Formstoffmischung, Formling für Giessereizwecke und Verfahren zur Herstellung eines Formlings

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Formstoffmischung für Gießereizwecke, bestehend aus Formsand, Natronlauge, Binder auf Alkali-Silikat-Basis und Zuschlägen, wobei die Formsandpartikel eine Korngröße von 0,1 - 1 mm aufweisen. Die Formstoffmischung enthält 0,1 - 10 Gewichts% Natronlauge bezogen auf das Sandgewicht und 0,1 - 5% Binder auf Alkali-Silikat-Basis mit einem Feststoffanteil von 20 - 70%, wobei die Natronlauge eine Konzentration von 20 bis 40 Gewichts% aufweist und wobei das Formstoffgemisch als Zuschlag 0,1 - 3 Gewichts% einer Suspension mit einem Feststoffanteil zwischen 30 - 70% an amorphem, kugelförmigem SiO₂ enthält. Das amorphe, kugelförmige SiO₂ ist in zwei Korngrößenklassierungen in der Suspension enthalten mit einer ersten Korngrößenklassierung A, beinhaltend SiO₂ -Partikel mit einer Korngröße zwischen 1 - 5 Mikrometern und einer zweiten Korngrößenklassierung B, beinhaltend SiO₂ -Partikel mit einer Korngröße zwischen 0,01 - 0,05 Mikrometern. Für die Volumenanteile der beiden Korngrößenbereiche A, B gilt folgende Verteilungsregel: 0,8 zu 1,0 bis 1,2 zu 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Formling für Gießereizwecke sowie ein Verfahren zur Herstellung des Formlings.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Formstoffmischung für Gießereizwecke, bestehend aus Formsand, Natronlauge, Binder auf Alkali-Silikat-Basis und Zuschläge sowie einen Formling für Gießereizwecke, hergestellt unter Verwendung der Formstoffmischung. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Formlings.

[0002] Formstoffmischungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der DE 102004042535 A1 (AS LÜNGEN GmbH) bekannt. Dabei wird als Bindemittel ein AlkaliWasserglas in Verbindung mit einem teilchenförmigen Metalloxid verwendet, beispielsweise Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Titanoxid oder Zinkoxid, um die Festigkeit von Gießformen sowohl unmittelbar nach der Formgebung und Aushärtung als auch nach einer Lagerung und erhöhter Luftfeuchtigkeit zu verbessern. Die Teilchengröße der Metalloxide beträgt vorzugsweise weniger als 300 µm, nach den Beispielen beträgt der Siebrückstand auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 63 µm weniger als 10 Gew%, vorzugsweise weniger als 8 Gew%.

[0003] Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Formstoffmischungen, die eine hohe Festigkeit in Kombination mit einem polyphosphat- oder borathaltigen Binder erreichen soll, ist in US 5,641,015 beschrieben. In Spalte 4, Zeile 39 des US-Patents wird als Folge der Trocknung von polyphosphat- und borathaltigen Bindern die Freisetzung von Wasser genannt, welches durch den Zusatz von feinstteiligem Siliziumdioxid absorbiert werden soll. Das feinstteilige Siliziumdioxid besteht aus porösen, durch einen Fällungsprozess hergestellten Primärpartikeln mit Korngrößen zwischen 10 und 60 nm, die zu Sekundärteilchen mit einer Partikelgröße von mehreren µm agglomerieren (Spalte 3, Zeilen 64 - 66 des US-Patents).

[0004] Ein anorganisches Bindemittelsystem für Formstoffe ist in der EP 1095719B1 beschrieben. Gemäß der EP 1095719B1 kann bei einem Binder auf Alkalisilikat-Basis mit Natronlauge-Zusatz die Fliessfähigkeit durch Zusatz von 8-10 Masse% Silikonöl in Bezug auf den Binder verbessert werden. Diese Verbesserung ging einher mit einem höheren Feuchtigkeitsgehalt des Kernsandes.

[0005] Neben den bekannten Maßnahmen zur Verbesserung der Festigkeit, insbesondere der Biegefestigkeit von Formlingen sind noch weitere Einflussgrößen zu berücksichtigen, die die Qualität einer Formstoffmischung bestimmen:

Hier ist an erster Stelle die Fließfähigkeit zu nennen, die als wichtiger Parameter für die Eignung des Formstoffes beim Verschießen in einer Kernschießmaschine bekannt ist.

[0006] Ein anderer wichtiger Parameter ist der Verlauf der Aushärtung sowie die Reduzierung der Empfindlichkeit gegenüber Luftfeuchte.

[0007] Als Hauptqualitätsrnerkmal ist jedoch die mit der Formstoffmischung erzielbare Oberflächengüte des Gussteils anzusehen. Leider sind hier die bekannten Verfahren unter den in einer Massenproduktion herrschenden Bedingungen nicht ausreichend stabil, sodass es immer wieder zu hohen Ausschussquoten und unakzeptablen Zusatzkosten durch Nachbearbeitung kommt. Als Maßstab für die Beurteilung der Oberflächengüte hat sich die Bestimmung des Flächenanteils von Sandanhaftungen am Gussteil bewährt.

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine neue Formstoffmischung für Gießereizwecke und einen durch einfachen Trocknungsprozess herstellbaren Formling bereitzustellen, bei der die oben genannten Kriterien, also gute Fließfähigkeit, hohe Biegefestigkeit und eine hohe Aushärtegeschwindigkeit erreicht werden und gleichzeitig die Oberflächengüte, gemessen durch den Flächenanteil an Sandanhaftungen erheblich verbessert wird.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale erreicht.

[0010] Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines Zuschlages aus amorphem, sphärisch geformtem Sililziumdioxid die erwünschten Vorteile bringt, wenn die feinstteiligen Siliziumdioxidkörner in zwei engen Kornspektren zu etwa gleichen Volumenanteilen in Form einer Suspension eingesetzt werden, wobei eine entscheidende Maßnahme darin besteht, diese Suspension gleichförmig in der Formstoffmischung zu verteilen und durch die nachfolgende Trocknung eine spezifisch ausgebildete Substruktur zu erzielen.

[0011] Die Maßnahmen der Verteilung und Trocknung sind in den Verfahrensansprüchen dargestellt, wobei noch weitere Maßnahmen als bevorzugte Verfahrensschritte aus den abhängigen Ansprüchen entnehmbar sind. Insbesondere ist darauf zu achten, dass keine Agglomeration der feinstteiligen Partikel während des Mischens auftritt, sondern dass vielmehr in der jeweiligen Kornklassierung eine gleichmäßige Verteilung der Partikel erfolgt. Hierzu haben sich insbesondere Fluidmischer und darunter speziell die Flügelmischer im Dauerbetrieb bewährt.

[0012] Bei der Ausbildung der Substruktur hat das Trocknungsverfahren einen herausragenden Einfluss auf die Ausbildung der Rauigkeiten an den Oberflächen der Formlinge. Hier gilt es insbesondere die Verteilung der Berg- und Talstruktur so zu beeinflussen, dass eine Relief-Struktur entsteht, die ein Höhen-Tiefen-Differenzverhältnis von maximal 300 nm aufweist. Als Trocknungsverfahren kommen sowohl thermisches Trocknen als auch Mikrowellentrocknung in Betracht, wobei auch unter extremen Lagerbedingungen bei Luftfeuchten über 78 % und Lagertemperaturen von mehr als 33°C sehr gute Lagerfähigkeiten, insbesondere ohne Mikrowellentrocknung erreicht wurden.

[0013] Während der Trocknung schrumpft die im Formstoffgemisch auf den Partikeln vorhandene Binderschicht unter Ausbildung einer Substruktur von Bergen und Tälern auf. Durch sukzessives Anschrumpfen und Restschrumpfen wird eine Morphologie der Substruktur ausgebildet, die durch eine Höhen-Tiefen-Differenz von max. 300 nm gekennzeichnet ist, entstanden durch Rissbildung während des zweistufigen Schrumpfvorgangs. Bei der in der 1. Stufe verwendeten physikalischen Trocknung, beispielsweise durch Mikrowelle, wird Energie direkt in die feuchte Binderhülle eingebracht. Die sich dabei einstellende Verfestigung der Binderhülle (Oberfläche) führt durch die anschließende thermische Trocknung zur Rissbildung im Nanobereich (Substruktur).

[0014] In den nachfolgenden Beispielen ist die Erfindung im Vergleich zu anderen Formstoffmischungen und den daraus hergestellten Formlingen beschrieben. Zur Standardisierung wurden jeweils gleiche Grundmischungen aus Halterner Formsand mit einer mittleren Korngröße von 0,32 mm verwendet. Die Korngrößenbestimmung erfolgte nach Brunhuber, 16. Auflage, Seite 400. Als Additiv wurde die erfindungsgemäße Suspension, enthaltend 25 Vol% NanoSiO₂ und 25 Vol% MikroSiO₂ sowie 50 Vol% Wasser, verwendet.

[0015] Die Fließfähigkeit wird als GF-Fließfähigkeit angegeben, die Bestimmung erfolgte nach Brunhuber, 16. Auflage, Seite 352/353.

[0016] Als Prüfkörper wurden Normprüfkörper der Abmessung 22,5 x 22,5 x 180 mm hergestellt und den jeweiligen Versuchsbedingungen unterworfen.

[0017] Zusammenfassend ergeben sich in überzeugender Form die Verbesserungen der erfindungsgemäß zusammengesetzten Formstoffmischungen hinsichtlich der Fließfähigkeit sowie der verringerten Benetzbarkeit gegenüber flüssigem Aluminium. Da flüssiges Aluminium im Gießprozess gegenüber Siliziumdioxid stark benetzende Eigenschaften aufweist und insbesondere dazu neigt, SiO2-Partikel vollständig zu benetzen und die Zwischenräume zu penetrieren, war es in hohem Maße überraschend, dass mit dem erfindungsgemäß eingestellten Formling nur geringe sandanhaftende Oberflächenbereiche von weniger als 10 % erreicht wurden.

[0018] In Kombination mit einem Alkaliwasserglasbinder, der gleichmäßig auf den Formsandpartikeln verteilt ist, konnte ein Formstoffgemisch auf Quarzsandbasis hergestellt werden, das in seiner Fließfähigkeit, Biegefestigkeit und seinem Aushärtungsverlauf die Eigenschaften der bekannten Produkte weit übertrifft, sofern als Zuschlag die in Anspruch 1 genannten zwei Korngrößenklassierungen verwendet werden.

[0019] In der eingestellten Formstoffmischung sollen die mikrometergroßen, amorphen SiO₂-Kugeln die einzelnen Formsandkörner gegeneinander beabstanden und erleichtert gegeneinander abgleiten lassen. Dieser "Rollschuheffekt" wurde durch Fließfähigkeitsmessungen bestätigt, beispielsweise durch den drastisch absinkenden Rührwiderstand während des Einbringens der erfindungsgemäß zusammengesetzten Suspension aus zwei unterschiedlichen Kornklassierungen in einem Flügelmischer. Dabei sank die Stromaufnahme des Flügelmischers um mehr als 50 %, während der Effekt ohne Zuschlag unterhalb von 10 %, bezogen auf die Stromaufnahme vor Zugabe lag.

[0020] Für den Mischvorgang ist insbesondere die Dosierreihenfolge der einzelnen Komponenten und ihre Mischdauer zu beachten. Die Dosierreihenfolge ist: 1. Der Quarzsand wird mit Natronlauge vermischt. 2. Ein Alkalisilikatbinder wird hinzugefügt. 3. Der erfindungsgemäße Zuschlag aus Suspension mit NanoSiO₂ und MikroSiO₂ plus Wasser wird zur Grundmischung ergänzt.

[0021] Die Mischdauer ist von der Art des verwendeten Mischaggregates abhängig und experimentell festzulegen. Hierbei ist als Mindestdauer für die Mischung der jeweils angestrebte Zustand (Homogenisierung/gleichmäßige Verteilung) festzulegen.

Ausführungsbeispiele:

[0022] 

Bei den Versuchen wurde als Grundmischung Halterner Formsand verwendet. Die experimentelle Vorgehensweise wird nachfolgend anhand eines Vergleiches mit einem klassischen Bindemittelsystem erläutert:

a) Verbesserung der Fliessfähigkeit

[0023] Zur Verdeutlichung der verbesserten Fließfähigkeit, durch die kombinierte Zugabe von NanoSiO₂ (0,01-0,05 µm) und MikroSiO₂ (1-5 µm) wurden folgende Versuchsergebnisse gegenübergestellt.

1. die Grundmischung ohne erfindungsgemäße Suspension, nachfolgend auch als Additiv C bezeichnet,

2. die Grundmischung mit Suspension, welche sich zusammensetzt aus einer Suspension aus 25% NanoSiO₂ 25% MikroSiO₂ und 50% Wasser, und

3. die Grundmischung mit der äquivalenten Wassermenge und Formsand aus der Suspension.

[0024] Der Begriff "Grundmischung" gibt eine Mischung aus Formsand, NaOH und Alkalisilikat-Binder in wechselnder Zusammensetzung an.
1. Grundmischung eines klassischen Bindemittelsystems
Halterner Formsand, bestimmt nach Brunhuber S. 400

NaOH	0,20%
Alkalisilikat-Binder	1,80%	GF-Fließfähigkeit	73%
Additiv:	-

GF-Fließfähigkeit bestimmt nach Brunhuber S. 352/353; F = [(h₁-h)/(h₁-h₂)]*100%
2. Grundmischung + Suspension

NaOH	0,20%
Alkalisilikat-Binder	1,80%	GF-Fließfähigkeit	87%
Additiv C*	1,00%

(Additiv C: Suspension aus 25% NanoSiO₂, 25% MikroSiO₂ und 50% Wasser, wobei die NanoSiO₂-Kugeln einen mittleren Durchmesser von 0,03 µm und die MikroSiO₂-Kugeln einen mittleren Durchmesser von 3 µm aufweisen.)
3. Grundmischung und äquivalente Wassermenge und Formsand aus der Suspension

NaOH	0,20%
Alkalisilikat Binder	1,80%	GF-Fließfähigkeit	73%
Wasser + Formsand	0,50%

[0025] Figur 1 gibt die aufgeführten Ergebnisse graphisch wieder. Bei der Gegenüberstellung der Versuchsergebnisse zeigt sich deutlich, dass die Suspension eine Verbesserung der Fliessfähigkeit bewirkt. Außerdem wird deutlich, dass die Zugabe der äquivalenten Wassermenge aus der Suspension keinen Einfluss auf die Fließfähigkeit besitzt.

[0026] Zum Vergleich mit bekannten Verfahren wurden Formstoffmischungen, wie sie in der DE '535 des AS Luengen sowie in der EP '719 beschrieben sind, mit der gleichen Grundmischung hergestellt und wie vorbeschrieben untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 7 graphisch wiedergegeben, wobei die Vergleichsbeispiele gemäß Fig. 6 ausgewählt wurden.

Mischung Grundmischung	Fliessfähigkeit
Bindesystem gemäß EP'719	73%
Formstoffgemisch gemäß DE '535	80%
Grundmischung + Additiv C	87%

[0027] Figur 7 veranschaulicht, dass durch die erfindungsgemäße Zugabe von in 2 Kornklassifizierungen vorliegenden SiO₂-Kugeln die Fliessfähigkeit (nach GF) des Kernsands ansteigt. Dabei werden die MikroSiO₂-Kugeln durch die NanoSiO₂-Kugeln auf Abstand gehalten und ermöglichen den sog. "Rollschuh-Effekt", d.h. ein Abrollen der Sandkörner durch die zwischen ihnen angeordneten MikroSiO₂-Kugeln

b) Steigerung der Biegefestigkeit:

[0028] 1. Grundmischung

NaOH	0,20%
Alkalisilikat- Binder	1,40%
Additiv:	-

Biegefestigkeit
Entnahmefestigkeit:	289 N/cm2
Kernlagerzeit 1 h:	284 N/cm2
Kernlagerzeit 3h:	281 N/cm2
Kernlagerzeit 24h:	287 N/cm2

2. Grundmischung + Additiv C

NaOH	0,20%
Alkalisilikat- Binder	1,40%
Additiv C*	1,00%
(Additiv C: Suspension aus 25% NanoSiO2, 25% Mikro-SiO2 und 50% Wasser)

Biegefestigkeit
Entnahmefestigkeit:	475 N/cm2
Kernlagerzeit 1 h:	483 N/cm2
Kernlagerzeit 3h:	476 N/cm2
Kernlagerzeit 24h:	475 N/cm2

[0029] Die ermittelten Biegefestigkeiten sind in Fig. 2 graphisch veranschaulicht. Der Vergleich der Biegefestigkeit einer Kernsandgrundmischung ohne Additiv C und der Biegefestigkeit einer Kernsandgrundmischung, welche das Additiv C (Suspension aus 25% NanoSiO₂ + 25% MikroSiO₂ und 50% Wasser) enthält, zeigt deutlich, dass man mit erfindungsgemäßem Zuschlag eine um 2/3 gesteigerte Biegefestigkeit erhält.

c) Steigerung der Aushärtungsgeschwindigkeit:

[0030] 1. Grundmischung

NaOH	0,20%
Alkalisilikat-Binder	1,40%
Additiv:	-

	Entnahmefestigkeit	Entnahmefestigkeit	Entnahmefestigkeit
1. Prüfriegel (nach 25 sec)	64 N/cm2	65 N/cm2	65 N/cm2
2. Prüfriegel (nach 50 sec)	62 N/cm2	65 N/cm2	64 N/cm2
3. Prüfriegel (nach 75 sec)	63 N/cm2	64 N/cm2	65 N/cm2

2. Grundmischung + Additiv C

NaOH	0,20%
AWB-AL Binder	1,40%
Additiv C*	1,00%

(Additiv C: Suspension aus 25% NanoSiO₂, 25 MikroSiO₂ und 50% Wasser)

	Entnahmefestigkeit	Entnahmefestigkeit	Entnahmefestigkeit
1. Prüfriegel (nach 25 sec)	81 N/cm2	84 N/cm2	80 N/cm2
2. Prüfriegel (nach 50 sec)	95 N/cm2	92 N/cm2	95 N/cm2
3. Prüfriegel (nach 75 sec)	109 N/cm2	102 N/cm2	105 N/cm2

[0031] Die Ergebnisse der Versuche sind in Figur 3 graphisch dargestellt. Bedingt durch den vorliegenden Versuchsaufbau kommt es dazu, dass die drei gleichzeitig hergestellten Prüfriegel, nur einzeln und mit Abstand von ca. 25 sec. geprüft werden können.

[0032] Bei der Bestimmung der Biegefestigkeit der Grundmischung fällt diese Zeitdifferenz auch nicht ins Gewicht, d.h. die Festigkeit aller drei Prüfriegel sind annähernd gleich.

[0033] Prüft man hingegen die Prüfriegel, welche mit dem Additiv C versehen sind, stellt man fest, dass die Biegefestigkeit im Verlauf des Prüfvorgangs (vom ersten zum zweiten Prüfriegel) stetig steigt.

d) Reduzierung der Empfindlichkeit gegenüber Luftfeuchte:

[0034] 1. Grundmischung

NaOH	0,20%
Alkalisilikat- Binder	2,40%
Silikonöl:	0,10%

Grundmischung
Kernlagerzeit [h] (Lagerung im Feuchteschrank)	Biegefestigkeit mit Mikrowelletrocknung	Biegefestigkeit ohne Mikrowelletrocknung
0	289 N/cm2	57 N/cm2
1	240 N/cm2	86 N/cm2
3	200 N/cm2	50 N/cm2
24	25 N/cm2	22 N/cm2

2. Grundmischung + Additiv C

NaOH	0,20%
Alkalisilikat-Binder	1,40%
Additiv C*	1,00%

(Additiv C: Suspension aus 25% NanoSiO₂, 25% MikroSiO₂ und 50% Wasser)

Grundmischung mit Additiv C
Kernlagerzeit [h] (Lagerung im Feuchteschrank)	Biegefestigkeit mit Mikrowellentrocknung	Biegefestigkeit ohne Mikrowelletrocknung
0	475 N/cm2	87 N/cm2
1	409 N/cm2	106 N/cm2
3	303 N/cm2	73 N/cm2
24	85 N/cm2	87 N/cm2

[0035] Die Ergebnisse der Versuche sind in den Figuren 4 und 5 graphisch veranschaulicht. Zur Beurteilung der Lagerfähigkeit der Kerne auch unter extremen Bedingungen (Luftfeuchte 78%; Temperatur 33°C), wurden die Kerne in einem Feuchteschrank gelagert.

[0036] In den Figuren 4 und 5 ist die Auswertung dargestellt, aus der hervor geht, dass sich das Additiv C positiv auf die Lagerfähigkeit auswirkt.

[0037] Besonders wenn die Kerne nicht in der Mikrowelle getrocknet wurden (Fig. 5) kommt dieser Effekt zum tragen.

e) Oberflächenvergleich mehrerer Gussstücke hinsichtlich der Sandanhaftungen

[0038] Erläuterungen zu Fig. 6:

Zur Bestimmung der Qualität von Gussstückoberflächen wurden wannenförmige Kerne mit den Abmessungen 150 mm x 80 mm verwendet werden. Dieser Kern wird aus dem zu prüfenden Formstoff in einem Laborflügelmischer der Firma Vogel und Schemann AG gemischt. Dazu wurde zunächst der Quarzsand vorgelegt und unter Rühren erstens NaOH und das Wasserglas als nächstes zugegeben. Nachdem die Mischung für 1 Minute gerührt worden war, wurde das amorphe Siliziumdioxid (erfindungsgemäße Beispiele) bzw. für die Vergleichsbeispiele Polyphosphatlösung (gemäß US 5,641,015 oder amorphes SiO₂ in Kugelform, gemäß DE '535) unter weiteren Rühren zugegeben. Die Mischung wurde anschließend noch eine weitere Minute gerührt.

[0039] Die Formstoffmischungen wurden in den Vorratsbunker einer Hotbox-Kernschießmaschine der Firma Rölperwerk Gießereimaschinen überführt, deren Formwerkzeug auf 180°C erwärmt war. Die Formstoffmischungen wurden mittels Druckluft (5 bar) in das Formwerkzeug eingebracht und verblieben für weitere 35 Sekunden im Formwerkzeug. Das Formwerkzeug wurde geöffnet und der Formling wurde entnommen. Um die maximale Festigkeit zu erreichen wird der Formling in der Mikrowelle nachgetrocknet. Anschließend wurde im offenen Handguss das Gussteil abgegossen.

[0040] Nach dem Erkalten des Gussstückes wurde der Formling entfernt und die Gussstückoberfläche nach Art und Menge der Sandanhaftungen beurteilt.

[0041] Gießparameter:
Abmessungen Gussstück: 150 x 80 x 40 mm
Gewicht Gussstück: 900 g
Verwendete Legierung: AlSi 7 mg
Gießtemperatur: 740°C
Statische Gießhöhe: 200 mm
Gemessene Sandanhaftungen in Flächenprozent bezogen auf die jeweilige Oberfläche

Mischung	Oberfläche mit Sandanhaftungen
Grundmischung ohne Zuschlag	75 %
Grundmischung mit Polyphosphat- und Boratanteil	60 % (US '015)
Grundmischung mit Glasperlen von 100 bis 200 µm Dicke gemäß Tabelle 5 Nr. 3.7 von AS Lüngen DE 102004042535	25 % (DE'535)
Erfindungsgemäße Grundmischung mit gespreiztem Kornspektrum	< 10% (Erfindung) nach Beispiel a) 2

[0042] Figur 8 veranschaulicht den Formling, welcher zur Herstellung des hier verwendeten Gussteils eingesetzt wurde. Die Prozentzahlen der Sandanhaftungen beziehen sich auf die Außenfläche im Bereich des ausgewölbten Gussteilbereiches R, welcher als kontinuierlich geschwungene Ausbuchtung R im Formling ausgebildet ist.

[0043] Figur 6 gibt die Versuchsergebnisse graphisch wieder. Mit der erfindungsgemäßen Formstoffmischung wird eine deutliche verbesserte Gussteiloberfläche im Vergleich zur Grundmischung nach Bsp. A) 1, nach US '015 (amorphe aus Nanopartikeln aufgebaute SiO₂-Kugeln) und nach DE '535 (amorphe, synthetische Kieselsäure in Kugelform) erzielt.

Ansprüche

1. Formstoffmischung für Gießereizwecke, bestehend aus Formsand, Natronlauge, Binder auf Alkali-Silikat-Basis und Zuschlägen, dadurch gekennzeichnet, dass die Formsandpartikel eine Korngröße von 0,1 - 1 mm aufweisen, dass die Formstoffmischung 0,1 - 10 Gewichts% Natronlauge bezogen auf das Sandgewicht enthält, wobei die Natronlauge eine Konzentration von 20 bis 40 Gewichts% aufweist, dass die Formstoffmischung 0,1 - 5% Binder auf Alkali-Silikat-Basis mit einem Feststoffanteil von 20 - 70% enthält, dass das Formstoffgemisch als Zuschlag 0,1-3 Gewichts% einer Suspension mit einem Feststoffanteil zwischen 30 - 70% an amorphem, kugelförmigem SiO₂ enthält, wobei das amorphe, kugelförmige SiO₂ in zwei Korngrößenklassierungen in der Suspension enthalten ist mit einer ersten Korngrößenklassierung A, beinhaltend SiO₂ -Partikel mit einer Korngröße zwischen 1 - 5 Mikrometern und einer zweiten Korngrößenklassierung B, beinhaltend SiO₂ -Partikel mit einer Korngröße zwischen 0,01 - 0,05 Mikrometern und wobei für die Volumenanteile der beiden Korngrößenbereiche A, B folgende Verteilungsregel gilt: 0,8 zu 1,0 bis 1,2 zu 1.

2. Formling für Gießereizwecke, hergestellt mit einer Formstoffmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des einzelnen Formsandkornes im Formling eine Primärstruktur aus SiO₂-Partikeln mit einer Korngröße zwischen 1 - 5 Mikrometern aufweist, bei der die mikrometergroßen, amorphen SiO₂ Kugeln die einzelnen Quarzsandkörner gegeneinander beabstanden und weiter gekennzeichnet durch eine Substruktur aus SiO₂-Partikeln mit einer Korngröße zwischen 0,01 - 0,05 Mikrometern, die in einer 0,5 - 2 Mikrometer dicken, gleichmäßig auf Formsandkörnern verteilten Binderschicht enthaltend verteilt sind, wobei die nanometergroßen, amorphen SiO₂-Kugeln aneinandergrenzende Berge und Täler von bis zu 300 Nanometer Höhe/Tiefe bilden.

3. Verfahren zur Herstellung eines Formlings nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Formsand vorgelegt wird, mit der Natronlauge vermischt und mit dem Binder auf Alkali-Silikat-Basis versetzt wird, dann der Binder gleichmäßig und homogen über alle Formsandkörner als Binderhülle verteilt wird, in die Binderhülle ein Gemisch aus SiO₂-Partikeln mit zwei Korngrößenklassierungen eingespeist und das Formstoffgemisch zum Formling getrocknet wird, wobei die Binderhülle beim Trocknen schrumpft und dabei eine Rauigkeitsstruktur mit maximal 300 Nanometern Höhendifferenz bildet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass 0,10 bis 0,30% Natronlauge mit dem Formsand vermischt wird, dann 1 bis 4% Binder auf Alkalisilikatbasis hinzu gegeben wird und der Binder gleichmäßig und homogen über die Formsandkörner in Form einer 0,5 bis 2 Mikrometer dicken Binderhülle verteilt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Binderhülle um 50 bis 70 Vol% während des Trocknens geschrumpft wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung physikalisch erfolgt, wobei die Binderhülle um 40% bis 60 Vol% angeschrumpft wird und die Restschrumpfung anschließend thermisch erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen in einer Mikrowelle erfolgt.

Zeichnung