AT398757B - Bindemittel für keramische massen - Google Patents
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Description
AT 398 757 B
Die Erfindung betrifft ein Bindemittel für keramische Massen auf Basis feuerfester Oxide.
Es sind verschiedene Arten von Bindemitteln für die Zubereitung feuerfester keramischer Massen bekannt. Hierzu gehören beispielsweise Sulfate, Phosphate, Zemente, Wasserglas, Tone und/oder kohlenstoffhaltige Substanzen. Im letztgenannten Fall wird in der Regel eine "Kohlenstoff-Bindung" angestrebt; 5 man spricht teilweise auch von einem "Kohlenstoff-Gerüst", das sich während des Pyroprozesses ausbildet.
In den übrigen Fällen handelt es sich um mehr oder weniger temporäre Bindemittel, deren Verwendung unter anderem folgende Probleme aufwirft:
Unter Temperatureinfluß verdampfen die Bindemittel früher oder später, so daß sich im Gefüge der Masse beziehungsweise des daraus hergestellten Formteils eine entsprechende Porosität ausbildet, die häufig io unerwünscht ist. So führt eine erhöhte Porosität in der Regel auch zu einer verringerten Infiltrations- und Korrosionsbeständigkeit.
Das andere Problem besteht darin, daß die bekannten Bindemittel häufig die Feuerfestigkeit der zugehörigen Masse (des Formteiis) unerwünscht herabsetzen.
Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, ein Bindemittel für keramische Massen auf Basis 15 feuerfester Oxide anzubieten, das nach Zugabe zu einer keramischen Masse und gegebenenfalls nach Herstellung von Formteilen eine gute Grünstandsfestigkeit und Heißfestigkeit der Produkte gewährleistet. Auch die weiteren, vorstehend genannten anwendungsspezifischen Eigenschaften, wie die Infiltrationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit etc. sollen soweit wie möglich erhalten oder sogar verbessert werden.
Bei der Lösung dieser Aufgabe wurde von folgender Überlegung ausgegangen: Konventionelle feuerfe-20 ste keramische Massen, wie sie in der Technik Anwendung finden, bestehen aus einer körnigen Matrix, die eine weitestgehend kontinuierliche Sieblinie aufweist. "Weitestgehend kontinuierlich" bedeutet dabei, daß keine größeren Körnungslücken bestehen. Herstellungstechnisch ergibt sich jedoch, daß, ausgehend vom Größtkorn, sich keine kontinuierliche Sieblinie bis auf "Null" ergibt. Vielmehr endet die Siebkennlinie mit Abstand vom "Nullwert"; in der Regel bei etwa 10 bis 30 um. Das heißt, daß typischerweise 96 bis 98 25 Gew.-% der keramischen Masse innerhalb der vorgenannten Kornunter- und obergrenzen liegen, während der Rest zum Teil aus Verunreinigungen, zum Teil aus zufälligem Über- und Unterkorn besteht.
Dies vorausgeschickt geht die Erfindung von der weiteren Überlegung aus, daß das Bindemittel in seine Kornzusammensetzung an die Sieblinie der keramischen Masse anschließen sollte, um diese "nach unten", möglichst bis auf "Null" kontinuierlich fortzuführen. In diesem Fall kann und soll das Bindemittel ebenfalls 30 auf Basis feuerfester Oxide aufgebaut sein, so daß sich im Brand eine rein keramische Bindung einstellt und ein Ausbrennen thermisch flüchtiger Bestandteile verhindert wird.
Der Bindemittelanteil, der beispielsweise zwischen 2 und 15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse, beträgt, kann in ganz anderen Verfahren hergestellt werden, um die gewünschten feinen Kornfraktionen zu erhalten. 35 Die feuerfesten Oxide des Bindemittels können dabei als reoxidiertes Verdampfungsprodukt beim reduzierenden Einschmelzen von Aluminium-, Chrom- oder Magnesiumträgern in Elektro-Lichtbogenöfen gewonnen werden.
Demzufolge betrifft die Erfindung ein Bindemittel für keramische Massen auf Basis feuerfester Oxide, wobei der Kornaufbau der Masse einer weitestgehend kontinuierlichen Sieblinie folgt, mit folgenden 40 Merkmalen: - das Bindemittel besteht aus mindestens einem feuerfesten Oxid - das Bindemittel weist eine Sieblinie auf, die sich im wesentlichen kontinuierlich an das Feinkomende der Sieblinie der keramischen Masse anschließt und dabei zusammen mit der keramischen Masse ein Kornspektrum zwischen Null und dem Maximalkorn der keramischen Masse von mindestens 98 45 Gew.% abdeckt.
Im Idealfall wird sich eine kontinuierliche Sieblinie von "Null” bis zum Maximalkorn ergeben, wobei der untere Korngrößenbereich vom Bindemittel und der obere Korngrößenbereich von der keramischen Masse abgedeckt wird. Ein Wert von 100 Gew.-% stellt dabei insoweit einen "theoretischen" Wert dar, weil Verunreinigungen teilweise vorhanden sind sowie eine technische Grenzkorngröße im Feinkornbereich (zum so Beispiel unter 0,1 um) aus technologischen Gründen in der Regel vorhanden sein wird.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird aber ein Wert über 99 Gew.-% innerhalb des genannten Kornspektrums angestrebt.
In diesem Sinne ist für die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Bindemittels wichtig, daß es den Kornbereich unterhalb der feuerfesten Oxide der keramischen Masse abdeckt, um so "Zwickel" in der 55 Masse ebenfalls mit feuerfesten Oxiden auszufüllen. Auf diese Weise entsteht sowohl bei der Grünstandsfestigkeit als auch am gebrannten Produkt ein nahezu optimaler Gefüge-Füllungsgrad.
Dadurch, daß das Bindemittel ebenfalls aus feuerfesten Oxiden besteht, entfällt das Problem von Schwindungsvorgängen bei der Trocknung oder im Pyroprozeß von keramischen Massen/Körpem. Das 2
AT 398 757 B
Bindemittel selbst enthält nämlich keine oder zumindest keine nennenswerten "flüchtigen Bestandteile".
Es wird auch bewußt auf einen SiCfe-Anteil verzichtet, der in bekannten Bindemitteln meist in amorpher Form enthalten ist. Der Nachteil dieser Si02-haltigen Bindemittel ist ihr ungünstiger Einfluß auf die Heiß-und Heißkorrosionsfestigkeit der daraus hergestellten keramischen Produkte. Der SiCfe-Anteil führt nämlich zur Ausbildung mullitischer und/oder glasartiger Phasen im Produkt. Aus dem Phasensystem AfeCVSiCk läßt sich entnehmen, daß mit dem Auftreten erster Schmelzen bei etwa 1595° Celsius zu rechnen ist, während beispielsweise reines AI2O3 - wie es beispielsweise als feuerfestes Oxid in einem erfindungsgemäßen Bindemittel Verwendung findet, erst knapp über 2000 ° Celsius schmilzt.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Bindemittels kann auch auf Zusätze von Phosphaten oder Alkalien als Bindemittel im herkömmlichen Sinne verzichtet werden, die sich nachteilig auf die Heißfestigkeit auswirken. Phosphatbeziehungsweise alkalihaltige Zusätze sind gegebenenfalls nur im Sinne eines Dispergiermittels - und damit auch in wesentlich geringerer Zusatzmenge - enthalten.
Anders ausgedrückt: dadurch, daß das Bindemittel vorzugsweise dieselben feuerfesten Oxide enthält wie die keramische Masse unterstützt das Bindemittel die vorteilhaften Festigkeits- und Korrosionseigenschaften sowie die infiltrationshemmende Wirkung der daraus gebildeten Produkte.
Die im Bindemittel verwendeten feuerfesten Oxide sollen möglichst Dichten nahe der Reindichte aufweisen, so daß sie praktisch keiner Nachschwindung unterliegen. Die "Trennkorngröße" zwischen der keramischen Masse und dem Bindemittel wird je nach Anwendungsfall bestimmt. Üblicherweise wird die Trennkorngröße bei etwa 10 bis 30 um liegen.
Entsprechend einer Ausführungsform, nach der 95 Gew.-% des Bindemittels in einer Kornfraktion unterhalb der Trennkorngröße vorliegen, bedeutet dies bei einer Trennkorngröße von beispielsweise 30 um, das 95 Gew.-% des Bindemittels in einer Kornfraktion von < 30 um liegen.
Wie oben ausgeführt, sollte das Bindemittel in seiner Kornfraktion so gewählt werden, daß es die Sieblinie der zugehörigen keramischen Masse im Feinkornbereich kontinuierlich fortsetzt. Die Sieblinie des Bindemittels kann dabei ebenfalls einer Fullerkurve folgen.
Als besonders bevorzugt hat sich ein Bindemittel mit einem oder mehreren der folgenden feuerfesten Oxide erwiesen: AI2O3, (>203, ΖγΟς, MgO.
Dabei können die feuerfesten Oxide des Bindemittels identisch mit denen der feuerfesten keramischen Masse sein. Es ist durchaus möglich, eine keramische Masse bereitzustellen, die beispielsweise 99 Gew.-% AI2O3 enthält und deren Bindemittel ebenfalls praktisch ausschließlich (bis auf Verunreinigungen) aus Al203-Pulver besteht.
Aber auch die Verwendung unterschiedlicher Oxide zur Bildung von Mischkristallen zum Beispiel des Typs Al203-Cr203 liegt im Rahmen der Erfindung, im vorgenannten Fall steigt der Schmelzpunkt mit zunehmendem Cr203-Gehalt an.
Das Verhalten des Bindemittels kann dadurch optimiert werden, daß seine Teilchen zuvor dispergiert werden oder zusammen mit einem Dispergiermittel der keramischen Masse zugegeben werden.
Eine vorherige Dispergierung läßt sich zum Beispiel wie folgt ausführen:
Es wird eine trockene Mischung aus einem oxidischen Mikropulver und einem Dispergiermittelpulver in einem Mischaggregat derart hergestellt, daß zum Beispiel 0,6 % Phosphatdispergierer dem Mikropulver beigegeben und fünf Minuten gemischt wird.
Als Dispergiermittel, das dem Bindemittel zugegeben wird, kann beispielsweise Natriumtripolyphosphat angegeben werden. Das Bindemittel kann dann als trockene Fertigmischung der feuerfesten keramischen Matrixmasse zugegeben und die Gesamtmasse mit Wasser aufbereitet werden.
Je nach Anwendungsbereich kann das Bindemittel auch einen Gehalt (vorzugsweise 0,01 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittel) eines Flockungsmittels enthalten, das aus solchen Stoffen ausgewählt wird, die erst zu einem Zeitpunkt wirksam werden, nachdem eine Dispergierung der Teilchen stattgefunden hat. In diesem Sinne eignen sich vor allem Calciumionen abgebende Substanzen.
Schließlich sieht die Erfindung auch die Zugabe von sogenannten Konditioniermitteln vor, die das Abbindeverhalten des Bindemittels beeinflussen. Hierzu gehören Abbindebeschleuniger und Abbindeverzögerer, je nach Anwendungsfall. Zur Abbindeverzögerung finden beispielsweise Carbonsäuren wie Zitronensäure Anwendung. Auch mit Hilfe von Zusatzstoffen, wie Cellulosederivaten, die das Wasserrückhaltevermögen beeinflussen, kann die Viskosität und Verarbeitbarkeit des Bindemittels gezielt auf dem jeweiligen Anwendungsfall eingestellt werden.
Nachstehend sind Bereichsgrenzen für derartige Dispergiermittel, Flockungsmittel und Konditioniermittel angegeben, die jeweils auf die Gesamtmasse des Bindemittels gerechnet sind: 3
Claims (17)
- AT 398 757 B - Dispergiermittel: - Flockungsmittel: - Konditioniermittel: 0,01 % bis 2,0 % 0,01 % bis 2,0 % 0,01 % bis 2,0 % wobei die Gesamtmenge der Zusatzmittel 6 % nicht übersteigen sollte. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der ünteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei steht eine Masse auf Tonerdebasis mit einer maximalen Korngröße von 3 mm zur Verfügung. Das Kornspektrum der feuerfesten keramischen Masse ist wie folgt: 3,0 bis 1,2 mm 30 Gew.-% 1,2 bis 0,063 mm 48 Gew.-% 0,063 bis 0,005 mm 14 Gew.-% < 0,005 mm 8 Gew.-% 100 Gew.-% Dieser Masse werden nun 5 Gew.-% eines erfindungsgemäßen Bindemittels zugemischt, das selbst ebenfalls aus einem Tonerde-Mikropulver besteht, von dem 98 Gew.-% in einer Kornfraktion < 0,005 mm vorliegen. Der beiliegenden Figur läßt sich entnehmen, daß sich die Sieblinie des Bindemittels quasi kontinuierlich an die Sieblinie der keramischen Masse anschließt und diese bis in feinste Kornfraktionen (nahe Null) fortsetzt. Die durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels erzielbaren Vorteile sind vorstehend ausführlich erörtert. Patentansprüche 1. Bindemittel für keramische Massen auf Basis feuerfester Oxide, wobei der Kornaufbau der Masse einer weitestgehend kontinuierlichen Sieblinie folgt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: das Bindemittel besteht aus mindestens einem feuerfesten Oxide und weist eine Sieblinie auf, die sich im wesentlichen kontinuierlich an das Feinkornende der Sieblinie der keramischen Masse anschließt und dabei zusammen mit der keramischen Masse ein Kornspektrum zwischen Null und dem Maximalkorn der keramischen Masse von mindestens 98 Gew.-% abdeckt.
- 2. Bindemittel nach Anspruch 1, bei dem die Kornfraktion des Bindesmittels so gewählt ist, daß das Bindemittel mit der Masse ein Kornspektrum zwischen Null und dem Maximalkorn der keramischen Masse von mindestens 99 Gew.-% abdeckt.
- 3. Bindemittel nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Anteil von über 95 Gew.-% in einer Kornfraktion unterhalb der Trennkorngröße gegenüber der keramischen Masse.
- 4. Bindemittel nach Anspruch 3, mit einem Anteil von über 95 Gew.-% in der Kornfraktion < 10 um.
- 5. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Sieblinie einer Fullerkurve folgt.
- 6. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem überwiegenden Gehalt eines oder mehrerer der folgenden feuerfesten Oxide: AI2O3, Cr203, ΖγΟς, MgO.
- 7. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dessen feuerfeste(s) Oxid(e) dem/denen der keramischen Masse entspricht (entsprechen).
- 8. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dessen feuerfeste Oxidanteile selbst und/oder mit den feuerfesten Oxiden der keramischen Masse spinellbildend sind. 4 AT 398 757 B
- 9. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Gehalt eines oder mehrerer der genannten feuerfesten Oxide in Sol- oder Gelform.
- 10. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Teilchen der feuerfesten Oxidkomponente zuvor unter Verwendung eines Dispergiermittels vereinzelt wurden.
- 11. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die feuerfeste Oxidkomponente in homogener Mischung mit einem Dispergiermittel vorliegt.
- 12. Bindemittel nach Anspruch 11, bei dem das Dispergiermittel aus Phosphaten besteht.
- 13. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die feuerfeste Oxidkomponente ein Flockungsmittel enthält.
- 14. Bindemittel nach Anspruch 13, bei dem das Flockungsmittel aus Calcium- oder anderen Erdalkalisalzen besteht.
- 15. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die feuerfeste Oxidkomponente ein das Abbindeverhalten beeinflussendes Zusatzmittel (Konditionierungsmittel) enthält.
- 16. Bindemittel nach Anspruch 15, bei dem das Zusatzmittel aus Cellulosederivaten und/oder Carbonsäuren besteht.
- 17. Bindemittel nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem das Dispergiermittel, das Flockungsmittel und/oder das Konditionierungsmittel jeweils in einer Menge von maximal 2,0 Gew.-%, zusammen maximal 6,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamt-Bindemittel, vorliegt (vorliegen). Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5
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