Charakterisierung eines neuen, entgasungsarmen und verbrennbaren Formstoffes für Gießereianwendungen : Kohlenstoff AeroSande

Voss, Daniela; Ratke, Lorenz

doi:HT014287256

Charakterisierung eines neuen, entgasungsarmen und verbrennbaren Formstoffes für Gießereianwendungen : Kohlenstoff AeroSande

Voss, Daniela (Author)

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Daniela Voss

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

Umfang164 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Univ., Diss., 2004

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Ratke, Lorenz (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2004-12-17

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-10155
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/61873/files/Voss_Daniela.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik (500000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Gießen <Urformen> (Genormte SW) ; Formsand (Genormte SW) ; Aerogel (Genormte SW) ; Verbundwerkstoff (Genormte SW) ; Industrielle Fertigung (frei) ; Kohlenstoff Aerogel (frei) ; Bindersystem (frei) ; Sandguss (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 670

Kurzfassung
Die Forderungen an die Gießereiindustrie beinhalten gute Gussteilqualität einhergehend mit hoher Produktivität, sowie Verringerung der Umweltbelastung. Parallel hierzu werden weiterhin Lösungen für bekannte Probleme gesucht, zum Beispiel der Schwierigkeiten der Entfernung komplexer oder keramischer Kerne im (Al)-Sand- und Feinguss, wie auch der Reduzierung der Gasentwicklung organischer Binder. Fortschritte für beide Probelme verbessern sowohl die Prouktivität als auch die ökologische Bilanz. In der vorliegenden Arbeit wird ein Weg aufgezeigt, durch den es gelingen kann, diesen Anforderungen gerecht zu werden. Dieser neue Weg heißt „Kohlenstoff AeroSande“. Hierbei handelt es sich um einen Verbund aus Kohlenstoff Aerogelen, die als Binder dienen, und konventionellen Gießereisanden. Ausgangsmaterial sind polymere Aerogele als Binder, die durch Pyrolyse in Kpohlenstoff-Aerogele umgewandelt werden. Durch geeignete Wahl der Pyrolyseprozedur können Verbunde aus Kohlenstoff-Aerogel und Sand hergestellt werden, die ausreichend mechansich stabil sind, um als Form- oder Kernwerkstoff eingesetzt zu werden. In umfangreichen experimentellen Arbeiten wird der neue Binder bzw. Formstoff charakterisiert: Gefügeaufbau, Struktur der Kohlenstoff-Aerogele in den Binderbrücken, Reaktionen zwischen Sanden und Aerogel während der Pyroloyseprozedur, Biegebruch- und Druckfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit, spezifische innere Oberfläche und Porosität, Entgasungsverhalten beim Abguß von Aluminiumlegierungen. Zudem wurde eine Technik entwickelt, den neuartigen Binder durch thermische Aktivierung selbst im bereich typischer Lösungsglühtemperaturen von Aluminiumwerkstoff rückstandfrei zu zersetzen. Die Ergebnisse werden hinsichtlich des Potenzials für Gießereianwendungen diskutiert. Zur genaueren Abschätzung der Einsatzmöglichkeiten schließen Abgüsse realer Bauteile diese Arbeit ab.

Today’s product requirement for the foundry industry are castings of high quality combined with a high productivity and low ecological impact. Therefore research concentrates on solutions of long known problems, like an easier removal of complex or ceramic cores increasing thus the productivity and the reduction of the gas evolution of organic binder material during casting, with benefits for both the productivity and the ecological balance. This doctoral thesis develops a new way of meeting the above mentioned requirements by introducing a new binder material named “Carbon AeroSands”. Carbon AeroSands are a composite material of carbon aerogels, used as the binder, and conventional foundry sands. The basis of carbon aerogels are polymeric aerogels which are converted to carbon by a suitable pyrolysis procedure. Such a procedure for composites of foundry sands with polymeric aerogels was developed in this thesis leading to a new core and mould material with sufficient mechanical stability. The experimental investigations performed looked in detail at the microstructure of the composite and the carbon aerogel inside the binder bridges, reactions between the aerogel and the sands during pyrolysis, the bending and compression strength, the thermal conductivity, the porosity and specific inner surface. The degassing of the Carbon- Aerosands during Al-casting was investigated and revealed that this new binder material has outstanding low gas evolution compared to conventional polymeric binders. Procedures could be developed to fully oxidize and degrade the carbon aerogel binder at temperatures even in the range of typical solution and homogenization treatments of aluminium cast alloys. Test castings of real components conclude the characterization and show the potential for applications in light metal and steel castings.

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