EP4061556A1 - Kerne für den druckguss - Google Patents

Abstract

Beschrieben werden die Verwendung einer Schlichte-Zusammensetzung zur Herstellung von Kernen für den Druckguss, einen Kit zur Herstellung von Kernen für die Verwendung im Druckguss, ein Verfahren zur Herstellung von Kernen für die Verwendung im Druckguss, Kerne für die Verwendung im Druckguss, und die Verwendung derartiger Kerne im Druckguss, insbesondere von Leichtmetallen.

Description

Kerne für den Druckguss

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer Schlichte-Zusammensetzung zur Herstellung von Kernen für den Druckguss, einen Kit zur Herstellung von Kernen für den Druckguss, ein Verfahren zur Herstellung von Kernen für den Druckguss, für die Verwendung im Druckguss geeignete Kerne, sowie die Verwendung derartiger Kerne im Druck- guss, insbesondere im Druckguss von Leichtmetallen. Weitere Details der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den Ausführungsbeispielen.

Beim Metallguss von Werkstücken, welche Hohlräume, Hinterschnitte o.ä. aufweisen sollen, werden in die Gussform Kerne eingesetzt, um die entsprechenden Bereiche der Form von der Metallschmelze freizuhalten.

Unter Druckgießen bzw. Druckguss ist ein industrielles Gießverfahren zu verstehen, bei dem zur Serien- und Massenfertigung von Gussteilen eine Metallschmelze unter hohem Druck (10 MPa bis 200 MPa) und mit hoher Formfüllgeschwindigkeit (bis 12 m/s) in eine zwei- oder mehrteilige Dauerform eingebracht wird, wo sie erstarrt. Für den Druckguss geeignet sind insbesondere niedrig schmelzende Metalle wie z.B. Aluminium und Magnesium und Legierungen enthaltend Aluminium und/oder Magnesium.

An Kerne, die beim Druckgießen von Werkstücken aus Metall in die Form eingesetzt werden, um die in den Werkstücken vorgesehenen Hohlräume beim Füllen der Formen mit der Schmelze freizuhalten, werden hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Formstabilität unter mechanischer und thermischer Belastung während des Gießvorgangs sowie hinsichtlich einer leichten Entfernbarkeit aus den Hohlräumen nach dem Gießvorgang gestellt.

WO 2011/151420 A1 offenbart Kerne auf der Basis von Salz (z.B. Natriumchlorid), die durch Formen und Verdichten einer Kernwerkstoff-Mischung bestehend aus mindestens einem Salz, mindestens einem Bindemittel (z.B. Wasserglas) und gegebenenfalls Hilfsstoffen wie Additiven, Benetzungsmitteln und Katalysatoren herstellbar sind, wobei das Salz, das Bindemittel und die gegebenenfalls eingesetzten Hilfsstoffe anorganisch sind, diese Kern Werkstoffe mit Wasser als Lösungsmittel lösbar sind, die Teile durch Kernschießen oder Pressen geformt und verdichtet werden und die verdichteten Kerne durch ein Infiltrat stabilisiert werden. Die Kerne können zusätzlich mit einer Schlichte versehen werden. Die Herstellung von Salzkernen ist jedoch relativ aufwändig, und ihr Einsatz ist mit einigen Nachteilen verbunden, wie hohes Gewicht, Sprödigkeit, sowie geringe Lagerstabilität aufgrund des Hygroskopie wasserlöslicher Salze. Beim Entkernen des Gussteils durch Auflö- sen der Salzkerne entsteht eine Lösung, welche getrocknet werden muss, um das Salz wieder zu gewinnen, oder die entsorgt werden muss.

US 2018/0318912 A1 offenbart einen Kern für die Verwendung im Druckguss von Aluminium, wobei der Kern eine Kombination aus einem synthetischen keramischen Formgrundstoff, einem Natriumsilicat enthaltenden anorganischen Bindemittel und einem Additiv ent- haltend partikuläres amorphes Siliciumdioxid umfasst. Der Kern kann einen Schlichteüberzug aufweisen, dadurch soll verhindert werden, dass während des Druckgusses geschmolzenes Aluminium durch die Oberfläche in den Kern eindringt. Als geeignete Feuerfeststoffe für die Schlichte werden Zirconiumoxid und Aluminiumoxid genannt, die in Form feiner Pulver eingesetzt werden sollen. WO 2013/044904 A1 offenbart eine Schlichtezusammensetzung enthaltend

(A) zumindest folgende Tone

(A1) 1 bis 10 Gew. -Teile Palygorskit,

(A2) 1 bis 10 Gew.-Teile Hectorit und

(A3) 1 bis 20 Gew.-Teile Natriumbentonit, bezogen auf das Verhältnis der Kompo- nenten (A1 ), (A2) und (A3) relativ zueinander, und

(B) eine T rägerflüssigkeit enthaltend Wasser, die bei bis zu 160°C und 1013 mbar vollständig verdampfbar ist, und (C) Feuerfeststoffe unterschiedlich von (A). Bevorzugt beträgt der Gesamttongehalt A1 , A2 und A3 der Schlichte zusammen 0,1 Gew. bis 4,0 Gew.%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Schlichtezusammensetzung. Die Feuerfeststoffe (C) sind bevorzugt Quarz, Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Aluminiumsilicate, Zirkonsande, Zirkonsilikate, Olivin, Talk, Glimmer, Graphit, Koks, Feldspat, Diatomit, Kaoline, kalzinierte Kaoline, Kaolinit, Metakaolinit, Eisenoxid, Bauxit und/oder deren Mischungen. Wird die Schlichtezusammensetzung als Konzentrat eingesetzt, beträgt der Anteil des Feuerfeststoffs (C) an der Schlichtezusammensetzung größer als 70 Gew.-%, bevorzugt größer als 80 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Feststoffanteil der Schlichtezusammensetzung. DE 102005041 863 A1 offenbart eine Formmasse für die Herstellung von Gießformen für die Gießereiindustrie, mindestens umfassend einen feuerfesten Formstoff, ein Bindemittel zum Aushärten der Formmasse und einen Anteil eines Borsilikatglases.

DE 10 2014 004 914 A1 offenbart eine Gießform und einen Gießformkern aus Formsand für den Metallguss, wobei eine erste Schicht auf der Oberfläche von Formsandkömern des Formsandes angeordnet ist, wobei die erste Schicht ausgehärtet ist und aus Wasserglas und/oder Phosphatglas besteht.

WO 2013/044904 A1 , DE 102005041 863 A1 und DE 102014004914 A1 betreffen nicht das technische Gebiet des Druckgusses.

In der Gießereiindustrie besteht ein ständiger Bedarf nach für den Druckguss geeigneten Kernen sowie nach geeigneten Ausgangsmaterialien und Verfahren für die Herstellung von Kernen, die für den Einsatz im Druckguss geeignet sind.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Kit zur Herstellung von Kernen für die Verwendung im Druckguss. Der erfindungsgemäße Kit enthält als separate Komponenten

(A) einen Formgrundstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzsand, Chromerzsand, Olivinsand, Aluminium-Silikat-Sanden und deren Mischungen;

(B) partikuläres amorphes Siliciumdioxid oder eine Additivmischung enthaltend partikuläres amorphes Siliciumdioxid;

(C) eine Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas oder einen Kit enthaltend Rohstoffe zur Herstellung einer Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas; (D) eine Zusammensetzung zur Herstellung eines Überzugs, wobei diese Zusammensetzung umfasst (D1) eine Trägerflüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser und Mischungen von Wasser mit einem oder mehreren Alkoholen

(D2) einen Bestandteil aus der Gruppe bestehend aus

(D2a) gelöst in der Trägerflüssigkeit eine oder mehrere Säuren, wobei die durch die Trägerflüssigkeit mit den darin gelösten Säuren gebildete wässrige Phase einen pH-Wert von 5 oder weniger hat

(D2b) eine oder mehrere organische Verbindungen der Formel (I)

(l), wobei R1 und R2 jeweils monovalente Gruppen sind, die unabhängig voneinander jeweils 1 bis 26 Kohlenstoffatome enthalten, wobei die Gruppe R1 über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Kohlenstoffatom oder über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Sauerstoffatom, und die Gruppe R2 über ein in der Gruppe R2 enthaltenes Kohlenstoffatom angebunden ist, oder so miteinander unter Ausbildung einer Ringstruktur verknüpft sind, dass die Ringstruktur insgesamt 4 bis 7 Ringatome umfasst und die Gruppen R1 und R2 insgesamt 2 bis 26 Kohlenstoffatome umfassen, wobei die Gruppe R1 über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Kohlenstoffatom oder über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Sauerstoffatom, und die Gruppe R2 über ein in der Gruppe R2 enthaltenes Kohlenstoffatom angebunden ist;

(D3) einen oder mehrere Feuerfeststoffe in Form von plättchenförmigen Partikeln

(D4) einen oder mehrere Feuerfeststoffe in Form von körnigen Partikeln wobei der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) im Bereich von 15 % bis 80 %, bevorzugt 30 % bis 60 % liegt, bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4) in Komponente (D). Im erfindungsgemäßen Kit liegen die die Komponenten (A), (B), (C) und (D) separat, das heißt räumlich voneinander getrennt vor, z.B. jede der Komponenten (A), (B), (C) und (D) in einem separaten Behälter.

Die Komponenten (A), (B) und (C) des erfindungsgemäßen Kits dienen zur Herstellung einer Formstoffmischung, aus der durch Formen und thermisches Härten ein Grundkörper für einen Kern hergestellt wird. Die Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits ist eine Schlichtezusammensetzung bzw. ein Konzentrat zur Herstellung einer Schlichtezusammensetzung. Die Schlichtezusammensetzung ist eine Beschichtungszusammensetzung und dient zur Herstellung eines Überzugs (Schlichteüberzug) auf dem Grundkörper, der sich mindestens über die gesamte Oberfläche des Kerns erstreckt, die beim Gießvorgang mit einer Metallschmelze in Kontakt kommt. Bevorzugt erstreckt sich der Überzug über die gesamte Oberfläche des Kerns.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass beim Einsatz erfindungsgemäßer Kerne im Druckguss trotz des hohen Drucks der Metallschmelze eine Penetration der Kernoberflä- che durch die Metallschmelze weitgehend verhindert wird. Dies wird durch den Schlichteüberzug des erfindungsgemäßen Kerns erreicht.

Komponente (A) des erfindungsgemäßen Kits stellt den Formgrundstoff der aus den Komponenten (A), (B) und (C) des Kits herzustellenden Formstoffmischung dar. Bevorzugt sind feinkörnige Formgrundstoffe, insbesondere mit einer AFS-Kornfeinheitsnummer im Be- reich von 50 bis 100, besonders bevorzugt mit einer AFS-Kornfeinheitsnummer im Bereich von 60 bis 80. Die AFS-Kornfeinheitsnummer wird dabei bestimmt nach dem VDG- Merkblatt (Merkblatt des „Vereins deutscher Gießereifachleute“) P 34 vom Oktober 1999, Punkt 5.2. Dort wird die AFS-Kornfeinheitsnummer durch die Formel

Eg_« x M3

AFS-Kornfeinheitsnummer =

8 definiert, wobei gi die Massenanteile der einzelnen Kornklassen sind

M3i der AFS-Multiplikator für die jeweilige Kornklasse ist (gemäß Tabelle 3 des VDG- Merkblatts P34), und

9 Gesamtkornmasse. Erfindungsgemäß einzusetzende Formgrundstoffe sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzsand, Chromerzsand, Olivinsand, Aluminium-Silikat-Sanden und deren Mischungen. Bevorzugt ist der Formgrundstoff (A) Quarzsand.

Ein besonders bevorzugter Formgrundstoff ist Quarzsand mit einer AFS Kornfeinheitsnum- mer im Bereich von 50 bis 100, besonders bevorzugt mit einer AFS-Kornfeinheitsnummer im Bereich von 60 bis 80.

Die Komponenten (B) und (C) des erfindungsgemäßen Kits bilden das Bindemittel der aus den Komponenten (A), (B) und (C) des Kits herzustellenden Formstoffmischung.

Das amorphe partikuläre Siliciumdioxid in Komponente (B) ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus partikuläres synthetisches amorphes Siliciumdioxid, welches als Nebenbestandteil zumindest Kohlenstoff aufweist, wobei der Anteil an Siliciumdioxid 90 % oder mehr beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des partikulären synthetischen amorphen Siliciumdioxids und der Nebenbestandteile, vorzugsweise herstellbar durch Reduk- tion von Quarz im Lichtbogenofen; partikuläres synthetisches amorphes Siliciumdioxid, welches als Nebenbestandteil Oxide des Zirconiums aufweist, vorzugsweise herstellbar durch thermische Zersetzung von ZrSiÜ4; partikuläres synthetisches amorphes Siliciumdioxid herstellbar durch Oxidation von metallischem Silicium mittels eines sauerstoffhaltigen Gases; partikuläres synthetisches amorphes Siliciumdioxid herstellbar durch Quenchen einer Siliciumdioxid-Schmelze; pyrogene Kieselsäure, vorzugsweise herstellbar durch Pyrolyse von Siliciumtetrachlorid; und Mischungen davon.

Der Begriff „partikulär“ („teilchenförmig“) bezeichnet ein festes Pulver (einschließlich Stäube) oder ein Granulat, das vorzugsweise rieselfähig und somit auch siebfähig ist.

Das partikuläre amorphe Siliciumdioxid ist bevorzugt synthetisch hergestellt. Synthetisch hergestelltes partikuläres amorphes Siliciumdioxid bedeutet im Sinne des vorliegenden Textes, dass das amorphe Siliciumdioxid das Zielprodukt eines planmäßig durchgeführten chemischen Reaktionsprozesses zur technischen Synthese von partikuläres amorphem Siliciumdioxid ist oder ein Beiprodukt eines planmäßig durchgeführten chemischen Reaktionsprozesses zur technischen Synthese eines Zielprodukts ist, welches kein partikuläres amorphes Siliciumdioxid ist.

Ein Beispiel für einen Reaktionsprozess mit dem Zielprodukt partikuläres amorphes Silici- umdioxid ist die Flammhydrolyse von Siliciumtetrachlorid. Das nach diesem Verfahren hergestellte partikuläres amorphe S1O2 („Siliciumdioxid“) wird auch als „pyrogenes S1O2“ („py- rogenes Siliciumdioxid“) oder als pyrogene Kieselsäure oder als „fumed silica“ bezeichnet (CAS RN 112945-52-5).

Ein Beispiel für einen Reaktionsprozess, bei dem partikuläres amorphes Siliciumdioxid als Beiprodukt gebildet wird, ist die Reduktion von Quarz mit z. B. Koks im Lichtbogenofen zur Herstellung von Silicium bzw. Ferrosilicium als Zielprodukt. Das dabei gebildete partikulä- res amorphe S1O2 („Siliciumdioxid“) wird auch als Silicastaub, Siliciumdioxidstaub oder Si0₂-Rauchkondensat, „silica fume“ oder Mikrosilica bezeichnet (CAS RN 69012-64-2).

Ein weiterer Reaktionsprozess, bei dem partikuläres amorphes Siliciumdioxid synthetisch hergestellt wird, ist die thermische Zersetzung von ZrSiÜ₄ zu ZrÜ2 und S1O2.

Partikuläres amorphes Siliciumdioxid ist auch erhältlich durch Oxidation von metallischem Silicium mittels eines sauerstoffhaltigen Gases (zu Details siehe DE 102012 020 510 A1) sowie durch Quenchen einer Siliciumdioxid-Schmelze.

In der Literatur werden häufig sowohl das durch Flammenhydrolyse von Siliciumtetrachlorid gebildete amorphe Siliciumdioxid als auch das bei der Reduktion von Quarz mit z.B. Koks im Lichtbogenofen als Beiprodukt entstehende amorphe Siliciumdioxid sowie das durch thermische Zersetzung von ZrSiÜ₄ gebildete amorphe Siliciumdioxid als „pyrogenes S1O2“ („pyrogenes Siliciumdioxid“) oder als pyrogene Kieselsäure bezeichnet.

Partikuläres, amorphes Siliciumdioxid des durch Reduktion von Quarz mit Kohlenstoff (z. B. Koks) im Lichtbogen (bei der Herstellung von Ferrosilicium und Silicium) hergestellten Typs weist herstellungsbedingt als Nebenbestandteil Kohlenstoff auf, wobei der Anteil an Siliciumdioxid 90 % oder mehr beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des partikulären synthetischen amorphen Siliciumdioxids und der Nebenbestandteile.

Partikuläres, amorphes Siliciumdioxid des durch thermische Zersetzung von ZrSiC hergestellten Typs weist herstellungsbedingt als Nebenbestandteil Oxide des Zirconiums auf, insbesondere Zirconiumdioxid.

Bei partikulärem synthetischen amorphen Siliciumdioxid herstellbar durch Oxidation von metallischem Silicium mittels eines sauerstoffhaltigen Gases und bei partikulärem synthetischen amorphen Siliciumdioxid herstellbar durch Quenchen einer Siliciumdioxid- Schmelze handelt es sich um sehr reines S1O2 mit nur sehr wenigen unvermeidbaren (d.h. herstellungsbedingten) Verunreinigungen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt einzusetzendes partikuläres, amorphes Siliciumdioxid umfasst diejenigen Typen von partikulärem, amorphen Siliciumdioxid, welche mit derCAS RN 69012-64-2 bzw. mit der CAS RN 112945-52-5 bezeichnet werden. Diese sind wie oben angegeben erhältlich. Die „CAS RN“ steht dabei für die CAS- Registrierungsnummer und CAS-Registernummer, engl. CAS Registry Number, CAS = Chemical Abstracts Service.

Ebenfalls besonders bevorzugt ist das durch thermische Zersetzung von ZrSiÜ₄ zu Z1Ό2 aus ZrSiÜ₄ hergestellte S1O2 und das durch Flammhydrolyse von Siliciumtetrachlorid erhaltene S1O2. Bevorzugt ist partikuläres amorphes Siliciumdioxid mit einer Teilchengrößenverteilung mit einem Median (dso-Wert) im Bereich von 0,7 bis 1 ,5 pm, bestimmt mittels Laserstreuung. Diese Bestimmung der Teilchengrößenverteilung mittels Laserstreuung basiert auf der Beziehung zwischen der Größe eines Partikels einerseits und dem Winkel und der Intensität des durch dieses Partikel gestreuten Lichtes andererseits. Aus den gemessenen Wnkeln und Intensitäten der Laserstrahlung, die durch die in der Probe enthaltenen Partikel gestreut wird, können mittels eines auf der Mie-Streuungstheorie (Mie Scattering theory) basierenden Algorithmus Informationen über die Partikelgrößen erhalten werden.

In einigen Fällen besteht Komponente (B) des erfindungsgemäßen Kits aus amorphem partikulären Siliciumdioxid. In anderen Fällen ist Komponente (B) eine pulverförmige Additivmischung enthaltend partikuläres amorphes Siliciumdioxid und weitere Bestandteile. Bei diesen weiteren Bestandteilen handelt es sich beispielsweise um teilchenförmige anorganische Materialien (zu Details siehe unten), - Alkalimetallhydroxide

Siliciumorganische Verbindungen wie Silane, Silicone und Siloxane;

Wachse;

Paraffine;

Metallseifen; - Kohlenhydrate, wobei die Kohlenhydrate vorzugsweise ausgewählt sind aus der

Gruppe bestehend aus Oligosacchariden, Polysachariden und deren Mischungen, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Cellulose, Celluloseestern, Celluloseethern, Stärke und Dextrin.

Bei den o.g. teilchenförmigen anorganischen Materialien handelt es sich ebenfalls um Ad- ditive, deren Zusatz zu Formstoffmischungen mit Wasserglas als Bindemittel dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt ist. Bevorzugt sind teilchenförmige anorganische Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus

Aluminiumoxid, vorzugsweise in der alpha-Phase; Bauxit; Aluminium/Silizium- Mischoxide; - Oxide des Zirconiums, vorzugsweise Zirconium(IV)-Oxid;

Zinkoxid;

Bariumsulfat; phosphorhaltige Verbindungen, wobei die phosphorhaltigen Verbindungen bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe der Alkalimetallphosphate und der Salze M₅(P0₄)30H, wobei M ein Erdalkalimetall ist, bevorzugt Ca;

Schichtsilikate;

Graphit, Ruß;

Glaskugeln; keramische Hohlkugeln;

Oxide des Magnesiums. In bestimmten Fällen ist Komponente (B) des erfindungsgemäßen Kits eine pulverförmige Additivmischung enthaltend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, wobei die Gesamtkonzentration an partikulärem amorphen Siliciumdioxid bevorzugt 25 % bis 99,5 %, besonders bevorzugt 40 % bis 95 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der pulverförmigen Additivmischung (B) und eine oder mehrere oxidische Bor-Verbindungen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Boraten, Borsäuren, Borsäureanhydriden, Borosilikaten, Borophosphaten und Borophosphosilikaten, wobei die Gesamtkonzentration an oxidischen Borverbindungen bevorzugt 0,5 % bis 8 %, besonders bevorzugt 2 % bis 5 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der pulverförmigen Additivmischung (B).

Durch oxidische Bor-Verbindungen in Komponente (B) wird die Beständigkeit der aus der Formstoffmischung hergestellten Formkörper gegenüber Wasser und Luftfeuchtigkeit verbessert. Eine hohe Beständigkeit gegenüber Wasser ist wichtig, damit der Formkörper beim Aufträgen der Beschichtungszusammensetzung (D) möglichst nicht signifikant durch das in der Trägerflüssigkeit (D1) enthaltene Wasser angegriffen wird. Eine hohe Beständigkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit verbessert die Lagerstabilität der Formkörper. Komponente (C) des erfindungsgemäßen Kits ist entweder eine Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas, oder ein Kit enthaltend Rohstoffe zur Herstellung einer Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas.

Unter „Wasserglas“ werden Alkalimetallsilikate verstanden, die z.B. durch Zusammen schmelzen von Quarzsand mit Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat bei 1400 °C bis 1500 °C, oderdurch hydrothermale Verfahren erhältlich sind. Diese Alkalimetallsilikate sind typischerweise wasserlöslich.

Das erfindungsgemäß einzusetzende Wasserglas enthält bevorzugt Kationen eines oder mehrerer Alkalimetalle aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium.

Der molare Modul S1O2/M2O des Wasserglases liegt vorzugsweise im Bereich von 1 ,6 bis 4,0, wobei M2O die Gesamtmenge an Oxiden von Alkalimetallen M bezeichnet. Bevorzugt weist die Komponente (C) der erfindungsgemäßen Kits einen Gehalt an Alkalimetallsilikat (d.h. Wasserglas) auf im Bereich von 20 % bis 60 %, vorzugsweise im Bereich von 25 % bis 55 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente (C).

In einer bevorzugten Variante enthält Komponente (C) des erfindungsgemäßen Kits eine oder mehrere oxidische Bor-Verbindungen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Boraten, Borsäuren, und Borsäureanhydriden, besonders bevorzugt Natrium- tetraborat-Decahydrat, wobei die Gesamtkonzentration an oxidischen Borverbindungen berechnet als B2O30,4 % bis 1 ,0 % besonders bevorzugt 0,5 % bis 0,8 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente (C). Durch oxidische Bor-Verbindungen in Komponente (C) wird die Beständigkeit der aus der Formstoffmischung hergestellten Formkörper gegenüber Wasser und Luftfeuchtigkeit verbessert.

In einer anderen bevorzugten Variante ist Komponente (C) des erfindungsgemäßen Kits eine Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas, wobei die Gesamt- konzentration an Lithium berechnet als LhO bevorzugt 0,4 % bis 1 ,0 % besonders bevorzugt 0,4 % bis 0,7 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente (C). Unter „lithiumhaltigem Wasserglas“ werden hier Alkalimetallsilikate verstanden, die Lithium-Ionen enthalten und ggf. Ionen weiterer Alkalimetalle, typsicherweise Natrium- und/oder Kalium- Ionen. Besonders bevorzugt ist hier eine Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhalti- ges Wasserglas mit einen molaren Modul S1O2/M2O im Bereich von 1 ,6 bis 3,5, vorzugsweise im Bereich von 1 ,8 bis 3,0, wobei der molare Anteil des Lb_>0 an M2O im Bereich von 0,05 bis 0,60, vor zugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,4, liegt, wobei M2O jeweils die Gesamtmenge an Lithium-, Natrium- und Kaliumoxid bezeichnet.

Durch lithiumhaltiges Wasserglas wird die Beständigkeit der aus der Formstoffmischung hergestellten Formkörper gegenüber Wasser und Luftfeuchtigkeit verbessert.

In einer weiteren bevorzugten Variante ist Komponente (C) des erfindungsgemäßen Kits ein Kit enthaltend Rohstoffe zur Herstellung einer Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas. In dieser Variante enthält Komponente (C) des erfindungsgemäßen Kits als separate Bestandteile (C1) eine wässrige Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas, wobei in Bestandteil

(C1) der Gehalt an S1O2 im Bereich von 20 % bis 34 % liegt, bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung bzw. Dispersion, wobei Bestandteil (C1) bevorzugt einen pH-Wert im Bereich von 10,0 bis 13,0, besonders bevorzugt im Bereich von 11 ,0 bis 12,5, aufweist,

(C2) eine erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithium-Ionen, wobei in Bestandteil (C2) - die Konzentration der Lithium-Ionen im Bereich von 0,3 mol/L bis 5,3 mol/L liegt und die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kalium-Ionen im Bereich von 0,3 mol/L bis 28,0 mol/L liegt, wobei Bestandteil (C2) bevorzugt einen pH-Wert im Bereich von 8,0 bis 14,0, besonders bevorzugt im Bereich von 11 ,5 bis 12,3, aufweist, sowie optional

(C3) eine zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Alkalimetall-Ionen, wobei in Bestandteil (C3) die Konzentration der Lithium-Ionen niedriger ist als in Bestandteil (C2) und vorzugsweise im Bereich von 0,1 mol/L bis 5,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 mol/L bis 2,0 mol/L liegt; und die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kalium-Ionen im Bereich von 0,3 mol/L bis 28,0 mol/L liegt und die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kalium-Ionen in Be- standteil (C3) um nicht mehr als 20% von der Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kalium-Ionen in Bestandteil (C2) abweicht wobei Bestandteil (C3) bevorzugt einen pH-Wert im Bereich von 8,0 bis 14,0, besonders bevorzugt im Bereich von 11 ,5 bis 13,5, aufweist.

In dieser Variante der Komponente (C) des erfindungsgemäßen Kits liegen die Bestand- teile (C1), (C2) und -wenn vorhanden- (C3) separat, das heißt räumlich voneinander getrennt vor, z.B. in separaten Behältern.

Im Wasserglas des Bestandteils (C1) ist die Konzentration an Lithium-Ionen deutlich geringer als im herzustellenden lithiumhaltigen Wasserglas. Bevorzugt enthält Bestandteil (C1) keine Lithium-Ionen. Die Herstellung von lithiumhaltigem Wasserglas aus den oben beschriebenen Rohstoffen ist in der Patentanmeldung WO 2019/002452 A1 beschrieben. In Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits liegen die Bestandteile (D1), (D2a) bzw. (D2b), (D3) und (D4) jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente (D) in folgender Konzentration vor:

(D1) 20 % bis 75 % (D2a) 0,1 % bis 10 % bzw. (D2b) 0,1 % bis 10 %

(D3) 10 % bis 58 %

(D4) 14 % bis 64 %.

In der Zusammensetzung (D) liegt eine wässrige Phase (wasserhaltige flüssige Phase) vor, für die gilt, dass das Verhältnis der Masse des Wassers zur Gesamtmasse der wäss- rigen Phase größer ist als 50 %, bevorzugt größer als 70 %, besonders bevorzugt größer als 90 %. Diese wässrige Phase umfasst die Trägerflüssigkeit (D1) sowie darin gelöste Bestandteile.

Zusammensetzungen (D) wie oben beschrieben umfassen sowohl gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzungen als auch Konzentrate zur Bildung gebrauchsfertiger Schlichtezusammensetzungen. Gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzungen weisen einen ausreichenden hohen Gehalt an Trägerflüssigkeit auf (D1), so dass sie direkt zur Bildung eines Überzugs auf den Grundkörper aufgetragen werden können. In einer gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung beträgt die Masse der Trägerflüssigkeit (D1) 40 % bis 75 %, bevorzugt 60 % bis 75 % bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammen- Setzung. Konzentrate zur Herstellung einer gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung enthalten eine im Vergleich zur gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung deutlich geringere Menge an Trägerflüssigkeit (D1). In einem Konzentrat beträgt die Gesamtmasse der Trägerflüssigkeit (D1) 40 % oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung. Eine gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzung ist erhältlich durch Ver- dünnen des Konzentrats mit einer T rägerflüssigkeit (D1). Zum Verdünnen des Konzentrats wird üblicherweise eine Trägerflüssigkeit (D1) eingesetzt, welche in der Trägerflüssigkeit (D1) des Konzentrats enthalten ist, vorzugsweise Wasser.

Der Feststoffgehalt der Komponente (D) ist kleiner als 80 %, bevorzugt kleiner als 75 % bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente (D). Der Feststoffgehalt der Komponente (D) umfasst im Wesentlichen die Bestandteile (D3) und (D4). Unter Feststoffen werden dabei die Bestandteile der Komponente (D) verstanden, die in Komponente (D) in fester Form vorliegen, d.h. nicht in der Trägerflüssigkeit (D1) aufgelöst sind, sondern suspendiert. In einer gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung beträgt der Anteil der Bestandteile (D3) und (D4) 25 % bis 60 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Schlichtezusammensetzung. In einem Konzentrat zur Herstellung einer gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung ist der Feststoffanteil größer als 40 %, aber kleiner als 80 % bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente (D). Als Trägerflüssigkeit (Bestandteil (D1)) enthält die Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits Wasser oder eine Mischung aus Wasser und einem oder mehreren Alkoholen, z.B. Ethanol, Methanol, Isopropanol.

Die Trägerflüssigkeit (D1) dient lediglich als Vehikel zum Aufträgen der in ihr suspendierten und gelösten Stoffe auf den Grundkörper des herzustellenden Kerns, und wird beim Trock- nen des mit einer Zusammensetzung (D) wie oben definiert beschichteten Grundkörpers entfernt (zu Details siehe die Offenbarung im Kontext des unten beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens). Die Trägerflüssigkeit liegt unter Normalbedingungen (20 °C und 1013,25 hPa) flüssig vor und ist unter Normaldruck (1013,25 hPa) bei Temperaturen im Bereich von 80 °C bis 200 °C verdampfbar. Als Bestandteil (D2) enthält Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits üblicherweise entweder

(D2a) gelöst in der Trägerflüssigkeit eine oder mehrere Säuren, wobei die durch die Trä- gerflüssigkeit mit den darin gelösten Säuren gebildete wässrige Phase einen pH- Wert von 5 oder weniger hat oder

(D2b) eine oder mehrere organische Verbindungen der Formel (I)

(I), wobei R1 und R2 jeweils monovalente Gruppen sind, die unabhängig voneinander jeweils 1 bis 26 Kohlenstoffatome enthalten, wobei die Gruppe R1 über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Kohlenstoffatom oder über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Sauerstoffatom angebunden ist, und die Gruppe R2 über ein in der Gruppe R2 enthaltenes Kohlenstoffatom angebunden ist, oder so miteinander unter Ausbildung einer Ringstruktur verknüpft sind, dass die Ringstruktur insgesamt 4 bis 7 Ringatome umfasst und die Gruppen R1 und R2 insgesamt 2 bis 26 Kohlenstoffatome umfassen, wobei die Gruppe R1 über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Kohlenstoffatom oder über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Sauerstoffatom, und die Gruppe R2 über ein in der Gruppe R2 enthaltenes Kohlenstoffatom angebunden ist.

Bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I) in Bestandteil (2b), worin R1 und R2 jeweils monovalente Gruppen, welche unabhängig voneinander geradkettig oder verzweigt sind und 1 bis 16, vorzugsweise 1 bis 12, Kohlenstoff-Atome enthalten, welche Kohlenstoffatome jeweils ein- bis vierfach (d.h. einfach, zweifach, dreifach oder vierfach) durch Sauerstoff und/oder Hydroxy ersetzt und/oder substituiert sein können, wobei die Gruppe R1 über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Kohlenstoffatom oder über ein in der Gruppe enthaltenes Sauerstoffatom angebunden ist und R2 über ein in der Gruppe R2 enthaltenes Kohlenstoffatom angebunden ist, oder so miteinander unter Ausbildung einer Ringstruktur verknüpft sind, dass die Ringstruktur insgesamt 4 bis 7, vorzugsweise 5 bis 7, Ringatome, ausgewählt aus Sauerstoff und Kohlenstoff, umfasst und die Gruppen R1 und R2 gemeinsam insgesamt 2 bis 16, vorzugsweise 3 bis 8, Kohlenstoffatome umfassen, welche geradket- tig oder verzweigt sind und ein- bis vierfach (d.h. einfach, zweifach, dreifach oder vierfach), vorzugsweise ein- bis zweifach, durch Sauerstoff und/oder Hydroxy ersetzt und/oder substituiert sein können, wobei die Gruppe R1 über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Kohlenstoffatom oder überein in der Gruppe R1 enthaltenes Sauerstoffatom angebunden ist und die Gruppe R2 über ein in der Gruppe R2 enthaltenes Kohlenstoffatom angebunden ist.

Es hat sich gezeigt, dass die Bestandteile (D2a) bzw. (D2b) eine Erhöhung der Festigkeit des mit dem Schlichteüberzug versehenen Kerns bewirken. Es wird derzeit angenommen, dass durch den Bestandteil (D2a) bzw. durch Hydrolyse des Bestandteils (D2b) der Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits Säure bereitgestellt wird, welche über eine Säure-Base-Reaktion das gegebenenfalls durch die wässrige Trägerflüssigkeit (D1) der Beschichtungszusammensetzung angegriffene Alkalisilikatgerüst des wasserglasgebundenen Grundkörpers erneut härten (ausheilen) kann. Es wird auch angenommen, dass die Säure-Base-Reaktion der Säure aus Bestandteil (D2a) bzw. der durch Hydrolyse des Bestandteils (D2b) gebildeten Säure mit dem Alkalisilikatgerüst des Grundkörpers die Anbindung des Schlichteüberzugs an den Grundkörper verbessert.

Wenn Komponente (D) den oben definierten Bestandteil (D2a) enthält, ist es bevorzugt, dass die Säuren einen pKa < 5, besonders bevorzugt einen pKa < 4 jeweils bei 25 °C aufweisen. Besonders bevorzugt sind die Säuren ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus organischen Säuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mono-, Di- und Tri- carbonsäuren, bevorzugt bei 25 °C und 101 ,3 kPa feste Mono-, Di- und Tricarbon- säuren, besonders bevorzugt Citronensäure und Oxalsäure, und anorganischen Säuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure und sauren Phosphaten, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure.

Wenn Komponente (D) den oben definierten Bestandteil (D2b) enthält, ist es bevorzugt, dass die organischen Verbindungen der Formel (I) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Estern, Lactonen und Säureanhydriden. Bevorzugt sind dabei wasserlösliche Ester, Lactone und Säureanhydride. Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I) aus der Gruppe bestehend aus Methylformiat, Ethylformiat, Propylencarbonat, y-Buty- rolacton, Diacetin, Triacetin, dibasischen Estern, Essigsäureanhydrid, Methylcarbonat und e-Caprolacton. Besonders bevorzugt ist Propylencarbonat.

Die Bestandteile (D3) und (D4) der Komponente (D) sind Feuerfeststoffe. Als „feuerfest“ werden im Einklang mit dem üblichen fachmännischen Verständnis (vgl. DIN 51060:2000- 06) Massen, Werkstoffe und Mineralien bezeichnet, die zumindest kurzzeitig der Temperaturbelastung beim Abguss bzw. bei der Erstarrung einer Eisenschmelze widerstehen können. Als „hochfeuerfest“ werden Massen, Werkstoffe und Mineralien bezeichnet, die kurzfristig der Gießhitze einer Stahlschmelze widerstehen können. Die Temperaturen, die beim Abguss von Stahlschmelzen auftreten können, liegen meist höher, als die Temperaturen, welche beim Abguss von Eisen- bzw. Gusseisenschmelzen auftreten können. Feuerfeste Massen, Werkstoffe und Mineralien (Feuerfeststoffe) und hochfeuerfeste Massen, Werkstoffe und Mineralien sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus der DIN 51060:2000-06. Als Feuerfeststoffe sind insbesondere solche Materialien geeignet, welche Schmelzpunkte aufweisen, die zumindest 200 °C oberhalb der Temperatur der jeweils eingesetzten Metallschmelze liegen und/oder die keine Reaktion mit der Metallschmelze ein- gehen. Der Begriff „Feuerfeststoff wie hier verwendet umfasst auch hochfeuerfeste Stoffe.

Plättchenförmige Partikel (D3) im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Partikel mit drei sich senkrecht zueinander erstreckenden Dimensionen (Länge, Breite, Dicke), wobei die Länge die größte und die Dicke die kleinste Abmessung hat, wobei Länge und Breite sich nicht signifikant unterscheiden, und das Verhältnis Dicke/Länge 0,2 oder kleiner ist. Bevorzugt liegt die Länge der plättchenförmigen Partikel (D3) im Bereich von 1 pm bis 600 pm, weiter bevorzugt 5 pm bis 500 pm, weiter bevorzugt 5 pm bis 200 pm, besonders bevorzugt 10 pm bis 200 pm, insbesondere 10 pm bis 150 pm, 10 pm bis 100 pm, oder 10 pm bis 80 pm. Die Bestimmung der Partikelabmessungen erfolgt nach ISO 13322-2. Die Abmessungen dieser Partikel können z.B. in einer dem Fachmann bekannten Weise mittels eines Camsizer ermittelt werden. Derartige Partikel werden auch als Flocken, Blättchen, Schuppen oder Täfelchen bezeichnet. Plättchenförmige Partikel (D3) sind z.B. erhältlich durch Delaminierung (z.B. in einem Mahlvorgang) von Schichtsilikaten oder von schichtförmig aufgebauten Graphiten.

Geeignete Schichtsilikate sind solche Tonminerale, die zur Gruppe der Schichtsilikate gehören, sowie Glimmer, Talk, Kaoline, Metakaoline, kalzinierte Kaoline, Pyrophyllite, lllite und Bentonite. Geeignete Graphite sind makrokristalline Naturgraphite sowie makrokristal- line synthetische Graphite. Makro kristalline Naturgraphite sowie makrokristalline synthetische Graphite liegen in Form mit bloßem Auge erkennbarer Kristal lite (Plättchen, Blättchen, Schuppen oder Tafeln) vor, deren Ausdehnung in der c-Ebene im Bereich von 100 pm bis einigen Millimetern liegt.

Synthetischer Graphit ist nach dem Acheson-Verfahren, oder durch Formpressen und Brennen (800-1300 °C) von Petrolkoks unter Zugabe eines Bindemittels (Steinkohlenteerpeche) und anschließende Elektrographitiemng erhältlich. Synthetischer Graphit liegt in Form von Kristal fiten mit vor, deren Ausdehnung in der c-Ebene im Bereich von einigen 100 Ä (einige 10 nm) bis einigen Millimetern liegt. Als Feuerfeststoff (D3) im Sinn der vorliegenden Erfindung ist makrokristalliner synthetischer Graphit in Form von Kristal fiten mit einer Ausdehnung in der c-Ebene von 100 pm bis einigen Millimetern einsetzbar, während mikrokristalliner synthetischer Graphit als Feuerfeststoff (D4) im Sinne der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist (siehe unten). Naturgraphit kommt sowohl in makrokristalliner, blättriger Form als auch in mikrokristalliner, erdiger Form vor. Als Feuerfeststoff (D3) im Sinn der vorliegenden Erfindung ist die makrokristalline, blättrige Form des Naturgraphits ersetzbar, während die mikrokristalline, erdige Form als Feuerfeststoff (D4) im Sinne der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist (siehe unten).

Die Feuerfeststoffe (D3) in Form von plättchenförmigen Partikeln sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus makro kristallinen Graphiten, a-Bornitrid und Schichtsilikaten. Bevorzugte Schichtsilikate sind Tonmehle (aus Tonmineralen, die zur Gruppe der Schichtsilikate gehören), Glimmer, Talk, Kaoline, Metakaoline, kalzinierte Kaoline, Pyro- phyllite, lllite und Bentonite. Besonders bevorzugt sind Pyrophyllite und Tonmehle.

Körnige Partikel (D4) im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Partikel mit drei sich senkrecht zueinander erstreckenden Dimensionen (Länge, Breite, Dicke), wobei Dicke und Breite sich nicht signifikant unterscheiden, und das Verhältnis Dicke/Länge im Bereich von 0,8 bis 1 liegt. Körnige Partikel (D4) im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen somit auch sphärische Partikel (zu Details siehe unten). Bevorzugt liegt die Länge der körnigen Partikel (D4) im Bereich von 10 nm bis 250 pm, bevorzugt 50 nm bis 200 pm, besonders bevorzugt 50 nm bis 100 pm, insbesondere 100 nm bis 50 pm bzw. 100 nm bis 20 pm. Die Bestimmung der Partikelabmessungen erfolgt nach ISO 13322-2. Die Abmessungen dieser Partikel können z.B. in einer dem Fachmann bekannten Weise mittels eines Camsizer ermittelt werden.

Körnige Partikel mit scharf ausgeprägten Kanten werden in der Praxis auch als splittrige Partikel bezeichnet, diese zählen zu den körnigen Partikeln im Sine der vorliegenden Erfindung. Körnige, insbesondere splittrige Partikel (D4) sind z.B. erhältlich durch Brechen (z.B. in einem Mahlvorgang) von Gläsern, monokristallinen Sanden oder polykristallinen Sanden bzw. Gesteinen.

Die Feuerfeststoffe (D4) in Form von körnigen Partikeln sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mikrokristallinen Graphiten, Ruß, Koks, Zirconiumsilikat, Andalusit, Silimanit, Kyanit, Quarz, Quarzglas, Mullit, Schamotten, Aluminiumoxiden, Bauxit, Wollas- tonit, Titandioxiden, Olivin, Erdalkalimetallphosphate der Zusammensetzung MsiPO^OH, wobei M ein Erdalkalimetall ist, bevorzugt Ca, Siliciumnitrid und Rutil. Besonders bevorzugt sind Zirconiumsilikat und mikrokristalliner Graphit. Ruß ist eine Form des Kohlenstoffs, die sich bei unvollständiger Verbrennung bzw. thermischer Spaltung dampfförmiger Kohlenstoff-haltiger Substanzen bildet. Koks ist erhältlich durch Erhitzen von Steinkohle, Braunkohle oder Torf unter Luftabschluss auf Temperaturen von ca. 800 °C. Geeignete mikrokristalline Graphite sind mikrokristalline Naturgraphite (erdige Naturgraphite) sowie mikrokristalline synthetische Graphite. Mikrokristalline Naturgraphite sowie mikrokristalline synthetische Graphite liegen in Form von Kristalliten vor, deren Ausdehnung in der c-Ebene weniger als 100 pm beträgt, die einzelnen Kristallite sind daher nur unter dem Mikroskop erkennbar. In Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits liegt der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) im Bereich von 15 % bis 80 %, bevorzugt 30 % bis 60 %, und der Anteil der Feuerfeststoffe (D4) liegt im Bereich von 85 % bis 20 %, bevorzugt im Bereich von 70% bis 40 %, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4). Dies gilt auch für durch Verdünnen der Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits herge- stellte gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzungen.

Eine Unterscheidung zwischen plättchenförmigen Partikeln (D3) einerseits und körnigen Partikeln (D4) andererseits ist z.B. anhand von zweidimensionalen mikroskopischen Abbildungen der entsprechenden Partikel möglich. Weitere Möglichkeiten zur Unterscheidung zwischen plättchenförmigen Partikeln (D3) einerseits und körnigen Partikeln (D4) sind Se- dimentationsmethoden bzw. Granulometrie. Diese Methoden sind dem Fachmann bekannt.

In einer bevorzugten Variante umfasst Bestandteil (D4) der Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits weiterhin

(D4a) amorphes partikuläres Siliciumdioxid. Überraschend hat sich gezeigt, dass Bestandteil (D4a) zur Erhöhung der Festigkeit des mit dem Schlichteüberzug versehenen Kerns beiträgt und die Anbindung des Schlichteüberzugs an den Grundkörper verbessert, der ebenfalls amorphes partikuläres Siliciumdioxid enthält (aus Komponente (B)). Bevorzugt beträgt der Anteil des amorphen partikulären Siliciumdioxids (D4a) 3 % bis 30 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Feuerfeststoffe (D4). Hinsichtlich der Merkmale des amorphen partikulären Siliciumdioxids und der Auswahl geeigneter Arten von amorphem partikulären Siliciumdioxid gelten die obigen Ausführungen zu Komponente (B) des erfindungsgemäßen Kits entsprechend. Vorzugsweise wird in Komponente (B) des erfindungsgemäßen Kits sowie in Bestandteil (D4) der Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits dieselbe Art von amorphem partikulärem Siliciumdioxid eingesetzt. Die primären Teilchen („Primärpartikel“) des amorphen Siliziumdioxids liegen nach den oben genannten Herstellungsprozessen häufig agglomeriert, d.h. als Agglomerate von Primärpartikeln vor. Die Teilchenform der Primärpartikel des partikulären, amorphen Siliziumdioxids (D4a) ist vorzugsweise annähernd sphärisch, wobei die Sphärizität 0,9 oder mehr beträgt. Die Sphärizität ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung definiert als der Umfang des flächengleichen Kreises (Equivalent Projection Area of a Circle, kurz EQPC) eines Partikels geteilt durch den tatsächlichen Umfang des Partikels. Die für die Bestimmung der Sphärizität notwendige Ermittlung des Partikelumfangs erfolgt für Partikel mit einer Partikelgröße von kleiner als 5 pm vorzugsweise nach der Standard-Prüfmethode gemäß ISO 13322-1 :2014 sowie für Partikel mit einer Partikelgröße von größer als 5 pm vorzugsweise nach der Standard-Prüfmethode gemäß ISO 13322-02:2006. Moderne handelsübliche elektronenmikroskopische oder lichtmikroskopische Systeme ermöglichen eine digitale Bildanalyse und somit eine komfortable Bestimmung der Partikelform. Die digitale Bildanalyse ist für Untersuchungen zur Sphärizität bevorzugt. Die digitale Bildanalyse wird vorzugsweise mittels kommerzieller Bildanalysesoftware, wie z.B. der Image-Pro Plus Soft- wäre von Media Cybernetics, durchgeführt. Bei der Probenpräparation für die digitale Bildanalyse ist auf eine zufällige Orientierung der Partikel zu achten. Gegebenenfalls sind Dünnschliffe herzustellen.

Bevorzugt sind

(D3) die Feuerfeststoffe in Form von plättchenförmigen Partikeln ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus makrokristallinen Graphiten, a-Bornitrid, und Schichtsilikaten, wobei die Schichtsilikate bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Tonmehlen (aus Tonmineralen, die zur Gruppe der Schichtsilikate gehören), Glimmer, Talk, Kaolinen, Metakaolinen, kalzinierten Kaolinen, Pyrophylliten, Hüten und Bentoniten, sowie

(D4) die Feuerfeststoffe in Form von körnigen oder splittrigen Partikeln ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mikrokristallinen Graphiten, Ruß, Koks, Zirconiumsilikat, Andalusit, Silimanit, Kyanit, Quarz, Quarzglas, Mullit, Schamotten, Aluminiumoxi- den, Bauxit, Wollastonit, Titandioxiden, Olivin, Erdalkalimetallphosphate der Zusammensetzung M₅(P0₄)30H, wobei M ein Erdalkalimetall ist, bevorzugt Ca, Siliciumnitrid und Rutil.

In einer besonders bevorzugten Variante wird Bestandteil (D3) durch Schichtsilikate gebil- det, z.B. Pyrophyllit und/oder Tonmehl, und Bestandteil (D4) wird durch mikrokristallinen Graphit und Zirconiumsilikat (im Massenverhältnis 2:3 bis 3:2) gebildet. Dabei beträgt der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) bevorzugt 40 % bis 60 %, bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4). Bevorzugt enthält Bestandteil (D4) zusätzlich (D4a) amorphes partikuläres Siliciumdioxid. Durch die erfindungsgemäße Kombination der partikelförmigen Bestandteile (D3) und (D4) in der Komponente (D) wird erreicht, dass die Schlichtezusammensetzung (D) bzw. eine durch Verdünnen der Komponente (D) hergestellte Schlichtezusammensetzung die Wirkungen einer deckenden Schlichte (Deckschlichte) und einer penetrierenden Schlichte vereinigt. Deckschlichten enthalten üblicherweise vorwiegend plättchenförmige Feuerfest- Stoffe, penetrierende Schlichten üblicherweise überwiegend körnige Feuerfeststoffe. Beim Aufträgen auf einen aus einer Formstoffmischung wie oben beschriebenen gebildeten Grundkörper bilden die in Deckschlichten enthaltenen partikelförmigen Feuerfeststoffe eine abdeckende Schicht auf dem Formstoff des Grundkörpers aus, die beim Guss in direkten Kontakt mit der Schmelze kommt, d.h. die Oberfläche des Grundkörpers wird ver- siegelt. D.h. beim Aufträgen einer Deckschlichte auf einen aus einer Formstoffmischung wie oben beschriebenen gebildeten Grundkörper bilden die in der Deckschlichte enthaltenen partikelförmigen Feuerfeststoffe eine abdeckende Schicht auf dem Formstoff des Grundkörpers aus, die beim Guss in direkten Kontakt mit der Schmelze kommt, d.h. die Oberfläche des Grundkörpers wird versiegelt. Deckschlichten dringen weniger als ca. 2 mm in den Formstoff ein. Penetrierende Schlichten hingegen dringen tiefer in den Formstoff ein, so dass die in einer solchen Schlichte enthaltenen partikelförmigen Feuerfeststoffe die Poren im Formstoff ausfüllen. Durch Aufträgen einer Schlichtezusammensetzung enthaltend die erfindungsgemäße Kombination der partikelförmigen Bestandteile (D3) und (D4) wird erreicht, dass sowohl Poren im Formstoff ausgefüllt werden als auch eine abdeckende Schicht auf dem Formstoff gebildet wird, die in direkten Kontakt mit der Schmelze kommt (vgl. dazu auch die Ausführungen unten im Kontext erfindungsgemäßer Kerne). Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits kann weitere Bestandteile umfassen, die üblicherweise in Zusammensetzungen (D) zur Herstellung von Schlichteüberzügen enthalten sind, insbesondere Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Netzmitteln, rheologischen Additiven, Bindemitteln, Stellmitteln und Bioziden. Geeignete Netz- mittel, rheologische Additive, Bindemittel, Stellmittel und Biozide sowie deren Funktion und Wirkung sind dem Fachmann bekannt. Sofern einer dieser Bestandteile (z.B. rheologische Additive) ein Feuerfeststoff in Form von plättchenförmigen Partikeln (D3) wie oben definiert bzw. ein Feuerfeststoff in Form von körnigen Partikeln (D4) wie oben definiert ist, wird er dem Bestandteil (D3) bzw. (D4) wie oben definiert zugerechnet. In einer alternativen Variante enthält ein erfindungsgemäßer Kit als separate Komponenten

(A) einen Formgrundstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzsand, Chromerzsand, Olivinsand, natürlichen Aluminium-Silikat-Sanden und deren Mischungen

(B) partikuläres amorphes Siliciumdioxid oder eine Additivmischung enthaltend partiku- läres amorphes Siliciumdioxid

(C) eine Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas oder einen Kit enthaltend Rohstoffe zur Herstellung einer Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas

(D) eine Zusammensetzung zur Herstellung eines Überzugs, wobei diese Zusammensetzung umfasst (D1) eine Trägerflüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser und

Mischungen von Wasser mit einem oder mehreren Alkoholen

(D2) einen Bestandteil aus der Gruppe bestehend aus

(D2a) gelöst in der Trägerflüssigkeit eine oder mehrere Säuren, wobei die durch die Trägerflüssigkeit mit den darin gelösten Säuren gebildete wässrige Phase einen pH-Wert von 5 oder weniger hat

(D2b) eine oder mehrere organische Verbindungen der Formel (I)

(I), wobei R1 und R2 jeweils monovalente Gruppen sind, die unabhängig voneinander jeweils 1 bis 26 Kohlenstoffatome enthalten, wobei die Gruppe R1 über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Kohlenstoffatom oder über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Sauerstoffatom, und die Gruppe R2 über ein in der Gruppe R2 enthaltenes Kohlenstoffatom angebunden ist, oder so miteinander unter Ausbildung einer Ringstruktur verknüpft sind, dass die Ringstruktur insgesamt 4 bis 7 Ringatome umfasst und die Gruppen R1 und R2 insgesamt 2 bis 26 Kohlenstoffatome umfassen, wobei die Gruppe R1 über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Kohlenstoffatom oder über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Sauerstoffatom angebunden ist, und die Gruppe R2 über ein in der Gruppe R2 enthaltenes Kohlenstoffatom angebunden ist;

(D3) einen oder mehrere Feuerfeststoffe aus der Gruppe bestehend aus makro- kristallinen Graphiten a-Bornitrid, und Schichtsilikaten;

(D4) einen oder mehrere Feuerfeststoffe aus der Gruppe bestehend aus mikrokristallinen Graphiten, Ruß, Koks, Zirconiumsilikat, Andalusit, Silimanit, Kyanit, Quarz, Quarzglas, Mullit, Schamotten, Aluminiumoxiden, Bauxit, Wollastonit, Titandioxiden, Olivin, Erdalkalimetallphosphate der Zusammensetzung M₅(Rq₄)₃OH, wobei M ein Erdalkalimetall ist, bevorzugt Ca, Siliciumnitrid und

Rutil; wobei der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) im Bereich von 15 % bis 80 %, bevorzugt 30 % bis 60 % liegt, bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4) in Komponente (D). Zu den Komponenten (A) bis (C) sowie zu den Bestandteilen (D1), (D2a) und (D2b) der Komponente (D) sowie zu optionalen weiteren Bestandteilen der Komponente (D) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Netzmitteln, rheologischen Additiven, Bindemitteln, Stellmitteln und Biozide gelten die obigen Ausführungen mutatis mutandis.

In Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits liegt der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) im Bereich von 15 % bis 80 %, bevorzugt 30 % bis 60 %, und der Anteil der Feuerfeststoffe (D4) liegt im Bereich von 85 % bis 20 %, bevorzugt im Bereich von 70% bis 40 %, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4). Dies gilt auch für durch Verdünnen der Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits hergestellte gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzungen.

Geeignete Schichtsilikate (D3) sind Tonminerale, die zur Gruppe der Schichtsilikate gehören, sowie Glimmer, Talk, Kaoline, Metakaoline, kalzinierte Kaoline, Pyrophyllite, lllite und Bentonite. Als Bestandteil (D3) sind Pyrophyllite und Tonmehle (aus Tonmineralen, die zur Gruppe der Schichtsilikate gehören) besonders bevorzugt. Als Bestandteil (D4) sind mikrokristalliner Graphit und Zirconiumsilikat besonders bevorzugt.

In einer bevorzugten Variante umfasst Bestandteil (D4) der Komponente (D) der oben beschriebenen alternativen Variante des erfindungsgemäßen Kits weiterhin (D4a) amorphes partikuläres Siliciumdioxid.

Bevorzugt beträgt der Anteil des amorphen partikulären Siliciumdioxids (D4a) 3 % bis 30 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Feuerfeststoffe (D4).

Hinsichtlich der Merkmale des amorphen partikulären Siliciumdioxids und der Auswahl geeigneter Arten von amorphem partikulären Siliciumdioxid gelten die obigen Ausführungen zu Komponente (B) des erfindungsgemäßen Kits entsprechend. Vorzugsweise wird in Komponente (B) der alternativen Variante des erfindungsgemäßen Kits und in Bestandteil (D4) der Komponente (D) der alternativen Variante des erfindungsgemäßen Kits dieselbe Art von amorphem partikulärem Siliciumdioxid eingesetzt.

In einer bevorzugten Variante wird Bestandteil (D3) durch Schichtsilikate gebildet, z.B. Py- rophyllit und/oder Tonmehl, und Bestandteil (D4) wird durch mikrokristallinen Graphit und Zirconiumsilikat (im Massenverhältnis 2:3 bis 3:2) gebildet. Dabei beträgt der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) bevorzugt 40 % bis 60 %, bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4). Bevorzugt enthält Bestandteil (D4) zusätzlich (D4a) amorphes partikuläres Siliciumdioxid. Komponente (D) der alternativen Variante des erfindungsgemäßen Kits kann weitere Bestandteile umfassen, die üblicherweise in Zusammensetzungen zur Herstellung von Schlichteüberzügen enthalten sind, insbesondere Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Netzmitteln, rheologischen Additiven, Bindemitteln, Stellmitteln und Biozide. Geeignete Netzmittel, rheologische Additive, Bindemittel, Stellmittel und Bio- zide sowie deren Funktion und Wirkung sind dem Fachmann bekannt. Sofern einer dieser Bestandteile (z.B. rheologische Additive) ein Feuerfeststoff in Form von plättchenförmigen Partikeln (D3) wie oben definiert bzw. ein Feuerfeststoff in Form von körnigen Partikeln (D4) wie oben definiert ist, wird er dem Bestandteil (D3) bzw. (D4) wie oben definiert zugerechnet.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kernen für die Verwendung im Druckguss, umfassend die Schritte

(a) Herstellen einer Formstoffmischung durch Vermischen der Komponenten (A), (B) und (C),

(b) Formen der Formstoffmischung

(c) thermisches Härten der geformten Formstoffmischung, wobei ein Grundkörper des herzustellenden Kerns gebildet wird

(d) Aufträgen einer Zusammensetzung (D) oder einer durch Verdünnen einer Zusammensetzung (D) mit Trägerflüssigkeit (D1) gebildeten Beschichtungszusammensetzung auf den Grundkörper und anschließendes Trocknen, so dass auf dem Grundkörper ein Überzug hergestellt wird, wobei ein Kern gebildet wird umfassend den Grundkörper und einen auf dem Grundkörper angeordneten Überzug, der sich mindestens über die gesamte Oberfläche des Kerns erstreckt, die beim Gießvorgang mit einer Metallschmelze in Kontakt kommt. In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die räumlich separat vorliegenden Komponenten (B) und (C) des erfindungsgemäßen Kits gleichzeitig oder nacheinander in den Formgrundstoff (Komponente (A) des erfindungsgemäßen Kits) eingemischt.

In bestimmten Fällen ist es bevorzugt, dass zuerst Komponente (B) des erfindungsgemäßen Kits in den Formgrundstoff (Komponente (A) des erfindungsgemäßen Kits) einge- mischt wird, so dass eine Vormischung umfassend die Komponenten (A) und (B) des erfindungsgemäßen Kits gebildet wird, und in die so erhaltene Vormischung Komponente (C) des erfindungsgemäßen Kits eingemischt wird (d.h. eine wässrige Lösung oder Dispersion enthaltend Wasserglas bzw. Rohstoffe zur Herstellung einer Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas wie oben beschrieben), so dass die Formstoffmischung erhalten wird. In anderen Fällen ist es bevorzugt, dass zuerst Komponente (C) des erfindungsgemäßen Kits eingemischt wird (d.h. eine wässrige Lösung oder Dispersion enthaltend Wasserglas bzw. Rohstoffe zur Herstellung einer Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas) in den Formgrundstoff (Komponente (A) des erfindungsgemäßen Kits) eingemischt wird, so dass eine Vormischung umfassend die Komponenten (A) und (C) des erfindungsgemäßen Kits gebildet wird, und in die so erhaltene Vormischung Komponente (B) des erfindungs- gemäßen Kits eingemischt wird, so dass die Formstoffmischung erhalten wird.

Der Formgrundstoff (Komponente (A) des erfindungsgemäßen Kits wie oben definiert) macht vorzugsweise mehr als 80 Gew.-%, bevorzugt mehr als 90 Gew.- %, besonders bevorzugt mehr als 95 Gew.-%, der Gesamtmasse einer in Schritt (a) hergestellten Formstoffmischung aus. In einer in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Formstoffmischung beträgt die Konzentration des partikulären, amorphen Siliziumdioxids aus Komponente (B) des erfindungsgemäßen Kits vorzugsweise 0,05 % bis 3,0 %, weiter bevorzugt 0,1 % bis 2,0 %, besonders bevorzugt 0,3 % bis 1 ,5 %, bezogen auf die Gesamtmasse des Formgrundstoffs. In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Komponente (C) des erfindungsgemäßen Kits bevorzugt in einer Menge von 0,2 % bis 3 %, besonders bevorzugt 0,3 % bis 2 %, bezogen auf die Gesamtmasse des Formgrundstoffs zugesetzt.

Eine in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Formstoffmischung liegt bevorzugt in einer rieselfähigen Form vor, so dass sie zur Formgebung leicht in ein Form- Werkzeug eingefüllt und dort verdichtet werden kann. Die Verdichtung der Formstoffmischung im Formwerkzeug dient dazu, die Festigkeit aus der Formstoffmischung hergestellter Gießereiformen bzw. Gießereikerne zu erhöhen.

Das Formen der Formstoffmischung in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt üblicherweise in einem Formwerkzeug. Die Formstoffmischung wird bevorzugt mittels Druckluft in das Formwerkzeug eingebracht.

Das thermische Härten in Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 100 °C bis 300 °C, besonders bevorzugt 100 °C bis 250 °C.

Das thermische Härten des Bindemittelsystems erfolgt durch chemische Reaktion von Be- standteilen des Bindemittelsystems miteinander, sodass ein Formkörper (Grundkörper des herzustellenden Kerns) resultiert. Ursächlich für das thermische Härten des Bindemittelsystems ist im Wesentlichen die Kondensation des Wasserglases, d.h. die Verknüpfung der Silikateinheiten des Wasserglases miteinander (der Reaktionsmechanismus wurde in der Fachliteratur umfassend beschreiben). Dazu wird dem Bindemittelsystem durch die thermische Behandlung Wasser entzogen.

Das Erwärmen der geformten Formstoffmischung zum thermischen Härten des Bindemitte Isyste ms kann beispielsweise in einem Formwerkzeug erfolgen, das Temperaturen von über 100 °C, bevorzugt Temperaturen von 100 °C bis 300 °C, besonders bevorzugt Temperaturen von 120 °C bis 250 °C, aufweist. Bevorzugt erfolgt das thermische Härten des Bindemittelsystems in der geformten Formstoffmischung vollständig oder zumindest teilweise in einem üblichen Formwerkzeug zur industriellen Herstellung von Formkörpern.

Dabei kann das thermische Härten des Bindemittelsystems in der geformten Formstoffmischung, in geeigneten Anlagen und/oder unter Einsatz geeigneter Apparaturen (wie Leitungen, Pumpen etc.) erfolgen, in denen das thermische Härten durch gezieltes Begasen der geformten Formstoffmischung mit temperierter Luft unterstützt wird. Die Luft wird dazu vorzugsweise auf 100 °C bis 250 °C, besonders bevorzugt auf 110 °C bis 180 °C temperiert. Luft enthält zwar Kohlenstoffdioxid, dies entspricht im Sinne der vorliegenden Erfindung jedoch nicht einem Aushärten gemäß dem aus dem Stand der Technik bekannten CCWerfahren zum Aushärten von Wasserglas, welches das zielgerichtete Begasen der geformten Formstoffmischung mit einem CC>2-reichen Gas voraussetzt, insbesondere in geeigneten Anlagen und/oder unter Einsatz geeigneter Apparaturen (wie Leitungen, Pumpen etc.). Ein Begasen der geformten Formstoffmischung mit einem Gas, welches CO2 in einer gegenüber seiner Konzentration in Luft erhöhten Konzentration enthält, findet im Rahmen des erfindungsgemäß vorgesehenen thermischen Härtens oder in Kombination damit vorzugsweise nicht statt.

Der Zeitraum für das thermische Härten, also auch der Zeitraum für das Erwärmen und für das gezielte Begasen der geformten Formstoffmischung mit temperierter Luft können nach den Bedürfnissen des Einzelfalls variiert werden und hängen beispielsweise von Größe und geometrischer Beschaffenheit der geformten Formstoffmischung, ab. Strömungsge- schwindigkeit und/oder Volumenstrom der temperierten Luft beim gezielten Begasen der geformten Formstoffmischung, werden vorzugsweise so eingestellt, dass innerhalb eines für eine industrielle Anwendung akzeptablen, vorzugsweise sehr kurzen Zeitraums eine für die weitere Bearbeitung bzw. Anwendung ausreichende Härtung der geformten Formstoff- mischung, erreicht wird (zu Details siehe weiter unten). Ein Zeitraum von weniger als 5 Minuten wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, besonders bevorzugt weniger als 2 Minuten. Bei sehr großen Formkörpern können je nach den Erfordernissen des Einzelfalls jedoch auch längere Zeiträume erforderlich sein. Die geformte Formstoffmischung kann bereits im Formwerkzeug weitgehend ausgehärtet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt aber nicht voraus, dass während der thermischen Behandlung eine vollständige Härtung des Bindemittelsystems erfolgt. „Thermischen Härten“ im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahren wie oben beschrieben umfasst somit auch das nicht vollständige Härten des Bindemittels. Dies entspricht dem fachmännischen Verständnis des Begriffs „Härten“, da aus Gründen der Reaktionskinetik nicht zu erwarten ist, dass das Bindemittelsystem im gesamten Volumen der geformten Formstoffmischung während des relativ kurzen Zeitraums der thermischen Behandlung reagiert. Der Fachmann kennt insoweit beispielsweise das Phänomen des Nachhärten des (zum Beispiel thermisch gehärteten) Bindemittelsystems in einem Formkörper, z.B. einer Gießereiform bzw. einem Gießereikern.

Es ist somit erfindungsgemäß auch möglich, das Bindemittelsystem im Formwerkzeug zunächst nur in einem Randbereich der geformten Formstoffmischung zu härten, so dass eine ausreichende Festigkeit (Grünstandsfestigkeit) erzielt wird, um die geformte Form- Stoffmischung aus dem Formwerkzeug entnehmen zu können. Anschließend kann die geformte Formstoffmischung durch Entziehen weiteren Wassers (beispielsweise in einem Ofen oder durch Verdampfen des Wassers bei vermindertem Druck oder in einem Mikrowellenofen) weiter gehärtet werden.

Das thermische Härten kann auch durch Einwirkung von Mikrowellen oder durch Einwir- kung elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Infrarot-Strahlung, auf die geformte Formstoffmischung bewirkt oder unterstützt werden.

Das thermische Härten kann ebenfalls bewirkt oder unterstützt werden durch Durch leiten von elektrischem Strom durch die geformte Formstoffmischung, vorzugsweise gleichmäßiges und besonders bevorzugt auch gleichförmiges Durchleiten von Strom bzw. durch ein vorzugsweise gleichmäßiges und besonders bevorzugt gleichförmiges Anlegen eines elektromagnetischen Feldes durch bzw. an die geformte Fo rmstoffmisch u ng . Hierdurch wird die Formstoffmischung erwärmt, vorzugsweise gleichmäßig erwärmt, und dadurch besonders gleichmäßig und im Ergebnis qualitativ hochwertig ausgehärtet. Einzelheiten sind in DE 102017217098 B3 und der darin zitierten Literatur offenbart.

In Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Oberfläche des Grundkör- pers eine Zusammensetzung (D) aufgetragen oder eine durch Verdünnen einer Zusammensetzung (D) mit Trägerflüssigkeit (D1) gebildete Beschichtungszusammensetzung. Wenn Komponente (D) des erfindungsgemäßen Kits nicht als gebrauchsfertige Schlichte, sondern als Konzentrat vorliegt (Anteil der T rägerflüssigkeit (D1) 40 % oder kleiner, bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung (D)), wird zunächst durch Verdünnen dieses Konzentrats mit Trägerflüssigkeit (D1) eine Beschichtungszusammensetzung (gebrauchsfertige Schlichte) hergestellt mit einem Anteil an Trägerflüssigkeit (D1) von 40 % bis 75 % bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtungszusammensetzung oder eine Beschichtungszusammensetzung mit einem Anteil der Bestandteile (D3) und (D4) von 25 % bis 60 % bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtungszusammensetzung, und die so gebildete Beschichtungszusammensetzung wird auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgetragen. Zum Verdünnen des Konzentrats wird üblicherweise eine Trägerflüssigkeit (D1) eingesetzt, welcher in der Trägerflüssigkeit (D1) des Konzentrats enthalten ist, üblicherweise Wasser.

In der in Schritt (d) aufgetragenen Beschichtungszusammensetzung liegt der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) im Bereich von 15 % bis 80 %, bevorzugt 30 % bis 60 %, und der Anteil der Feuerfeststoffe (D4) liegt im Bereich von 85 % bis 20 %, bevorzugt im Bereich von 70% bis 40 %, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4).

Beim Aufträgen der Zusammensetzung (D) bzw. der daraus gebildeten Beschichtungszu- sammensetzung hat der Grundkörper vorzuzugsweise eine Temperatur von weniger als 80 °C, bevorzugt im Bereich von 15 °C bis 35 °C. Wenn der Grundkörper nach dem thermischen Härten (Schritt (c)) bis zu einer Temperatur von weniger als 80 °C, bevorzugt im Bereich von 15 °C bis 35 °C, abgekühlt ist, hat das Bindemittel im Grundkörper eine ausreichende Festigkeit erreicht, so dass der wasserglasgebundene Grundkörper ausreichend wasserbeständig ist, wenn er mit der wässrigen Beschichtungszusammensetzung in Kontakt kommt.

Das Aufträgen der Zusammensetzung (D) bzw. der daraus gebildeten Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche des Grundkörpers kann mit jeder geeigneten Technik erfolgen. Vorzugsweise wird die Zusammensetzung so auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgetragen, dass ein Kern resultiert mit einem aus der Zusammensetzung (D) bzw. der daraus hergestellten Beschichtungszusammensetzung gebildeten Überzug, der sich mindestens über die gesamte Oberfläche des Kerns erstreckt, die beim Gießvorgang mit einer Metallschmelze in Kontakt kommt. Bevorzugt erstreckt sich der Überzug über die gesamte Oberfläche des Kerns. Vorzugsweise wird die Zusammensetzung (D) bzw. der daraus gebildeten Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche des Grundkörpers durch ein Verfahren aufgebracht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sprühen, Tauchen, Fluten und Streichen, besonders bevorzugt Tauchen. Die Zusammensetzung (D) bzw. die daraus gebildete Beschichtungszusammensetzung wird bevorzugt so aufgetragen, dass eine Nassschichtdicke im Bereich von 25 pm bis 600 pm, bevorzugt 150 pm bis 350 pm, resultiert.

Nach dem Aufträgen der Zusammensetzung (D) bzw. der daraus gebildeten Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche des Grundkörpers wird durch Trocknen die Trägerflüssigkeit (D1) entfernt und so auf dem Grundkörper ein Überzug ausgebildet. So wird ein Kern gebildet umfassend den Grundkörper und einen auf dem Grundkörper angeordneten Überzug, der sich mindestens über die gesamte Oberfläche des Kerns erstreckt, die beim Gießvorgang mit einer Metallschmelze in Kontakt kommt. Bevorzugt erstreckt sich der Überzug überdie gesamte Oberfläche des Kerns. Das Trocknen derauf die Oberfläche des Grundkörpers aufgetragenen Zusammensetzung (D) bzw. der durch Verdünnen der Zusammensetzung (D) hergestellten Beschichtungszusammensetzung erfolgt bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 80°C bis 220 °C, weiter bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 100 °C bis 140 °C, besonders bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 105 °C bis 120 °C. Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Kern zur Verwendung im Druckguss. Ein erfindungsgemäßer Kern umfasst

(i) einen Grundkörper umfassend

(A) einen Formgrundstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzsand, Chromerzsand, Olivinsand, Aluminium-Silikat-Sanden und deren Mischungen und

(B) partikuläres amorphes Siliciumdioxid gebunden durch Wasserglas und

(ii) einen auf dem Grundkörper angeordneten Überzug, der sich mindestens über die gesamte Oberfläche des Kerns erstreckt, die beim Gießvorgang mit einer Metallschmelze in Kontakt kommt, wobei der Überzug umfasst: (D3) einen oder mehrere Feuerfeststoffe in Form von plättchenförmigen Partikeln

(D4) einen oder mehrere Feuerfeststoffe in Form von körnigen Partikeln wobei der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) im Bereich von 15 % bis 80 %, bevorzugt 30 % bis 60 % liegt, bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4). Zu den Komponenten (A) und des (B) Grundkörpers (i) sowie zu den Bestandteilen (D3) und (D4) des Überzugs (ii) des erfindungsgemäßen Kerns gelten die obigen Ausführungen betreffend die entsprechenden Komponenten und Bestandteile des erfindungsgemäßen Kits mutatis mutandis.

Im Überzug (ii) des erfindungsgemäßen Kerns liegt der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) im Bereich von 15 % bis 80 %, bevorzugt 30 % bis 60 %, und der Anteil der Feuerfeststoffe (D4) liegt im Bereich von 85 % bis 20 %, bevorzugt im Bereich von 70% bis 40 %, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4).

Die Feuerfeststoffe (D3) sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus makrokristallinen Graphiten (wie oben definiert), a-Bornitrid, und Schichtsilikaten. Geeignete Schichtsilikate (D3) sind Tonminerale, die zur Gruppe der Schichtsilikate gehören, sowie Glimmer, Talk, Kaoline, Metakaoline, kalzinierte Kaoline, Pyrophyllite, lllite und Bentonite.

Als Bestandteil (D3) sind Pyrophyllite und Tonmehle (aus Tonmineralen, die zur Gruppe der Schichtsilikate gehören) besonders bevorzugt. Als Bestandteil (D4) sind mikrokristalliner Graphit und Zirconiumsilikat besonders bevorzugt. Die Feuerfeststoffe (D4) in Form von körnigen Partikeln sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mikrokristallinen Graphiten, Ruß, Koks, Zirconiumsilikat, Andalusit, Silimanit, Kyanit, Quarz, Quarzglas, Mullit, Schamotten, Aluminiumoxiden, Bauxit, Wollas- tonit, Titandioxiden, Olivin, Erdalkalimetallphosphate der Zusammensetzung Ms(P0₄)30H, wobei M ein Erdalkalimetall ist, bevorzugt Ca, Siliciumnitrid und Rutil. Besonders bevorzugt sind Zirconiumsilikat und mikrokristalliner Graphit. In einer bevorzugten Variante umfasst Bestandteil (D4) der Komponente (D) des Überzugs des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Kerns weiterhin

(D4a) amorphes partikuläres Siliciumdioxid.

Bevorzugt beträgt der Anteil des amorphen partikulären Siliciumdioxids (D4a) 3 % bis 30 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Feuerfeststoffe (D4).

In einer bevorzugten Variante wird Bestandteil (D3) durch Schichtsilikate gebildet, z.B. Py- rophyllit und/oder Tonmehl, und Bestandteil (D4) wird durch mikrokristallinen Graphit und Zirconiumsilikat (im Massenverhältnis 2:3 bis 3:2) gebildet. Dabei beträgt der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) 40 % bis 60 %, bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4). Bevorzugt enthält Bestandteil (D4) zusätzlich (D4a) amorphes partikuläres Siliciumdioxid.

Durch den Überzug (ii) werden Zwischenräume zwischen den Partikeln des Formgrundstoffs an der Oberfläche des Grundköpers (i) des erfindungsgemäßen Kerns ausgefüllt, und auf dem Grundkörper (i) wird eine Deckschicht ausgebildet, die beim Gießvorgang mit einer Metallschmelze in Kontakt kommt. Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich beim Trocknen der Beschichtungszusammensetzung die plättchenförmigen Partikel des Bestandteils (D3) mit ihrer längsten Dimension parallel zur Kernoberfläche ausrichten, und dadurch auch eine entsprechende Ausrichtung der körnigen Partikel des Bestandteils (D4) bewirken. Bei Abwesenheit plättchenförmiger Partikel (nicht erfindungsgemäß) wird hinge- gen regelmäßig beobachtet, dass körnige Partikel sich völlig regellos, d.h. ohne eine bestimmte Ausrichtung, auf der Oberfläche des Kerns, d.h. des Grundkörpers ablagern. Es wird angenommen, dass durch die Ausrichtung der plättchenförmigen Partikel des Bestandteils (D3) und der körnigen Partikel des Bestandteils (D4) parallel zur Kemoberfläche erreicht wird, dass die Kernoberfläche der Metallschmelze einen sehr geringen Strömungs- widerstand entgegensetzt.

Ohne Bindung an eine bestimmte Theorie wird derzeit angenommen, dass in einem erfindungsgemäßen Kern an der Oberfläche des Grundköpers (i) Zwischenräume zwischen den Partikeln des Formgrundstoffs durch körnige Partikel des Bestandteils (D4) des Überzugs (ii) zumindest teilweise ausgefüllt werden, während die plättchenförmigen Partikel des Bestandteils (D3) des Überzugs (ii) die Hohlräume überdecken und abschließen. Der Überzug (ii) eines erfindungsgemäßen Kerns ist daher nahezu frei von makroskopischen Poren und Hohlräumen. Unter makroskopischen Poren werden mit bloßem Auge klar erkennbare Poren mit einer Größe von 0,05 mm oder größer verstanden. Dadurch, dass die körnigen Partikel Zwischenräume zwischen den Partikeln des Formgrundstoffs an der Oberfläche des Grundköpers auffüllen, wird eine relativ ebene und glatte Oberfläche hergestellt, auf der wiederum sich die plättchenförmigen Partikel ausrichten können. So wird erfindungsgemäß durch das Zusammenwirken der Bestandteile (D3) und (D4) erreicht, dass ein erfindungsgemäßer Kern beim Druckguss einen hohen Penetrationswiderstand gegenüber der Metallschmelze aufweist.

Im Unterschied zu den in WO 2011/151420 A1 beschriebenen Kernen auf Salzbasis enthält ein erfindungsgemäßer Kern Salze, die mit Wasser als Lösungsmittel lösbar sind (wie in WO 2011/151420 A1 beschrieben) in einer Konzentration von weniger als 8 %, bevorzugt weniger als 5 %, besonders bevorzugt weniger als 3 %, weniger als 2 %, weniger als 1 %, bezogen auf die Gesamtmasse des Kerns. Besonders bevorzugt enthält der erfindungsgemäße Kern keine Salze, die mit Wasser als Lösungsmittel lösbar sind (wie in WO 2011/151420 A1 beschrieben). Ein erfindungsgemäßer Kern ist herstellbar durch das erfindungsgemäße Verfahren wie oben beschrieben.

In einer alternativen Variante umfasst ein erfindungsgemäßer Kern (i) einen Grundkörper umfassend

(A) einen Formgrundstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzsand, Chromerzsand, Olivinsand, Aluminium-Silikat-Sanden und deren Mischungen und

(B) partikuläres amorphes Siliciumdioxid gebunden durch Wasserglas und (ii) einen auf dem Grundkörper angeordneten Überzug, der eine Oberfläche des Kerns bildet, die beim Gießvorgang mit einer Metallschmelze in Kontakt kommt, wobei der Überzug umfasst:

(D3) einen oder mehrere Feuerfeststoffe aus der Gruppe bestehend aus einen makrokristallinen Graphiten, a-Bornitrid, und Schichtsilikaten; (D4) einen oder mehrere Feuerfeststoffe aus der Gruppe bestehend aus mikrokristallinen Graphiten, Ruß, Koks, Zirconiumsilikat, Andalusit, Silimanit, Kyanit, Quarz, Quarzglas, Mullit, Schamotten, Aluminiumoxiden, Bauxit, Wollastonit, Titandioxiden, Olivin, Erdalkalimetallphosphate der Zusammensetzung M₅(Rq₄)₃OH, wobei M ein Erdalkalimetall ist, bevorzugt Ca, Siliciumnitrid und

Rutil; wobei der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) im Bereich von 15 % bis 80 %, bevorzugt 30 bis 60 % liegt, bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4). Die Feuerfeststoffe (D3) sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus makrokristallinen Graphiten (wie oben definiert), a-Bornitrid, und Schichtsilikaten. Geeignete Schichtsilikate (D3) sind Tonminerale, die zur Gruppe der Schichtsilikate gehören, Glimmer, Talk, Kaoline, Metakaoline, kalzinierte Kaoline, Pyrophyllite, lllite und Bentonite.

Der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) liegt im Bereich von 15 % bis 80 %, bevorzugt 30 % bis 60 %, und der Anteil der Feuerfeststoffe (D4) liegt im Bereich von 85 % bis 20 %, bevorzugt im Bereich von 70% bis 40 %, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4).

Zu den Komponenten (A) des (B) Grundkörpers (i) des erfindungsgemäßen Kerns gelten die obigen Ausführungen betreffend die entsprechenden Komponenten und Bestandteile des erfindungsgemäßen Kits mutatis mutandis.

In einer bevorzugten Variante umfasst Bestandteil (D4) der Komponente (D) des Überzugs der oben beschriebenen alternativen Variante des erfindungsgemäßen Kerns weiterhin

(D4a) amorphes partikuläres Siliciumdioxid.

Bevorzugt beträgt der Anteil des amorphen partikulären Siliciumdioxids (D4a) 3 % bis 30 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Feuerfeststoffe (D4).

In einer bevorzugten Variante wird Bestandteil (D3) durch Schichtsilikate gebildet, z.B. Py- rophyllit und/oder Tonmehl, und Bestandteil (D4) wird durch mikrokristallinen Graphit und Zirconiumsilikat (im Massenverhältnis 2:3 bis 3:2) gebildet. Dabei beträgt der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) bevorzugt 40 % bis 60 %, bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4). Bevorzugt enthält Bestandteil (D4) zusätzlich (D4a) amorphes partikuläres Siliciumdioxid.

Ein erfindungsgemäßer Kern ist herstellbar durch das erfindungsgemäße Verfahren wie oben beschrieben.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kerns entsprechend dem oben beschriebenen dritten Aspekt der Erfindung bzw. eines nach einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend dem oben beschriebenen zweiten Aspekt der Erfindung hergestellten Kerns im Druckguss. Ein Verfahren zur Verwendung eines Kerns im Druckguss, insbesondere im Druckguss von Leichtmetallen, umfasst die Schritte

Herstellen eines Kerns nach einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend dem oben beschriebenen zweiten Aspekt der Erfindung, oder Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Kerns entsprechend dem oben beschriebenen dritten Aspekt der Erfindung bzw. eines nach einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend dem oben beschriebenen zweiten Aspekt der Erfindung hergestellten Kerns,

Einsetzen des Kerns in eine Gussform,

Herstellen eines Gussteils durch Gießen einer Metallschmelze unter Beaufschlagung eines Drucks bis zu 200 MPa, vorzugsweise 10 MPa bis 200 MPa in die Guss- form und Erstarren lassen der Metallschmelze,

Entfernen des Kerns aus dem Gussteil.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass beim Einsatz erfindungsgemäßer Kerne im Druckguss trotz des hohen Drucks der Metallschmelze eine Penetration der Kernoberfläche durch die Metallschmelze weitgehend verhindert wird. Dies wird durch den Schlichte- Überzug des erfindungsgemäßen Kerns erreicht. Außerdem erwiesen sich die Kerne als stabil unter der beim Druckguss sehr schnell ansteigender Druckbelastung.

Erfindungsgemäße Kerne entsprechend dem oben beschriebenen dritten Aspekt der Erfindung bzw. nach einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend dem oben beschriebenen zweiten Aspekt der Erfindung hergestellte Kerne sind besonders geeignet für die Verwendung im Druckguss von Leichtmetallen, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und Aluminiumlegierungen. Nach Abkühlen und Erstarren des Gussteils, z.B. durch Abschrecken des Gussteils im Wasserbad kann der Kern durch übliche Techniken aus dem Gussteil entfernt werden, z.B. durch langsames Lösen des Binders in Wasser, oder durch hydrostatischen Druck (z.B. mittels Wasserstrahlen), oder mittels Vibration, akustischer Entkernung, oder Stromimpulsentkernung. Bei Verwendung erfindungsgemäßer Kerne entsprechend dem oben beschriebenen dritten Aspekt der Erfindung bzw. nach einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend dem oben beschriebenen zweiten Aspekt der Erfindung hergestellter Kerne wird der Druckguss bevorzugt mit folgenden Maschinenparametern ausgeführt

Kolbengeschwindigkeit im Bereich von 1 ,00 m/s bis 10,00 m/s, bevorzugt 1 ,00 m/s bis 5,00 m s, besonders bevorzugt 2,00 m/s bis 2,10 m/s;

Anschnittgeschwindigkeit im Bereich von 5,0 m/s bis 50,0 m/s, bevorzugt 5,0 m s bis 40,0 m/s, weiter bevorzugt 10 m/s bis 20 m/s, besonders bevorzugt 13 m/s bis 19 m/s;

Nachdruck im Bereich von 15 MPa bis 100 MPa, bevorzugt 35 MPa bis 80 MPa, besonders bevorzugt 60 MPa bis 70 MPa.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer Zusammensetzung (D) wie oben im Kontext des ersten Aspekts der Erfindung beschrieben zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kerns entsprechend dem oben beschriebenen dritten Aspekt der Erfindung bzw. in einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend dem oben beschriebenen zweiten Aspekt der Erfindung.

Hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Zusammensetzung (D), des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Kerns gelten die obenstehenden Ausführungen. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen weiter erläutert. Ausführunqsbeispiele

1 . Herstellung von Kernen

Es wurden die Komponenten (A)-(D) eines erfindungsgemäßen Kits zur Herstellung von Kernen für die Verwendung im Druckguss bereitgestellt. Die Zusammensetzung der Kom- ponenten (A)-(D) wird unten beschrieben. Für die Herstellung von Vergleichskernen wurden dieselben Komponenten (A)-(C) bereitgestellt sowie eine nicht erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung, deren Zusammensetzung unten angegeben ist.

Schritt (a): Herstellen einer Formstoffmischunq

Es wurde eine Formstoffmischung hergestellt durch Vermischen von (A) Quarzsand H32 als Formgrundstoff mit

(B) partikulärem amorphen Siliciumdioxid (0,3 % bis 1 ,5 %, bezogen auf die Gesamtmasse des Formgrundstoffs (A) und

(C) einer Lösung von Wasserglas (Alkalimetallsilikat) enthaltend Lithium, Natrium- und Kaliumionen (0,3 % bis 3 % Lösung (C), bezogen auf die Gesamtmasse des Formgrundstoffs)

Schritte (b) und (c): Herstellen der Grundkörper für Kerne

Aus dieser Formstoffmischung wurden durch in üblicher Art und Weise durch

(b) Formen der Formstoffmischung mittels einer Kernschießmaschine und

(c) thermisches Aushärten der geformten Formstoffmischung im auf eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 250 °C beheizten Kern kästen unterstützt durch Begasen mit auf eine Temperatur im Bereich von 100 °C bis 250 °C temperierter Luft die Grundkörper für die herzustellenden Kerne gebildet. Schritt d) Aufträgen der Beschichtunqszusammensetzunq

Auf die bis auf eine Temperatur von weniger als 80 °C, bevorzugt 15 °C bis 35 °C abgekühlten Grundkörper wurde eine Beschichtungszusammensetzung aufgetragen.

Zur Herstellung erfindungsgemäßer Kerne wurden Beschichtungszusammensetzungen (Schlichte) verwendet, die durch Verdünnen der Konzentrate (D) (siehe Tabellen 1 und 2 unten) mit Wasser als Trägerflüssigkeit (D1) gebildet wurde. Die Beschichtungszusammensetzung wurde jeweils durch Tauchen der Grundkörper in ein Bad mit der jeweiligen Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgetragen. Zur Herstellung von Vergleichskernen wurde eine Beschichtungszusammensetzung verwen- det, die durch Verdünnen des Konzentrats (V) (siehe Tabelle 1 unten) mit Isopropanol als Trägerflüssigkeit gebildet wurde. Die nicht-erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung entspricht üblichen kommerziell erhältlichen Schlichtezusammensetzungen. Im Stand der Technik werden für wasserglasgebundene Kerne üblicherweise Schlichten verwendet, deren Trägerflüssigkeit als Hauptbestandteil Alkohole enthält, und kein oder nur wenig Wasser, da Wasser das Alkalisilkatgerüst wasserglasgebundener Kerne angreift.

Die Viskositäten der erfindungsgemäßen und der nicht-erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung sind nahezu identisch. Unter „sonstige Bestandteile“ (siehe Tabelle 1) sind im Stand der Technik übliche Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Netzmitteln, rheologische Additiven, Bindemittel, Stellmitteln und Bioziden zu verstehen. Anschließend wurden die so erhaltenen erfindungsgemäßen Kerne einer Temperatur im Bereich von 80°C bis 220 °C und die Vergleichskerne einer Temperatur im Bereich von 15 °C bis 30°C ausgesetzt, so dass die Trägerflüssigkeit verdunstet bzw. verdampft und auf dem Grundkörper ein Überzug aus den nicht flüchtigen Bestandteilen der jeweiligen Beschichtungszusammensetzung gebildet wird.

Tabelle 1 : Zusammensetzung der Beschichtungszusammensetzungen Tabelle 2: Zusammensetzung weiterer Beschichtungszusammensetzungen fürdie Herstellung erfindungsgemäßer Kerne 2. Lichtmikroskopische Untersuchung

Aus einem erfindungsgemäßen Kern (Herstellung und Zusammensetzung wie in Punkt 1 beschreiben, Beschichtungszusammensetzung wie in Tabelle 1 oben angegeben) und aus einem nicht erfindungsgemäßen Kern (Herstellung und Zusammensetzung wie in Punkt 1 beschreiben, Beschichtungszusammensetzung wie in Tabelle 1 oben angegeben) wurden Stücke herausgesägt und mittels eines Zweikomponenten-Epoxidharzes unter Vakuum eingebettet. Anschließend erfolgte die Präparation mittels einer Schleif- und Poliermaschine Tegramin 20 von Struers. Hierbei werden die Proben zuerst mittels Diamantscheiben geschliffen und darauffolgend mit Diamantsuspensionen bis zur Endstufe poliert, wo- raus ein sogenannter Anschliff entsteht. Danach wurden die hergestellten Anschliffe mittels eines Lichtmikroskops Zeiss Axioscope 5 mit Mikroskopie-Kamera Axiocam 305 color (D) mikroskopisch untersucht.

Beim Vergleich der getrockneten Kerne (erfindungsgemäß vs. nicht erfindungsgemäß) war ein deutlicher Unterschied der Oberflächenbeschaffenheit zu erkennen. Bei nicht erfin- dungsgemäßen Kernen ist die Schlichte sehr tief in den Grundkörper penetriert und wirkt kaum oberflächenversiegelnd, so dass der Formgrundstoff (A) durch den Überzug hindurch leicht mit bloßem Auge erkennbar ist. Erfindungsgemäße Kerne hingegen zeichnen sich durch eine glatte Oberflächenversiegelung aus, d.h. eine zusammenhängende Deckschicht, die nahezu frei von makroskopischen Poren ist, hat sich über den Grundkörper gelegt, so dass sich nicht erkennen lässt, welcher Formgrundstoff (A) sich unter dem Überzug befindet.

Figur 1 zeigt ein Schliffbild des nicht-erfindungsgemäßen Kerns, Figur 2 zeigt ein Schliffbild des erfindungsgemäßen Kerns. Der Schliff erstreckt sich jeweils durch einen oberflächennahen Bereich des Grundkörpers und den auf dessen Oberfläche angeordneten Überzug. Im Grundkörper sind die relativ großen Partikel des Formgrundstoffs (Quarzsand H32, siehe oben) deutlich erkennbar (in Figur 1 am unteren Bildrand, in Figur 2 am oberen Bildrand). An den Oberflächen der äußeren Partikel des Grundkörpers schließt sich der Überzug an.

Figur 1 zeigt, dass die körnigen Partikel der nicht erfindungsgemäßen Beschichtungszu- sammensetzung sich völlig regellos, d.h. ohne eine bestimmte Ausrichtung, auf der Oberfläche des Kerns ablagern. Die körnigen Partikel dringen zwar in Poren zwischen den Partikeln des Formgrundstoffs ein, diese werden jedoch nicht abgedeckt und versiegelt. Daher ist die durch den Überzug gebildete Oberfläche nicht eben und glatt, sondern bildet zumindest teilweise die Konturen der Oberfläche des Grundkörpers nach, d.h. der Überzug weist Unebenheiten und Vertiefungen auf, welche in gewissem Maße die Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Grundkörpers widerspiegeln. Figur 2 zeigt, dass die plättchenförmigen Partikel der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung sich mit ihrer längsten Dimension parallel zur Kernoberfläche ausrich- ten, und dadurch die durch die körnigen Partikel aufgefüllten Unebenheiten und Vertiefungen an der Oberfläche des Grundkörpers überbrücken und abdecken, so dass die Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Grundkörpers kaum die Oberfläche des Überzugs be- einflussen. Daher weist der Überzug eine relativ ebene und glatte Oberfläche auf.

3. Abqussversuche

Abgussversuche mit Aluminium wurden auf einer Kaltkammerdruckgussmaschine durchgeführt. Dabei konnten mit erfindungsgemäßen Kernen erfolgreich Gussteile mit einer Anschnittgeschwindigkeit von 15 m/s bis 20 m/s hergestellt werden, ohne dass es zu Penet- rationsfehlern (Eindringen der Schmelze in den Kern) oder Kernbruch kam. Beim Abguss mit nicht erfindungsgemäßen Kernen unter gleichen Bedingungen wurden hingegen stets Penetrationsfehler festgestellt. Nach dem Abguss werden die Gussteile in einem Wasserbad abgeschreckt. Der Kern kann z.B. durch langsames Lösen des Alkalisilikat-Binders in Wasser aus dem Gussteil gelöst werden oder mittels Wasserstrahlen entfernt werden.

Claims

Ansprüche

1 . Kit zur Herstellung von Kernen für die Verwendung im Druckguss enthaltend als separate Komponenten

(A) einen Formgrundstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzsand, Chromerzsand, Olivinsand, Aluminium-Silikat-Sanden und deren Mischungen;

(B) partikuläres amorphes Siliciumdioxid oder eine Additivmischung enthaltend partikuläres amorphes Siliciumdioxid;

(C) eine Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas oder einen Kit enthaltend Rohstoffe zur Herstellung einer Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas;

(D) eine Zusammensetzung zur Herstellung eines Überzugs, wobei diese Zusammensetzung umfasst

(D1) eine Trägerflüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser und Mischungen von Wasser mit einem oder mehreren Alkoholen;

(D2) einen Bestandteil aus der Gruppe bestehend aus

(D2a) gelöst in der Trägerflüssigkeit eine oder mehrere Säuren, wobei die durch die Trägerflüssigkeit mit den darin gelösten Säuren gebildete wässrige Phase einen pH-Wert von 5 oder weniger hat

(D2b) eine oder mehrere organische Verbindungen der Formel (I) wobei R1 und R2 jeweils monovalente Gruppen sind, die unabhängig voneinander jeweils 1 bis 26 Kohlenstoffatome enthalten, wobei die Gruppe R1 über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Kohlenstoffatom oder über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Sauerstoffatom angebunden ist, und wobei die Gruppe R2 über ein in der Gruppe R2 enthaltenes Kohlenstoffatom angebunden ist, oder so miteinander unter Ausbildung einer Ringstruktur verknüpft sind, dass die Ringstruktur insgesamt 4 bis 7 Ringatome umfasst und die Gruppen R1 und R2 insgesamt 2 bis 26 Kohlenstoffatome umfassen, wobei die Gruppe R1 über ein in der Gruppe enthaltenes Kohlenstoffatom oder über ein in der Gruppe R1 enthaltenes Sauerstoffatom angebunden ist und wobei R2 über ein in der Gruppe enthaltenes Kohlenstoffatom angebunden ist;

(D3) einen oder mehrere Feuerfeststoffe in Form von plättchenförmigen Partikeln (D4) einen oder mehrere Feuerfeststoffe in Form von körnigen Partikeln wobei der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) im Bereich von 15 % bis 80 liegt, bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen (D4) in Komponente (D).

2. Kit nach Anspruch 1 , wobei in Komponente (D) die Bestandteile (D1), (D2a) bzw. (D2b), (D3) und (D4) jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente (D) in folgender Konzentration vorliegen

(D1) 20 bis 75 %

(D2a) 0,1 bis 10 % bzw. (D2b) 0,1 bis 10 %

(D3) 10 bis 58 % (D4) 14 bis 64 %.

3. Kit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Komponente (D)

(D2a) die Säuren bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus organischen Säuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, bevorzugt bei 25 °C und 101 ,3 kPa feste Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, besonders bevorzugt Citronensäure und Oxalsäure, und anorganischen Säuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure und sauren Phosphaten, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure; (D2b) die organischen Verbindungen der Formel (I) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Estern, Lactonen und Säureanhydriden und vorzugsweise wasserlöslich sind, bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Methylformiat, Ethylformiat, Propylencarbonat g-Butyrolacton, Diacetin, Tri- acetin, dibasischer Ester, Essigsäureanhydrid, Methylcarbonat und e-Capro- lacton; und/oder

(D3) die Feuerfeststoffe in Form von plättchenförmigen Partikeln ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus makrokristallinen Graphiten, a-Bornitrid, und Schichtsilikaten; und/oder

(D4) die Feuerfeststoffe in Form von körnigen Partikeln ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus mikrokristallinen Graphiten, Ruß, Koks, Zirconiumsili- kat, Andalusit, Silimanit, Kyanit, Quarz, Quarzglas, Mullit, Schamotten, Alumi- niumoxiden, Bauxit, Wollastonit, Titandioxiden, Olivin, Erdalkalimetallphosphate der Zusammensetzung MdίRO OH, wobei M ein Erdalkalimetall ist, Siliciumnitrid und Rutil.

4. Kit nach Anspruch 3, wobei in Komponente (D) die Feuerfeststoffe (D4) weiter umfassen: (D4a) amorphes partikuläres Siliciumdioxid wobei der Anteil amorphes partikuläres Siliciumdioxid bevorzugt 3 bis 30 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Feuerfeststoffe (D4).

5. Kit nach Anspruch 1 oder 4, wobei das amorphe partikuläre Siliciumdioxid in Komponente (B) - und in Bestandteil (D4) der Komponente (D) unabhängig voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid, welches als Nebenbestandteil zumindest Kohlenstoff aufweist, wobei der Anteil an Siliciumdioxid 90 % oder mehr beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des teilchenförmigen synthetischen amorphen Siliciumdioxids und der Nebenbestandteile, vorzugsweise herstellbar durch Reduktion von Quarz im Lichtbogenofen; teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid, welches als Nebenbestandteil Oxide des Zirconiums aufweist, vorzugsweise herstellbar durch thermische Zersetzung von ZrSiC ; teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid herstellbar durch Oxidation von metallischem Silicium mittels eines sauerstoffhaltigen Gases; teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid herstellbar durch Quenchen einer Siliciumdioxid-Schmelze; pyrogene Kieselsäure, vorzugsweise herstellbar durch Pyrolyse von Siliciumtetrachlorid; und Mischungen davon.

6. Kit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Komponente (B) eine pulverförmige Additivmischung ist enthaltend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, wobei die Gesamtkonzentration an partikulärem amorphen Siliciumdioxid bevorzugt 25 % bis 99,5 %, besonders be- vorzugt 40 % bis 95 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der pulverförmigen Additivmischung (B) und eine oder mehrere oxidische Bor-Verbindungen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Boraten, Borsäuren, Borsäureanhydriden, Bo- rosilikaten, Borophosphaten und Borophosphosilikaten, wobei die Gesamtkonzentration an oxidischen Borverbindungen bevorzugt 0,5 % bis 8 %, besonders bevorzugt 2 % bis 5 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der pulverförmigen Additivmischung (B).

7. Kit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Komponente (C) eine oder mehrere oxidische Bor-Verbindungen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Boraten, Borsäuren, und Borsäureanhydriden, wobei die Gesamtkonzentration an oxidischen Borverbindungen berechnet als B2O3 0,4 % bis 1 ,0 % besonders bevorzugt 0,5 % bis 0,8 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente (C).

8. Kit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Komponente (C) eine Lösung oder Dispersion ist umfassend lithiumhaltiges Wasserglas, wobei die Gesamtkonzentration an Lithium berechnet als Lb_>0 bevorzugt 0,4 % bis 1 ,0 % besonders bevorzugt 0,4 % bis 0,7 % beträgt, bezogen auf die Gesamt- masse der Komponente (C) oder ein Kit enthaltend Rohstoffe zur Herstellung einer Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas ist.

9. Verfahren zur Herstellung von Kernen für die Verwendung im Druckguss, umfassend die Schritte

(a) Herstellen einer Formstoffmischung durch Vermischen der Komponenten (A), (B) und (C),

(b) Formen der Formstoffmischung

(c) thermisches Härten der geformten Formstoffmischung, wobei ein Grundkörper des herzustellenden Kerns gebildet wird

(d) Aufträgen einer Zusammensetzung (D) oder einer durch Verdünnen einer Zusammensetzung (D) mit Trägerflüssigkeit (D1) gebildeten Beschichtungszusammensetzung auf den Grundkörper und anschließendes Trocknen, so dass auf dem Grundkörper ein Überzug hergestellt wird, wobei ein Kern gebildet wird umfassend den Grundkörper und einen auf dem Grundkörper angeordneten Überzug, der sich mindestens über die gesamte Oberfläche des Kerns erstreckt, die beim Gießvorgang mit einer Metallschmelze in Kontakt kommt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in Schritt (c) das thermische Härten bei Temperaturen im Bereich von 100 °C bis 300 °C, besonders bevorzugt 100 °C bis 250 °C erfolgt.

11 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei in Schritt (d) der Grundkörper beim Aufträgen der Zusammensetzung (D) bzw. der Beschichtungszusammensetzung eine Temperatur von weniger als 80 °C hat, bevorzugt im Bereich von 15 °C bis 35 °C; und/oder die Zusammensetzung (D) bzw. die Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgetragen wird durch ein Verfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sprühen, Tauchen, Fluten und Streichen, vorzugsweise Tauchen; und/oder das Trocknen bei Temperaturen im Bereich von 80°C bis 220 °C bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 100 °C bis 140 °C, besonders bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 105 °C bis 120 °C erfolgt.

12. Kern umfassend

(i) einen Grundkörper umfassend

(A) einen Formgrundstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarzsand, Chromerzsand, Olivinsand, Aluminium-Silikat-Sanden und deren Mischungen und

(B) partikuläres amorphes Siliciumdioxid gebunden durch Wasserglas

(ii) und einen auf dem Grundkörper angeordneten Überzug, der sich mindestens über die gesamte Oberfläche des Kerns erstreckt, die beim Gießvorgang mit einer Metallschmelze in Kontakt kommt, wobei der Überzug umfasst:

(D3) einen oder mehrere Feuerfeststoffe in Form von plättchenförmigen Partikeln

(D4) einen oder mehrere Feuerfeststoffe in Form von körnigen Partikeln wobei der Anteil der Feuerfeststoffe (D3) im Bereich von 15 % bis 80 liegt, bezogen auf die Gesamtmasse an Feuerfeststoffen (D3) und Feuerfeststoffen

(D4).

13. Verwendung von Kernen nach Anspruch 12 oder hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 im Druckguss, insbesondere im Druckguss von Leichtmetallen, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und Aluminiumlegierungen.

14. Verwendung einer Zusammensetzung (D) wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert zur Herstellung eines Kerns wie in Anspruch 12 definiert in einem Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 11 definiert.

15. Verfahren zur Verwendung eines Kerns im Druckguss, insbesondere im Druckguss von Leichtmetallen, umfassend

Herstellen eines Kerns nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 oder Bereitstellen eines Kerns gemäß Anspruch 12 oder eines nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 hergestellten Kerns,

Einsetzen des Kerns in eine Gussform, - Herstellen eines Gussteils durch Gießen einer Metallschmelze unter Beaufschlagung eines Drucks bis zu 200 MPa in die Gussform und Erstarren lassen der Metallschmelze,

Entfernen des Kerns aus dem Gussteil.