Mikrostruktur und Eigenschaften keramischer Formmassen ... - OPUS

12 Grundlagen
3.2.4 Einfluss der Phasenumwandlungen auf das Formschalenverhalten
Die bei thermischer Belastung aus dem amorphen SiO2-Binder hervorgehenden
Phasen Cristobalit und Kieselglas bedingen die Formschalenfestigkeit in zwei
gegenläufigen Prozessen. Die durch die Anwesenheit des Na2O im Silika-Sol
begünstigte Entstehung einer Glasphase aus dem amorphen SiO2-Binder wirkt
positiv auf den Sintervorgang der Formschale. Dieser wird als Flüssigphasensintern
beschrieben /HEN91/. Die Anwesenheit des Natriums im Sol wirkt sich
anderseits nachteilig auf die Hochtemperaturfestigkeit aus, da geringe Mengen
Alkalien im SiO2 die Erweichungstemperatur beträchtlich senken /SHO88/,
/URB81/. Dabei kann das Kriechverhalten einer siliziumoxidgebundenen Formschale,
welches von der Benetzung durch das SiO2 abhängig ist /HYD96/, gezielt
über die Veränderung der Porositätsverteilung beeinflusst werden /JON95/.
Cristobalit, dessen Kristallisationsneigung im Binder ebenfalls durch Na2O erhöht
ist /GUE93/, vermindert die Kriechneigung /HIG86/. Gleichzeitig wird die
Formschale durch die Anwesenheit von Cristobalit geschwächt, da die Thermowechselbeständigkeit
von Cristobalit wegen des höheren linearen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten niedriger als die des Kieselglases ist. Außerdem
verstärken die unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten (Anhang
Tabelle 11.1) und die Volumina (Kapitel 3.2.3) bei der �-�-Transformation von
Cristobalit die Rissneigung /JEL90/. Durch Gießen in eine heiße Formschale wird
die auf Cristobalit zurückzuführende Mikrorissbildung eingegrenzt /ROT99/.
Die Na2O-haltige SiO2-Flüssigphase begünstigt Diffusionsvorgänge. Die Mullitbildung
wird beschleunigt, ohne jedoch die Menge des ausgeschiedenen Mullits zu
beeinflussen /GRF61/. Der Bildungsmechanismus sowie die Auswirkung auf die
Festigkeit in Al2O3-SiO2-Formschalensystemen sind bisher nicht untersucht.
3.3 Tiegelmaterial aus Magnesiaspinell und Calciumaluminat-
Zement
An Schmelztiegel werden im Feinguss ähnliche Anforderungen gestellt wie an das
Formschalenmaterial (Bild 3.2). Maßgeblich sind gute Thermoschockeigenschaften,
eine geringe Dehnung, Beständigkeit im Vakuum und eine sehr gute
chemische Beständigkeit gegenüber der aufzuschmelzenden Superlegierung.
Oxide erfüllen diese Anforderungen deutlich besser als Nichtoxide /MEI94/, wobei
auf den Einsatz von schmelzebildendem SiO2 verzichtet werden sollte /MON85/
und toxische Substanzen wie Cr2O3 zu vermeiden sind. Von einem Werkstoff aus
zementgebundenem Magnesiaspinell ist eine Verbesserung der oben aufgeführten
Eigenschaften zu erwarten. Der Magnesiaspinell dient als feuerfestes
Füllmaterial in einer Matrix aus Calciumaluminat-Zement.