essential solid component.
  15. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the second slicker contains a hydraulic binder, preferably calcium aluminate cement.
  16. Method as defined in one of the preceding claims, wherein a third dry mass for making the second slicker contains at least 50 wt. % of MgO and at least 20 wt. % of the hydraulic binder.
  17. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the second sanding layer (4) is made by applying a second MgO powder onto the intermediate layer (3).
  18. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the first and/or third dry mass/masses and/or the sanding layer/layers contains/contain at least one of the following oxides: CeO2, La2O3, Gd2O3, Nd2O3, TiO2.
  19. Method as defined in one of the preceding claims, wherein a moisture content of the contact layer (1) and/or the intermediate layer (3) is reduced using infrared radiation to a specified value after their application.
  20. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the specified value is in the range of 10 to 60 % of residual moisture, preferably less than 20 % residual moisture.
  21. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the fraction of the hydraulic binder in the first dry mass is less than in the second or third dry mass.
  22. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the fraction of the hydraulic binder in the second and/or third dry mass is by at least 2 wt. %, preferably by at least 5 wt. % greater than in the first dry mass.
  23. Method as defined in one of the preceding claims, wherein the first and/or second slicker has/have a viscosity of not more than 1000 mPas, preferably between 450 and 750 mPas.
  24. Method as defined in one of the preceding claims, wherein after making the coating layer (5), the mold core is removed by melting or burning out the material forming the mold core.
  25. Method as defined in one of the preceding claims, wherein a green body formed after removing the mold core is sintered at a sintering temperature of more than 800°C and less than 1200°C.
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