Mikrostruktur und Eigenschaften keramischer Formmassen ... - OPUS

4 Motivation und Zielsetzung
Des Weiteren wird in Zusammenarbeit mit dem Werkstoffzentrum Rheinbach
GmbH ein zementarmer Spinellbeton entwickelt und im Rahmen dieser Arbeit das
Potenzial dieses Werkstoffs als alternatives Tiegelmaterial vorgestellt.
Die ursprüngliche Motivation dieses Teils der Arbeit bestand in der Entwicklung
eines neuen SiO2-freien und damit chemisch-physikalisch inerten Systems für
Formschalen. Jedoch stellten die komplexen Bauteilgeometrieen Anforderungen
an den Schalenaufbau, die mit einem schnellabbindenden Beton nicht zu erfüllen
waren.
Zur selben Zeit konnten SiO2-gebundene MgO- oder Al2O3-Tiegel, die in
Versuchsanlagen bei WTM zum Aufschmelzen der Legierungen an Luft dienen,
nur einen Gießzyklus lang verwendet werden. Der Grund des katastrophalen
Bruchs dieser, auch industriell genutzten Tiegel, ist die zu geringe Thermowechselbeständigkeit
bei Gießtemperaturen bis 1600 °C. Auch beim Vakuumfeinguss
bis 1530 °C waren die Tiegel nach 1-3 Gießzyklen so beschädigt, dass sie ausgewechselt
werden mussten. Als immer problematischer wurde beim Mehrfacheinsatz
die SiO2-Bindephase der Tiegel angesehen, die in neuesten Untersuchungen
/GRO00/ zu Reaktionen mit der Legierung und letzlich zum Ausschuss
des gegossenen Bauteils führen.
Die Lebensdauer der im Feinguss eingesetzten Tiegel, deren Austausch
erheblichen zeitlichen und somit finanziellen Aufwand bedarf, ist von großer
wirtschaftlicher Bedeutung. Ein Tiegel aus SiO2-freiem zementgebundenem
Spinellbeton versprach den beim Abguss von Turbinenschaufeln benötigten
Gießparametern standhalten zu können. Ziel ist es, die problemlose Wiederverwendbarkeit
bei hohen Aufheiz- und Abkühlraten bis zu einer Temperatur von
1600 °C und schnellen Schüttgeschwindigkeiten der Legierungen zu ermöglichen.
Neben der thermomechanischen Belastbarkeit soll der Tiegel Beständigkeit
sowohl in Vakuum als auch in oxidierender Atmosphäre besitzen und gegenüber
den vergossenen Legierungen chemisch inert sein. Außerdem sind die
gleichbleibende Qualität der abgegossenen Bauteile und die wirtschaftliche
Verwendung eines Spinellbeton-Tiegels im Gießprozess sowie seine Vorteile
gegenüber kommerziellen MgO- oder Al2O3-Tiegeln aufzuzeigen.