AT249571B

AT249571B - Verfahren zur Herstellung eines hochfeuerfesten oxydischen Werkstoffes mit sehr guter Temperaturwechselbeständigkeit

Info

Publication number: AT249571B
Application number: AT46863A
Authority: AT
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1963-01-21
Filing date: 1963-01-21
Publication date: 1966-09-26

Description

Verfahren zur Herstellung eines hochfeuerfesten oxydischen Werkstoffes mit sehr guter Temperaturwechselbeständigkeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochfeuerfesten oxydischen Werkstoffen mit sehr guter Temperaturwechselbeständigkeit (im folgenden mit TWB bezeichnet). Die günstige TWB wird dabei durch einen sehr niedrigen, vorzugsweise negativen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (im folgenden mit WAK bezeichnet) hervorgerufen.

Es ist allgemein bekannt, dass die keramischen Werkstoffe eine verhältnismässig geringe Widerstands- fähigkeit gegen plötzliche Temperaturwechsel besitzen. Theoretisch gibt es verschiedene Möglichkeiten, die TWB keramischer Massen zu verbessern. Da die TWB von den verschiedensten Faktoren, wie WAK, Wärmeleitfähigkeit, Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul unmittelbar abhängig ist, wäre die Verbesserung der TWB prinzipiell möglich, wenn mindestens einer dieser Faktoren ohne Verschlechterung der andern wesentlich verbessert werden könnte. Als Beispiel für Massen mit sehr guter TWB sind z. B. SiC-, Cordierit-und Spodumen-Massen bekannt.

Während die gute TWB bei SiC-Massen aus der extrem hohen Wärmeleitfähigkeit bei mässig gutem WAK resultiert, ist sie bei den Cordierit- und Spodumen-Massen auf den geringen, teilweise negativen WAK bei für oxydische Werkstoffe normaler Wärmeleitfähigkeit zurückzuführen.

Cordierit- und Spodumen-Massen scheiden infolge ihrer niedrigen Schmelztemperatur von 1200 bis 15000 C für feuerfeste und hochfeuerfeste Anwendungen von vornherein aus. SiC-Massen sind im allgemeinen die idealen hochfeuerfesten Massen mit ausserordentlich hoher TWB. Ein wesentlicher Nachteil haftet ihnen jedoch z. B. bei Verwendung als Brennhilfsmittel insofern an, als sie die unangenehme Eigenschaft besitzen, vor allem bei den ersten Bränden Kohlenstoff frei werden zu lassen. Dadurch kann es schon bei Porzellan zu unangenehmen Verrauchungen der Glasur kommen, während bei sehr reduktionsempfindlichen Sondermassen, wie beispielsweise Titan-undBaTiO-Massen, beträchtliche Verschlechterungen der dielektrischen Eigenschaften auftreten.

Für sämtliche Ferritwerkstoffe ist die Verwendung von SiC-Brennhilfsmitteln infolge der zwischen SiC und fers auftretenden starken Reaktionen
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keiten, wie Aufblähen der Glasur oder Masse, führen können. Da jedoch die keramischen Sondermassen im allgemeinen in sehr kurzen, elektrisch beheizten Kanal- und Durchschuböfen gebrannt werden, wobei die verwendeten Brennhilfsmittel sehr grossen Temperaturwechselbeanspruchungen unterliegen, wäre der Einsatz einer hochfeuerfesten Masse mit guter TWB und höherer Produktionssicherheit wünschenswert.

Erfindungsgemäss lassen sich diese Eigenschaften auch bei einem bestimmten Typ hochfeuerfester Massen, der nicht auf SiC-Basis aufgebaut ist, erreichen. Diese beträchtliche Verbesserung ist darauf zurückzuführen, dass es gelungen ist, Massen mit einem WAK zu entwickeln, der unter dem des Quarzglases liegt, des Stoffes mit der bisher niedrigsten Wärmeausdehnung (s. Fig. 1 und 2). Der lineare WAK der erfindungsgemässen Massen lässt sich je nach Zusammensetzung und bzw. oder Sintertemperatur so variieren, dass es möglich ist, im Bereich zwischen 20 und 7000 C einen negativen oder schwach positiven WAK zu erreichen.

Demnach ist das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines hochfeuerfesten oxydischen Werk-

stoffes mit sehr guter Temperaturwechselbeständigkeit und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten ia Bereich von 20 bis 7000 C von < 4. 10-6. vorzugsweise von Null bzw. mit negativer Charakteristik, dadurch gekennzeichnet, dass man eine aus 15-39 Gew.- TiO, 70-56 Gew.-lo AI, 0, und 40-10 Gew.-% Six, bestehende Masse in bekannter Weise aufbereitet, vorbrennt und sintert.

Auf Grund der hohen Schmelztemperaturen der erfindungsgemässen Massen ergeben sich vollkommen neue Möglichkeiten für alle anwendungsfälle, die feuerfeste und hochfeuerfeste Werkstoffe mit guter TWB fordern. Günstige Anwendungsbeispiele bieten sich beispielsweise für den Elektroofenbau als Leichtstein-Isolationsmaterial, für die Porzellangeschirr-Produktion als Kapselmaterial speziell für Flachgeschirrkapseln, als Brennhilfsmittel für reduktionsempfindliche bzw. mit SiC reagierende Werkstoffe, wie Rutilmassen, Titanate, oxydische Halbleiter, oxydischer Ferritwerkstoffe usw. Gleichfalls vollkommen neue Möglichkeiten ergeben sich bei den in Frage kommenden Schmelztemperaturen der erfindungsgemässen Massen von 1700 bis 18500 C für die Strahltriebwerk- und Raketentechnik.

Der lineare WAK und die prozentuale Längenänderung zwischen 20 und 7000 C für zwei verschiedene Zusammensetzungen dieses Massetyps sind in den Fig. 1 und 2 vergleichsweise mit denen von Quarzglas, Schamotte und einer andern Korundmasse dargestellt.

AlsAusführungsbeispiel werden die Zusammensetzungen von zwei Grund- bzw. Ausgangsmassen ohne besondere Zuschläge aufgezeigt :
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<tb>
<tb> Probemasse <SEP> 1 <SEP> Probemasse <SEP> 2
<tb> Al2O3 <SEP> 67,4 <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> Al2O3 <SEP> 57,5 <SEP> Gew.-%
<tb> TiO <SEP> 20,6 <SEP> Gew.-% <SEP> TiO <SEP> 32, <SEP> 5 <SEP> Gew.-)
<tb> SiO22 <SEP> 12,0 <SEP> Gew.-% <SEP> Sio22 <SEP> 10,0 <SEP> Gew. <SEP> -%
<tb>
Die jeweilige Zusammensetzung der Masse wird dabei durch den Verwendungszweck bestimmt.

Je nach Höhe der Vorbrenn- und bzw. oder Sintertemperatur lässt sich der lineare WAK der erfindungsgemässen Massen negativ oder schwach positiv einstellen. Es ist zweckmässig, jedoch nicht unbe- dingt erforderlich, einen Teil-der Masse vorzubrennen oder zu schmelzen. Bei Verwendung eines nach entsprechender thermischer Vorbehandlung erhaltenen Materials mit stark negativem WAK ist es durch Zusatz bestimmter Mengen von Stoffen, die nicht mit der Grundmasse in Reaktion treten, jedoch einen positiven WAK besitzen, möglich, einen WAK von'nahezu Null über einen Temperaturbereich von einigen Hundert 0 C zu erreichen.

Diese Stoffe können Korund, Zirkonoxyd, Karbide und Nitride oder Mischungen dieser Stoffe sein.

Sie werden in einer Menge von 2 bis 50 Gew.-Teilen, vorzugsweise 10-30 Gew.-Teilen, eingesetzt.

Gegebenenfalls können ausserdem zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit geringe Mengen von Erdalkali- und bzw. oder Schwermetallverbindungen, wie z. B. Oxyde oder Verbindungen der Elemente Zn, Ca, Ba, Ni, Cu, Mn und Cr zugesetzt werden, u. zw. in einer Menge von 0, 05 bis 15 Gew.-Teilen, vorzugsweise 0, 2-5 Gew.-Teilen.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines hochfeuerfesten oxydischen Werkstoffes mit sehr guter Temperaturwechselbestäridigkeit und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 20 bis 7000 C von < 4. 10-6. vorzugsweise von Null bzw. mit negativer Charakteristik, dadurch gekennzeichnet, dass man eine aus 15 - 39 Gew.-% TiO2, 70-56 Gew.-% Al2O3 und 40-10 Gew.-%SiO bestehende Masse in bekannter Weise aufbereitet, vorbrennt und sintert.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Vorbrenntemperatur bis zur Schmelztemperatur steigert.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und2, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Masse verwendet. welcher 2-50 Gew.-Teile, vorzugsweise 10 - 30 Gew.-Teile Korund, Zirkonoxyd, Karbide oder Nitride oder Mischungen dieser Stoffe, je 100 Gew.-Teile Grundmasse, beigegeben wurden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Masse verwendet, welcher 0, 05-15 Gew.-Teile, vorzugsweise 0, 2-5 Gew.-Teile, Oxyde oder Ver- EMI2.2