DE3707884A1 - Giessduese und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Giessduese und verfahren zu ihrer herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Gießdüse und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Es wurde bei einem Verfahren zur Herstellung einer Gießdüse, wie einer Düse für das kontinuierliche Gießen, vorgeschlagen, elektrisch geschmolzene Zuschläge zu verwenden, vgl. beispielsweise die japanische Offenlegungsschriften Nr. 56-1 65 549 und 58-1 25 660.
Herkömmliche elektrisch geschmolzene Zuschläge zur Verwendung bei der Herstellung einer Gießdüse sind elektrisch geschmolzene Zuschläge aus Zirkon-Mullit (ZrM) oder elektrisch geschmolzene Zuschläge aus Zirkon-Aluminiumoxid, welche für die Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit geeignet sind. Diese herkömmlichen Zuschläge sind jedoch nicht wirksam, um andere physikalische Eigenschaften einer Gießdüse zu verbessern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießdüse zu schaffen, bei der die Temperaturwechselbeständigkeit und andere physikalische Eigenschaften verbessert sind, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Gemäß der Erfindung wird ein Gießdüsen-Hauptmaterial in einer Menge von 10-95 Gew.-% mit elektrisch geschmolzenen Zuschlägen in einer Menge von 5-30 Gew.-% vermischt, wobei die elektrisch geschmolzenen Zuschläge im wesentlichen aus 30-60 Gew.-% ZrO2, 20-50 Gew.-% Al2O3, 10-20 Gew.-% SiO2 und 5-40 Gew.-% SiC bestehen. Ein Bindemittel, wie ein Phenolharz, wird unter Bildung der Mischung mit eingemischt. Die Mischung wird dann zu der Gestalt einer Gießdüse geformt und dann gesintert.
Das Gießdüsen-Hauptmaterial ist vorzugsweise Aluminiumoxid- Kohlenstoff. Auch geschmolzenes Siliciumdioxid, metallisches Silicium und andere Materialien können zugefügt werden. Die Ausgangsmaterialien werden in der Regel in Pulver- oder Kornform eingesetzt.
Die elektrisch geschmolzenen Zuschläge bestehen hauptsächlich aus Zirkon-Mullit und zugegebenem Siliciumcarbid, wodurch mindestens die Temperaturwechselbeständigkeit und die thermische Leitfähigkeit einer Gießdüse deutlich verbessert werden können.
Von der mineralischen Zusammensetzung her gesehen, sind die elektrisch geschmolzenen Zuschläge vorzugsweise zusammengesetzt aus Baddeleyit, Mullit und Siliciumcarbid und zum Teil Korund.
Wenn weniger als 30 Gew.-% Zirkon vorliegen, ist die Korrosionsbeständigkeit nicht ausreichend. Wenn mehr als 60 Gew.-% Zirkon vorliegen, ist die Temperaturwechselbeständigkeit vermindert. Ein Verhältnis von Aluminiumoxid zu Siliciumdioxid wird so bestimmt, daß in richtiger Weise Mulit entsteht. Siliciumcarbid wird im Bereich von 5- 40 Gew.-% gehalten, so daß die gewünschte Korrosionsbeständigkeit erhalten wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
Zur Bildung von speziellen elektrisch geschmolzenen Zuschlägen, die als Ausgangsmaterialien verwendet werden, werden 35 Gew.-% ZrO2, 45 Gew.-% Al2O3, 15 Gew.-% SiO2 und 5 Gew.-% SiC miteinander vermischt und dann elektrisch geschmolzen, um die groben elektrisch geschmolzenen Aggregate bzw. Zuschläge herzustellen.
In einem ersten Beispiel werden 10 Gew.-Teile grobe elektrisch geschmolzene Zuschläge mit 35 Gew.-Teilen grobem gesintertem Aluminiumoxidpulver, 35 Gew.-Teilen feinem Kohlenstoffpulver, 15 Gew.-Teilen feinem geschmolzenem Siliciumdioxidpulver, 5 Gew.-Teilen feinem metallischem Siliciumpulver und 10 Gew.-Teilen Phenolharz zur Herstellung der Mischung miteinander vermischt. Die Mischung wird zur Herstellung einer kontinuierlichen Gießdüse geformt und dann gesintert.
In einem zweiten Beispiel werden 20 Gew.-Teile grobe elektrisch geschmolzene Zuschläge mit 25 Gew.-Teilen gesintertem Aluminiumoxidpulver, 35 Gew.-Teilen feinem Kohlenstoffpulver, 15 Gew.-Teilen feinem geschmolzenem Siliciumdioxidpulver, 5 Gew.-Teilen feinem metallischem Silicium und 10 Gew.-Teilen Phenolharz zur Herstellung der Mischung miteinander vermischt. Die Mischung wird zur Herstellung einer kontinuierlichen Gießdüse geformt und dann gesintert.
In einem Vergleichsbeispiel, wie es beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 56-1 65 549 beschrieben ist, sind herkömmliche elektrisch geschmolzene Zuschläge aus 40 Gew.-Teilen ZrO2, 45 Gew.-Teilen Al2O3 und 15 Gew.-Teilen SiO2 zusammengesetzt. 20 Gew.-Teile der herkömmlichen elektrisch geschmolzenen Zuschläge werden mit 25 Gew.-Teilen grobem gesintertem Aluminiumoxidpulver, 35 Gew.-Teilen feinem Kohlenstoffpulver, 15 Gew.-Teilen feinem geschmolzenem Siliciumdioxidpulver, 5 Gew.-Teilen feinem metallischem Siliciumpulver und 10 Gew.-Teilen Phenolharz gemischt, um so eine Mischung zu erhalten. Die Mischung wird dann zur Herstellung einer kontinuierlichen Gießdüse geformt und gesintert.
Es bedeuten grobes Pulver bzw. Zuschläge (Aggregate) Pulver mit einer Teilchengröße von 8-14 mesh, wogegen feines Pulver Pulver mit 200 mesh oder kleiner bedeuten.
Temperaturwechseltests nach einer AE-Methode (Luftbelademethode, air entraining method) wurden in Bezug auf das erste und zweite Beispiel und das Vergleichsbeispiel durchgeführt. Wenn jedes Prüfstück schnell auf 1400°C für eine Minute aufgeheizt wurde, wurde jede AE-Zählnummer gezählt. Im ersten Beispiel ist die AE-Zählnummer 2850, so daß die Temperaturwechselbeständigkeit hervorragend ist. Im zweiten Beispiel ist die AE-Zählnummer 1680, so daß die Temperaturwechselbeständigkeit hervorragend ist. Im Vergleichsbeispiel ist die AE-Zählnummer 3550, so daß die Temperaturwechselbeständigkeit schlecht ist.
Erfindungsgemäß ist der thermische Expansionskoeffizient der speziellen elektrisch geschmolzenen Aggregate ca. 0,55% bei 1000°C, was niedrig ist, wie bei elektrisch geschmolzenen Aggregaten aus Zirkon-Mullit (ZRM). Die thermische Leitfähigkeit der speziellen elektrisch geschmolzenen Aggregate ist 0,60-0,78 kcal/mh°C, was höher ist als die von ZRM.
Somit können Abblättern oder Springen einer Gießdüse wirksam vermieden werden, so daß ihre Lebensdauer sehr lang werden kann.
Vergleichsweise dazu beträgt die thermische Leitfähigkeit von ZRM 0,55 kcal/mh°C bei 1000°C.
Wenn Siliciumcarbid als getrennter Zuschlag mit den elektrisch geschmolzenen Zuschlägen aus drei Bestandteilen vermischt wird, ist der Sinterungsgrad schlecht, so daß herausragende Festigkeiten nicht erhalten werden können. Gemäß der Erfindung ist das Siliciumcarbid mit den anderen Bestandteilen des Zuschlages verschmolzen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer Gießdüse durch Mischen eines Gießdüsen-Hauptmaterials in einer Menge von ca. 70 bis 95 Gew.-% und elektrisch geschmolzener Aggregate in einer Menge von ca. 5 bis 30 Gew.-%, wobei die elektrisch geschmolzenen Aggregate im wesentlichen aus ca. 30 bis 60 Gew.-% ZrO2, ca. 20 bis 50 Gew.-% Al2O3, ca. 10 bis 20 Gew.-% SiO2 und ca. 5 bis 40 Gew.-% SiC bestehen, zusammen mit einem Bindemittel zum Herstellen einer Mischung, Formen der Mischung unter Bildung eines Formkörpers in der Gestalt einer Gießdüse und Sintern des Formkörpers.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießdüsen-Hauptmaterial Aluminiumoxid-Kohlenstoff ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießdüsen-Hauptmaterial eine Mischung aus grobem gesinterten Aluminiumoxidpulver, feinem Kohlenstoffpulver, feinem geschmolzenem Siliciumdioxid und feinem metallischem Silicium ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch geschmolzenen Aggregate einen durchschnittlichen Durchmesser von ca. 8 bis 14 mesh besitzen.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Aluminiumoxidpulver einen durchschnittlichen Durchmesser von ca. 8 bis 14 mesh besitzt und das Kohlenstoffpulver, das verwendete Siliciumdioxid und das metallische Silicium einen durchschnittlichen Durchmesser von 200 mesh oder weniger besitzen.
6. Gießdüse, erhältlich nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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