CH648009A5

CH648009A5 - Preparation of ceramic foams

Info

Publication number: CH648009A5
Application number: CH1394/78A
Authority: CH
Inventors: John C Yarwood; James E Dore; Robert K Preuss
Original assignee: Alusuisse
Priority date: 1977-02-22
Filing date: 1978-02-08
Publication date: 1985-02-28
Also published as: AT371089B; JPS5636143B2; NO780574L; JPS53121011A; NL186628B; IT1094234B; IT7820489A0; FR2381001B1; NO150566B; NO150566C; ZA781008B; BE864188A; DE2805611A1; CA1082894A; YU37878A; FR2381001A1; BR7801041A; DE2805611C2; GB1596446A; NL7802007A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf keramische Schaumstoffe, welche für das Filtrieren von geschmolzenem Metall, wie geschmolzenem Aluminium, äusserst vorteilhaft sind, und im besonderen auf rationelle und wirtschaftliche Verfahren zu deren Herstellung. The present invention relates generally to ceramic foams which are extremely advantageous for the filtration of molten metal, such as molten aluminum, and in particular to rational and economical processes for their production.

Durch Behandlung von imprägnierten, offenzelligen organischen Schwamm- oder Schaumstoffen erhaltene poröse keramische Schaumstoffe gehören zum Stand der Technik und werden beispielsweise durch die US-PS 3 090 094, 3 097 930 und 3 111 396 offenbart. Überdies ist die Verwendung von solchen keramischen Schaumstoffen als Filter für flüssiges Metall, insbesondere für die Filtrierung von flüssigem Aluminium und flüssigem Kupfer, in den US-PS 3 893 917 und 3 947 363 beschrieben worden. Porous ceramic foams obtained by treating impregnated, open-cell organic sponges or foams belong to the prior art and are disclosed, for example, by US Pat. Nos. 3,090,094, 3,097,930 and 3,111,396. Furthermore, the use of such ceramic foams as filters for liquid metal, in particular for the filtration of liquid aluminum and liquid copper, has been described in US Pat. Nos. 3,893,917 and 3,947,363.

Wie bereits erwähnt, wird im Stand der Technik die Herstellung von keramischen Schaumstoffen vorgeschlagen. So wird in der US-PS 3 111 396 angeregt, dass ein polymerer organischer Schaumstoff nach dem Eintauchen in eine Aufschlämmung eines feuerfesten Materials zusammenge-presst werden kann, indem er durch Presswalzen, welche As already mentioned, the production of ceramic foams is proposed in the prior art. Thus, it is suggested in US Pat. No. 3,111,396 that a polymeric organic foam can be compressed after being immersed in a slurry of a refractory material by pressing it through rollers

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

648 009 648 009

das Entfernen von überschüssigem feuerfestem Material bewirken, geleitet wird. Dieses Vorgehen, welches mit einer grossen Zahl von üblichen, auf diesem Gebiet angewendeten Austreibtechniken vergleichbar ist, leidet an dem untrennbar damit verbundenen Nachteil, dass die Aufschlämmung nicht gleichmässig über die gesamte Masse des Gegenstandes verteilt wird. So kann es vorkommen, dass der äussere Bereich des Gegenstandes weniger stark mit der Aufschlämmung beschichtet wird als der in der Mitte gelegene Bereich. Derartige Fehler sind an den äussersten Grenzen desjenigen Durchlässigkeitsbereiches, der zur Anwendung bei der Herstellung von Filtern für geschmolzene Metalle noch als geeignet gefunden wird, besonders offensichtlich. So neigen Filter mit hoher Durchlässigkeit dazu, unerwünscht schwache Oberflächen und Kanten zu haben, während Filter von verhältnismässig niedriger Durchlässigkeit dazu neigen, in der Mitte einen unerwünschten Verstopfungsbereich aufzuweisen. Solche Fehler machen die erhaltenen Schaumstoffe für eine Verwendung als Filter von flüssigem Metall ungeeignet. remove excess refractory material. This approach, which is comparable to a large number of conventional expulsion techniques used in this field, suffers from the inseparable disadvantage that the slurry is not distributed evenly over the entire mass of the object. It may happen that the outer area of the object is coated less with the slurry than the area in the middle. Such errors are particularly evident at the extreme limits of the permeability range that is still found suitable for use in the manufacture of filters for molten metals. For example, high permeability filters tend to have undesirably weak surfaces and edges, while relatively low permeability filters tend to have an undesirable clogged area in the middle. Such errors make the foams obtained unsuitable for use as a filter for liquid metal.

Die oben erwähnten Schwierigkeiten werden bei Anwendung des in der US-PS 4 024 212 der Anmelderin beschriebenen Verfahrens überwunden. Darin wird gefordert, dass ein erster Verfahrensschritt eine Imprägnierung des polymeren organischen Schaumstoffes mit der Aufschlämmung einer keramischen Zusammensetzung umfasse, bei welchem der vollständig in die kräftig gerührte oder vibrierte Aufschlämmung eingetauchte Schaumstoff mehrmals einem Zusammendrücken und Ausdehnenlassen unterworfen werde. Der imprägnierte Schaumstoff wird anschliessend dem Imprägniertank entnommen und zwecks Austreibung der überschüssigen Aufschlämmung durch zwei Walzenpaare geführt, um ein zweifach wiederholtes Zusammendrücken und Ausdehnenlassen zu verwirklichen. Die Walzspälte werden vorher so eingestellt, dass im ersten Durchgang ein Zusammendrücken von 50-90% und im zweiten Durchgang ein Zusammendrücken von 70-90% bewirkt wird. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass es ein Übermass an Behandlungsschritten der polymeren Schaumstoff platten erforderlich macht, was die Verteilung der darin enthaltenen Aufschlämmung und auch die Festigkeitseigenschaften des fertigen keramischen Schaumstoffkörpers nachteilig beeinflussen kann. Auch können die Behandlungsschritte nicht leicht automatisiert oder für die Verwendung in einer kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Massenproduktionslinie angepasst werden. The above-mentioned difficulties are overcome using the method described in applicant's U.S. Patent No. 4,024,212. It requires that a first process step include impregnation of the polymeric organic foam with the slurry of a ceramic composition, in which the foam that is completely immersed in the vigorously stirred or vibrated slurry is subjected to multiple compression and expansion. The impregnated foam is then removed from the impregnation tank and passed through two pairs of rollers in order to expel the excess slurry in order to achieve a twice-repeated compression and expansion. The rolling gaps are set beforehand so that a compression of 50-90% is effected in the first pass and a compression of 70-90% in the second pass. However, this method has the disadvantage that it requires an excessive number of treatment steps for the polymeric foam sheets, which can adversely affect the distribution of the slurry contained therein and also the strength properties of the finished ceramic foam body. Also, the treatment steps cannot be easily automated or adapted for use in a continuous or semi-continuous mass production line.

Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein leistungsfähiges und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von keramischen Schaumstoffgegenständen mit vorbestimmten Durchlässigkeitseigenschaften zu schaffen, bei welchem die Imprägnierung von polymerem organischem Schaumstoff mit einer Aufschlämmung von keramischer Zusammensetzung und das Entfernen der überschüssigen Aufschlämmung aus dem Schaumstoff kombiniert sind. Es ist auch ein Bestandteil der Aufgabe, Produkte herzustellen, die verbesserte Festigkeitseigenschaften, eine strukturelle Gleichförmigkeit und keine Fehler wie Verstopfungsanfälligkeit in der Mitte und Schwachheit der äusseren Bereiche aufweisen. Das Herstellungsverfahren der keramischen Schaumstoffartikel soll leicht automatisierbar sein und schnell zu einer Produktion in industriellem Massstab führen können, bei welchem die Imprägnierung mit der Aufschlämmung und das Entfernen der überschüssigen Aufschlämmung in schneller Folge durchgeführt werden. The inventors have therefore set themselves the task of creating an efficient and economical process for producing ceramic foam articles with predetermined permeability properties, in which the impregnation of polymeric organic foam is combined with a slurry of ceramic composition and the removal of the excess slurry from the foam . It is also part of the task to manufacture products that have improved strength properties, structural uniformity and no defects such as susceptibility to clogging in the middle and weakness of the outer areas. The manufacturing process of the ceramic foam articles should be easy to automate and should quickly lead to an industrial-scale production in which the impregnation with the slurry and the removal of the excess slurry are carried out in rapid succession.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, According to the invention, the object is achieved by

dass that

— ein hydrophobes Netzwerk aus einem polymeren organischen Schaumstoff mit einer zur Erzielung der vorgenannten Luftdurchlässigkeit des keramischen Schaumstoffes geeigneten Luftdurchlässigkeit und einer Kugelrückprallelastizität von mehr als 25 % vorbereitet wird, A hydrophobic network is prepared from a polymeric organic foam with an air permeability suitable for achieving the aforementioned air permeability of the ceramic foam and a ball rebound resilience of more than 25%,

— eine thixotrope, wässrige, eine Viskosität bei 25 °C im Bereich von 1 bis 80 Pas aufweisende Aufschlämmung einer keramischen Zusammensetzung hergestellt wird, A thixotropic, aqueous slurry of a ceramic composition having a viscosity at 25 ° C. in the range from 1 to 80 Pas is produced,

— mindestens drei derart angeordnete Walzen, dass zwischen den Walzenpaaren mindestens zwei unmittelbar benachbarte Walzspälte entstehen, vorgesehen werden, wobei der erste Walzspalt vorher auf einen Zwischenraum von 50-10% der Dicke des polymeren organischen Schaumstoffes, und der zweite Walzspalt auf 30-10% der Dicke des polymeren organischen Schaumstoffes eingestellt werden, - At least three rolls arranged in such a way that at least two immediately adjacent rolls are formed between the pairs of rolls, the first roll gap being previously between 50-10% of the thickness of the polymeric organic foam and the second roll gap being 30-10% the thickness of the polymeric organic foam can be adjusted,

— der polymere organische Schaumstoff mindestens einmal durch das Walzgerüst geführt und die wässrige Aufschlämmung so über mindestens eine Walze und eine Oberfläche des Schaumstoffes gegossen wird, das beim ersten Walzspalt ein Vorrat an Aufschlämmung hergestellt und der Schaumstoff gleichmässig mit der Aufschlämmung imprägniert wird, und - The polymeric organic foam is passed through the roll stand at least once and the aqueous slurry is poured over at least one roller and one surface of the foam, which in the first nip produces a stock of slurry and the foam is evenly impregnated with the slurry, and

— der imprägnierte Schaumstoff, um die organischen Komponenten auszutreiben, getrocknet und geheizt wird. - The impregnated foam to drive off the organic components is dried and heated.

Eine zweite im Rahmen der Erfindung liegende Lösung der gestellten Aufgabe unterscheidet sich darin, dass die wässrige Aufschlämmung über wenigstens eine Oberfläche des polymeren Schaumstoffes und in den ersten Walzspalt gegossen wird. Alle übrigen Verfahrensschritte bleiben unverändert. A second solution of the object within the scope of the invention differs in that the aqueous slurry is poured over at least one surface of the polymer foam and into the first roll gap. All other procedural steps remain unchanged.

Keramische Schaumstoffe mit einer Luftdurchlässigkeit von 100 X 10-7 cm2 bis 10 000 X 10~7 cm2 und struktureller Gleichförmigkeit werden ausgehend von einem offenporigen, polymeren organischen Schaummaterial hergestellt, das eine zur Erzielung der vorgenannten Luftdurchlässigkeit des keramischen Schaumstoffes geeignete Luftdurchlässigkeit und eine Kugelrückprallelastizität von mehr als 25 % Ceramic foams with an air permeability of 100 X 10-7 cm2 to 10,000 X 10 ~ 7 cm2 and structural uniformity are produced from an open-pore, polymeric organic foam material that has an air permeability suitable for achieving the aforementioned air permeability of the ceramic foam and a ball rebound elasticity of more than 25%

hat. Has.

Dieses Polymerisat wird mit einer fluidisierten wässri-gen Aufschlämmung einer thixotropen keramischen Zusammensetzung imprägniert. Die Aufschlämmung wird unmittelbar vor dem Durchgang des Schaumstoffs durch ein Paar von Walzspälten auf mindestens je eine Walze und eine Oberfläche des Schaumstoffes oder über wenigstens eine Oberfläche des Schaumstoffes und in den ersten Walzspalt gegossen. Um ein zeitlich aufeinanderfolgendes mehrmaliges Zusammendrücken, welches beim Durchgang durch den ersten Walzspalt50-90% der Dicke des eingesetzten Schaumstoffs und beim Durchgang durch den zweiten Walzspalt 70-90% der Dicke des ursprünglichen Schaumstoffs beträgt, zu ermöglichen, werden die Zwischenräume zwischen den entsprechenden Walzenpaaren im erwähnten Bereich fest eingestellt. Anschliessend an die kombinierten Verfahrensschritte, Imprägnieren und Zusammendrücken, wird der gebildete, gleichmässig imprägnierte Schaumstoff erhitzt, um vorerst die Feuchtigkeit und dann die organischen Schaumkomponenten auszutreiben. Der resultierende Gegenstand ist dann zum Gebrauch fertig, oder er kann, falls erwünscht, zum Sintern des keramischen Materials weiter erhitzt werden. This polymer is impregnated with a fluidized aqueous slurry of a thixotropic ceramic composition. The slurry is poured through a pair of nips onto at least one roller and one surface of the foam or over at least one surface of the foam and into the first nip just prior to passage of the foam. In order to enable a sequential, repeated compression, which is 50-90% of the thickness of the foam used when passing through the first roll gap and 70-90% of the thickness of the original foam when passing through the second roll gap, the gaps between the corresponding pairs of rolls become fixed in the range mentioned. Following the combined process steps, impregnation and compression, the formed, uniformly impregnated foam is heated in order to first expel the moisture and then the organic foam components. The resulting article is then ready for use or, if desired, can be further heated to sinter the ceramic material.

Die Herstellung der erfindungsgemässen keramischen Gegenstände aus Schaumstoff hängt von der Einhaltung bestimmter kritischer Eigenschaften und Parameter ab, wie dies in der US-PS 3 962 081 beschrieben wird. Um eine regelbare Durchlässigkeit und Rückprallelastizität des keramischen Endproduktes zu erhalten, muss von offenporigem, polymerem organischem Schaummaterial ausgegangen werden. Diese organischen Schaumstoffe haben, wenn das Endprodukt als Filter für geschmolzenes Aluminium eingesetzt The production of the ceramic articles according to the invention from foam depends on compliance with certain critical properties and parameters, as is described in US Pat. No. 3,962,081. In order to obtain a controllable permeability and resilience of the ceramic end product, it is necessary to start with open-pore, polymeric organic foam material. These organic foams have been used when the final product as a filter for molten aluminum

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

648 009 648 009

4 4th

werden soll, vorzugsweise eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von (400-8 000) . 10-7 cm2. Die Bestimmung der Luftdurchlässigkeit kann dem Buch «Micromeretics» von J. M. Dallavalle, Verlag Pitman, 1948, Seite 263, entnommen werden. should preferably be an air permeability in the range of (400-8,000). 10-7 cm2. The determination of the air permeability can be found in the book "Micromeretics" by J. M. Dallavalle, Verlag Pitman, 1948, page 263.

Im Rahmen der zur vorliegenden Erfindung führenden Versuche ist gefunden worden, dass die Luftdurchlässigkeit der als Endprodukt hergestellten Keramikgegenstände in erster Linie von der Durchlässigkeit des eingesetzten polymeren organischen Schaumstoffes abhängt. Beispielsweise sind keramische Schaumstoffe, die Durchlässigkeiten im Bereich von ungefähr 800 bis ungefähr 2 200 . 10~7 cm2 haben, aus einem Polyurethanschaum mit einer Luftdurchlässigkeit im Bereich von (4 500-5 400). 10-7 cm2 hergestellt worden. Ein Ausgangsschaummaterial, das in bezug auf die Durchlässigkeit eine Genauigkeit von dt 2% aufweist, erlaubt, dass die Durchlässigkeit des keramischen Schaumstoffes mit einer im Bereich von ±5% liegenden Genauigkeit vorausbestimmt werden kann. Within the scope of the experiments leading to the present invention, it has been found that the air permeability of the ceramic articles produced as the final product depends primarily on the permeability of the polymeric organic foam used. For example, ceramic foams have permeabilities in the range of about 800 to about 2,200. 10 ~ 7 cm2, made of a polyurethane foam with an air permeability in the range of (4 500-5 400). 10-7 cm2. A starting foam material which has an accuracy of dt 2% in terms of permeability allows the permeability of the ceramic foam to be predetermined with an accuracy in the range of ± 5%.

Zusätzlich zur Durchlässigkeit müssen die keramischen Schaumstoffe der vorliegenden Erfindung eine strukturelle Gleichförmigkeit und einen besonderen Bereich für die Porengrösse oder Porendichte aufweisen. Es ist gefunden worden, dass die strukturelle Gleichförmigkeit von der Rückprallelastizität des als Ausgangsmaterial eingesetzten polymeren organischen Schaumstoffes abhängt. Insbesondere kann die Rückprallelastizität unter Bezugnahme auf bestimmte Standardvorschriften, die in der Vorschrift ASTM-D-1564-71 aufgestellt sind, gemessen werden. Diese Standardvorschriften beziehen sich auf die nach der Kugelrückprallmethode gemessenen Eigenschaften in bezug auf Zusammendrückbarkeit und Rückprallelastizität. Die Zusammendrückbarkeit, die nach der Durchbiegeprüfung durch Druckbelastung bestimmt wird, zeigt, bis zu welchem Ausmass der Schaumstoff nach einer bestimmten Stauchung, beispielsweise auf 50%, zu seiner ursprünglichen Grösse oder Dicke zurückkehrt. Schaumstoffe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung als geeignet befunden worden sind, zeigen nach einem Zusammendrücken auf 50% eine bleibende Verformung von weniger als 30%, d.h. sie kehren daher nach dem Wegfall des Druckes auf wenigstens 70% ihrer ursprünglichen Dicke zurück. Die nach der Kugelrückprallprüfung bestimmte Rückprallelastizität ist ein Mass für die Widerstandsfähigkeit des Schaumstoffs gegenüber Druck, die mittels der Rückprallhöhe einer Stahlkugel, die von einer vorgegebenen Höhe auf die Schaumprobe fallen gelassen wird, gemessen wird. Dabei wird die Rückprallhöhe der Kugel in Prozenten, bezogen auf die ursprüngliche Höhe, ausgedrückt. Für die vorliegende Erfindung geeignete Schaumstoffe besitzen eine Kugelrückprallelastizität von mehr als 25 %. In addition to permeability, the ceramic foams of the present invention must have structural uniformity and a particular range for pore size or density. It has been found that the structural uniformity depends on the resilience of the polymeric organic foam used as the starting material. In particular, the rebound resilience can be measured with reference to certain standard regulations which are laid down in the regulation ASTM-D-1564-71. These standard regulations relate to the properties measured by the ball rebound method in terms of compressibility and rebound resilience. The compressibility, which is determined by the pressure load after the deflection test, shows the extent to which the foam returns to its original size or thickness after a certain compression, for example to 50%. Foams that have been found useful in the present invention, after being compressed to 50%, show a permanent set of less than 30%, i.e. they therefore return to at least 70% of their original thickness after the loss of pressure. The rebound resilience determined after the ball rebound test is a measure of the resistance of the foam to pressure, which is measured by means of the rebound height of a steel ball, which is dropped onto the foam sample from a predetermined height. The rebound height of the ball is expressed as a percentage of the original height. Foams suitable for the present invention have a ball rebound resilience of more than 25%.

Die oben stehenden Eigenschaften, die üblicherweise anlässlich von Prüfungsverfahren unter trockenen Bedingungen bestimmt worden sind, müssen im wesentlichen auch in wässrigem Milieu aufrechterhalten werden, wie beispielsweise während der Imprägnierung mit einer gleich-massigen Verteilung einer wässrigen keramischen Aufschlämmung. Demgemäss ist gefunden worden, dass hydrophobe Schaumstoffe bessere Ergebnisse bringen und deshalb gegenüber hydrophilen Schaumstoffen bevorzugt werden, weil die letzteren in wässrigem Milieu einen beträchtlichen Verlust an Rückprallelastizität erleiden. Dieser Verlust an Rückprallelastizität macht sich durch eine Verstopfung in der Mitte des als Filter eingesetzten keramischen Schaumstoffes bemerkbar. The above properties, which have usually been determined on the basis of test methods under dry conditions, must essentially also be maintained in an aqueous environment, such as, for example, during impregnation with a uniform distribution of an aqueous ceramic slurry. Accordingly, it has been found that hydrophobic foams give better results and are therefore preferred over hydrophilic foams because the latter suffer a considerable loss of resilience in an aqueous environment. This loss of rebound resilience is noticeable by a blockage in the middle of the ceramic foam used as a filter.

Unter Berücksichtigimg der oben genannten Kriterien umfassen die erfindungsgemäss einsetzbaren Ausgangssubstanzen viele polymere organische Schaumstoffe mit hochelastischen hydrophoben Eigenschaften, wie z.B. Polyurethane auf der Basis von Polyestern oder Polyäthern, hoch elastische oder kalt gehärtete, auf der Basis von polymeren Isocyanaten aufgebaute Urethane, Polyvinylschaumstoffe, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat und Polyvinylcopo-lymere, mit Polyäthylenen oder Polysiloxanen oder deren Mischpolymerisaten beschichtete Polyurethane, und aus geeigneten Harzen, wie Cellulosederivaten hergestellte Schaumstoffe. Alle eingesetzten Schaumstoffe müssen unterhalb der Sintertemperatur des keramischen Materials, mit dem sie imprägniert sind, verbrennen oder sich verflüchtigen. Wie bereits erwähnt worden ist, müssen die Dimensionen des Schaumstoffes ungefähr denjenigen des gewünschten keramischen Gegenstands entsprechen. So wird beispielsweise ein organischer Schaumstoff mit einer Dicke von etwa 6-100 mm eingesetzt, wenn der keramische Schaumstoff als Filter für geschmolzenes Metall eingesetzt werden soll. Ausser den geforderten Eigenschaften in bezug auf Durchlässigkeit und Gleichförmigkeit müssen die oben genannten Polymerisate eine Porengrösse innerhalb definierter Grenzen aufweisen, damit sie zur Herstellung von Filtern für geschmolzene Metalle eingesetzt werden können. Auch für die strukturelle Gleichförmigkeit des keramischen Schaumstoffes ist die Poren- oder Zellengrösse wichtig, sie sollte vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 2-20 Poren pro cm Länge, insbesondere von 10-14 Poren pro cm Länge, liegen. Taking into account the above-mentioned criteria, the starting substances which can be used according to the invention comprise many polymeric organic foams with highly elastic hydrophobic properties, such as e.g. Polyurethanes based on polyesters or polyethers, highly elastic or cold-hardened urethanes based on polymeric isocyanates, polyvinyl foams such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate and polyvinyl copolymers, polyurethanes coated with polyethylenes or polysiloxanes or their copolymers, and from suitable resins, foams made like cellulose derivatives. All foams used must burn or evaporate below the sintering temperature of the ceramic material with which they are impregnated. As has already been mentioned, the dimensions of the foam must correspond approximately to those of the desired ceramic article. For example, an organic foam with a thickness of about 6-100 mm is used if the ceramic foam is to be used as a filter for molten metal. In addition to the required properties with regard to permeability and uniformity, the abovementioned polymers must have a pore size within defined limits so that they can be used for the production of filters for molten metals. The pore or cell size is also important for the structural uniformity of the ceramic foam; it should preferably be within a range of 2-20 pores per cm length, in particular 10-14 pores per cm length.

Die Kontrolle der oben genannten Variablen trägt zur strukturellen Gleichförmigkeit und Durchlässigkeit von Ke-ramikfiltern bei. Die Gewundenheit des Fliessweges bestimmt die Metallfliessgeschwindigkeit und die Leistungsfähigkeit. Obwohl die obenstehenden Faktoren bedeutsam sind, werden noch weitere Faktoren beschrieben, die zu einer weitergehenden Kontrolle der Endprodukte aus keramischen Schaumstoffen beitragen. Checking the above variables contributes to the structural uniformity and permeability of ceramic filters. The tortuousness of the flow path determines the metal flow rate and the performance. Although the above factors are significant, other factors are described that contribute to further control of the final ceramic foam products.

Die unter Bezugnahme auf die oben geführten Kriterien ausgewählten organischen Schaumstoffe werden mit einer Aufschlämmung eines thixotropen keramischen Materials imprägniert. Die thixotropen Eigenschaften sind bei der vorliegenden Erfindung wesentlich, weil sie die Gleichförmigkeit der Struktur und die Festigkeit des Endproduktes aus keramischem Schaummaterial mitbestimmen. Thixotrope Materialien zeigen einen hohen Widerstand gegen ein Fliessen unter einer geringen Schubspannung und einen niedrigen Widerstand gegen ein Fliessen unter einer verhältnismässig starken Schubspannung. Die keramische Aufschlämmung der vorliegenden Erfindung muss eine genügende Fliessfähigkeit aufweisen, um rasch in die Hohlräume, d.h. die Poren, des organischen Schaumstoffes eindringen und diese füllen zu können, wodurch das Netzwerk des umgebenden Polymerisates beschichtet wird. Gleichzeitig muss die Aufschlämmung beim Wegfall des Druckes schnell wieder eine genügende Viskosität gewinnen, um ein Ablaufen oder Austropfen vom imprägnierten Schaumstoff zu verhindern. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist gefunden worden, dass gewisse keramische Materialien, die zusammen mit besonderen, in Luft abbindenden Mitteln und mit kurzzeitigen Bindemitteln, die die gewünschten thixotropen Eigenschaften aufweisen, erfolgreich zu einer Imprägnierung und der anschliessenden gleichmässigen Verteilung durch den polymeren Schaumstoff führen. The organic foams selected with reference to the criteria listed above are impregnated with a slurry of a thixotropic ceramic material. The thixotropic properties are essential in the present invention because they determine the uniformity of the structure and the strength of the end product made of ceramic foam material. Thixotropic materials show a high resistance to flow under a low shear stress and a low resistance to flow under a relatively strong shear stress. The ceramic slurry of the present invention must have sufficient fluidity to rapidly enter the cavities, i.e. to be able to penetrate the pores of the organic foam and fill them, thereby coating the network of the surrounding polymer. At the same time, when the pressure drops, the slurry must quickly regain sufficient viscosity to prevent the impregnated foam from draining or dripping. It has been found in the context of the present invention that certain ceramic materials which, together with special air-binding agents and with short-term binders which have the desired thixotropic properties, successfully lead to impregnation and the subsequent uniform distribution by the polymeric foam.

Weil die hier verwendete keramische Aufschlämmung entsprechend dem Verwendungszweck des Schaumstoffes varieren kann, ist es möglich, eine grosse Zahl von keramischen Materialien von unterschiedlicher Feuerfestigkeit einzusetzen. Es können insbesondere Materialien wie Aluminiumoxid, Chromoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid, Siliziumoxid und Mischungen davon in der Auf- Because the ceramic slurry used here can vary according to the intended use of the foam, it is possible to use a large number of ceramic materials of different fire resistance. In particular, materials such as aluminum oxide, chromium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, silicon oxide and mixtures thereof can be

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

648009 648009

schlämmung vorhanden sein. Diese Materialien sind für ihre verhältnismässig hohe Feuerfestigkeit und Nützlichkeit bei hohen Temperaturen bekannt. Zur Herstellung der Gegenstände aus keramischem Schaumstoff können jedoch auch andere Materialien von geringerer Feuerfestigkeit verwendet werden, wie Mullit, kalzinierter Ton und verschiedene Gläser mit hoher Erweichungstemperatur, und zwar entweder allein oder zusammen mit jedem anderen, sowie zusammen mit feuerfesteren Materialien. Bei Filtern für geschmolzenes Metall besteht das einzige Erfordernis an die Auswahl der besonderen keramischen Materialien darin, dass sie dem Schaumstoff während der Filterierzeiten eine genügende Widerstandsfähigkeit gegen den chemischen Angriff durch die flüssigen Legierungen verleihen. Eine keramische Zusammensetzung, welche sich erfindungs-gemäss mit besonderem Erfolg einsetzen lässt, besteht aus einem Gemisch von Aluminiumoxid und Chromoxid. slurry may be present. These materials are known for their relatively high fire resistance and usefulness at high temperatures. However, other materials of lower fire resistance, such as mullite, calcined clay and various glasses with a high softening temperature, can be used to manufacture the ceramic foam articles, either alone or together with each other, as well as together with refractory materials. For filters for molten metal, the only requirement for the selection of the special ceramic materials is that they give the foam sufficient resistance to chemical attack by the liquid alloys during the filtering times. A ceramic composition, which according to the invention can be used with particular success, consists of a mixture of aluminum oxide and chromium oxide.

Die keramischen Zusammensetzungen umfassen auch einen bei Raumtemperatur wirkenden Binder oder ein mit Luft abbindendes Mittel, damit der Aufschlämmung eine Grünfestigkeit verleiht wird, insbesondere während des Austreibens der organischen Komponenten und der wahlweisen Sinterverfahren, bei welchen der Schaumstoff thermischen Spannungen unterworfen wird. Es ist eine grosse Zahl von in der Luft abbindenden Mitteln oder anderen Bindemitteln bekannt, welche dazu eingesetzt werden können. So kann beispielsweise die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung Materialien wie kolloidales Aluminiumorthophosphat, Alkalimetallsilikate, wie Natrium- und Kaliumsilikat, Äthylsilikate, Aluminiumhydroxychlorid, Magnesiumorthoborat und dergleichen umfassen. Der Binder oder das in Luft abbindende Mittel wird im allgemeinen in einer 50%igen wässrigen Lösung verwendet, welche ihrerseits mit einem Anteil von 5 bis ungefähr 50% zu der Aufschlämmung gegeben werden kann. Die Aufschlämmung enthält somit 2,5-25% des luftabbindenden Mittels oder anderen Binders. Vorzugsweise liegt der Anteil der Binderlösung im Bereich von 25-35%, bezogen auf die gesamte Aufschlämmuung. The ceramic compositions also include a room temperature binder or an air setting agent to impart green strength to the slurry, particularly during expulsion of the organic components and optional sintering processes in which the foam is subjected to thermal stress. A large number of air-binding agents or other binders are known which can be used for this. For example, the composition of the present invention may include materials such as colloidal aluminum orthophosphate, alkali metal silicates such as sodium and potassium silicate, ethyl silicates, aluminum hydroxychloride, magnesium orthoborate and the like. The binder or air-setting agent is generally used in a 50% aqueous solution, which in turn can be added to the slurry at a level of 5 to about 50%. The slurry thus contains 2.5-25% of the air setting agent or other binder. The proportion of the binder solution is preferably in the range of 25-35%, based on the total slurry.

Zusätzlich zu den oben erwähnten Bindern können Theologische Substanzen verwendet werden, welche dazu dienen, die erwünschten thixotropen Eigenschaften der Aufschlämmung zu fördern. Es sind mehrere Substanzen bekannt, die mit Erfolg als Theologische Mittel eingesetzt werden können, darunter bestimmte organische Verbindungen, insbesondere Cellulosederivate, wie Carboxymethylcellulose und Hydroxyäthylcellulose, sowie bestimmte anorganische Substanzen, wie Bentonit und Kaolin. Von den diesbezüglich zur Verfügung stehenden Substanzen wird Bentonit besonders bevorzugt. Bentonit ist ein natürlich vorkommender Ton, der hauptsächlich aus Aluminiumoxid und verschiedenen Silikaten besteht und gewöhnlich noch etwas Magnesium und Eisen enthält. Zusätzlich zur Förderung der thixotropen Eigenschaften der Aufschlämmung bewirkt Bentonit eine schwache Bindemittelfunktion, da beim Kalzinieren des Gegenstandes bestimmte Glasphasen erzeugt werden, was der Endstruktur des Schaumstoffes eine erhöhte Festigkeit verleiht. Zusätzlich zum Bentonit kann auch eine kleine Menge von Kaolin eingesetzt werden, was sowohl ein verbessertes Abbinden als auch eine rheologisch hochwertigere fertige Aufschlämmung bewirkt. Auch Kaolin ist ein hauptsächlich aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid bestehender Ton. Selbstverständlich könnte man die chemischen Äquivalente der oben erwähnten Substanzen verwenden, um ihre Zusammensetzung zu approximieren. Der übliche Bereich des zugegebenen Theologischen Mittels der vorliegenden Erfindung liegt zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 12 Gew.-%, bezogen auf die Aufschlämmung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Theologischen Mittel in einem zwischen ungefähr 0,5 und 2 Gew.-% liegenden Anteil zugegeben. In addition to the binders mentioned above, theological substances can be used which serve to promote the desired thixotropic properties of the slurry. Several substances are known which can be used successfully as theological agents, including certain organic compounds, in particular cellulose derivatives, such as carboxymethyl cellulose and hydroxyethyl cellulose, and certain inorganic substances, such as bentonite and kaolin. Of the substances available in this regard, bentonite is particularly preferred. Bentonite is a naturally occurring clay that mainly consists of aluminum oxide and various silicates and usually still contains some magnesium and iron. In addition to promoting the thixotropic properties of the slurry, bentonite acts as a weak binder, since certain glass phases are produced when the article is calcined, which gives the end structure of the foam increased strength. In addition to bentonite, a small amount of kaolin can also be used, which improves both setting and a rheologically higher-quality finished slurry. Kaolin is also a clay consisting mainly of aluminum oxide and silicon oxide. Of course, one could use the chemical equivalents of the substances mentioned above to approximate their composition. The usual range of theological agent added of the present invention is between about 0.1 and about 12 weight percent based on the slurry. In a preferred embodiment, the theological agents are added in a proportion of between approximately 0.5 and 2% by weight.

Obwohl eine grosse Zahl von Rezepturen für die Herstellung des thixotropen keramischen Materials eingesetzt werden kann, ist eine besonders gut geeignete Zusammensetzung, welche Alumniumoxid in einer Menge etwa 40-80%, vorzugsweise von etwa 35-50%, Chromoxid in einer Menge bis zu etwa 20%, vorzugsweise etwa 10-15%, Kaolin in einer Menge bis zu etwa 10%, vorzugsweise etwa 2-5%, Bentonit in einer Menge von etwa 0,1-10%, vorzugsweise etwa 0,5-2%, kolloidales Aluminiumorthophosphat (50%ige Lösung) in einer Menge von etwa 5-50%, vorzugsweise etwa 25-35%, enthält, gefunden worden. Zu der obenstehenden Rezeptur kann zusätzlich Wasser in einer Menge bis zu etwa 20%, vorzugsweise etwa 5-10%, gegeben werden, damit, wie nachstehend beschrieben, die Viskosität auf einen bestimmten Wert eingestellt werden kann. Obwohl die vorgenannte Rezeptur in ihren bevorzugten Bereichen vorgeschlagen wird, sind selbstverständlich auch andere Rezepturen, welche die früher genannten anderen Bestandteile enthalten, geeignet. Although a large number of formulations can be used for the production of the thixotropic ceramic material, a particularly suitable composition is that of aluminum oxide in an amount of about 40-80%, preferably of about 35-50%, chromium oxide in an amount of up to about 20%, preferably about 10-15%, kaolin in an amount up to about 10%, preferably about 2-5%, bentonite in an amount of about 0.1-10%, preferably about 0.5-2%, colloidal Containing aluminum orthophosphate (50% solution) in an amount of about 5-50%, preferably about 25-35%. In addition to the above formulation, water can be added in an amount up to about 20%, preferably about 5-10%, so that the viscosity can be adjusted to a certain value, as described below. Although the aforementioned formulation is proposed in its preferred areas, other recipes containing the other constituents mentioned earlier are of course also suitable.

Abgesehen von den thixotropen Eigenschaften muss die keramische Aufschlämmung der vorliegenden Erfindung eine während der Imprägnierdauer sorgfältig eingestellte Viskosität aufweisen, damit reproduzierbar gleichförmige keramische Gegenstände hergestellt werden können. Es ist gefunden worden, dass der erwünschte Viskositätsbereich zwischen 1-80 Pas, vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 10-40 Pas, insbesondere 25-35 Pas, liegt. Die Viskosität wird während der Herstellung der Aufschlämmung eingestellt, muss aber auch während der Imprägnierung des organischen Schaumstoffes im oben genannten Bereich liegen. Wie bereits erwähnt, besteht ein geeigneter Weg zur Einstellung und Kontrolle der Viskosität darin, dass der Wassergehalt innerhalb des angegebenen Bereiches verändert wird. Für die Belange der vorliegenden Erfindung wird die Viskosität bei 25°C mit einem Brookfield RVT-Visko-simeter bei 20 Umdrehungen pro Minute, nach 15 Minuten Drehen, gemessen. Vorgängig ist die Aufschlämmung in einem 76,5 Liter fassenden Hobart-Mischer während 30 Minuten mit 60 Umdrehungen pro Minute gemischt worden. Aside from the thixotropic properties, the ceramic slurry of the present invention must have a viscosity carefully adjusted during the impregnation period in order to reproducibly produce uniform ceramic articles. It has been found that the desired viscosity range is between 1-80 Pas, preferably within a range of 10-40 Pas, especially 25-35 Pas. The viscosity is adjusted during the preparation of the slurry, but must also be in the above range during the impregnation of the organic foam. As already mentioned, a suitable way to adjust and control the viscosity is to change the water content within the specified range. For the purposes of the present invention, the viscosity is measured at 25 ° C. with a Brookfield RVT viscometer at 20 revolutions per minute after 15 minutes of rotation. The slurry was previously mixed in a 76.5 liter Hobart mixer for 30 minutes at 60 revolutions per minute.

In der Zeichnung werden zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung schematisch im Längsschnitt dargestellt. Sie zeigt die Herstellung einer gleichmässig imprägnierten polymeren Schaumstoffplatte durch ein Walzverfahren, in dem eine wässrige Aufschlämmung einer keramischen Zusammensetzung unmittelbar vor dem Durchgang durch einen ersten Walzspalt aufgebracht wird. Es zeigen: In the drawing, two preferred embodiments of the invention are shown schematically in longitudinal section. It shows the production of a uniformly impregnated polymeric foam sheet by a rolling process in which an aqueous slurry of a ceramic composition is applied immediately before it passes through a first roll nip. Show it:

Fig. 1 ein Walzgerüst mit drei Presswalzen, in welchem die imprägnierte Platte in rascher Folge zusammengedrückt, ausgedehnt, wieder zusammengedrückt und erneut ausgedehnt wird, 1 is a roll stand with three press rolls, in which the impregnated plate is compressed, expanded, compressed again and expanded again in rapid succession,

Fig. 2 das Zusammendrücken bzw. das Ausdehnen der Platte mittels zweier Walzenpaare. Fig. 2, the compression or expansion of the plate by means of two pairs of rollers.

In Fig. 1 werden Platten aus schwammartigem Polyurethanschaum mit einer Porenzahl zwischen 2 und 20 Poren pro Zentimeter Länge, vorzugsweise zwischen 10 und 14 Poren pro Zentimeter Länge und beispielsweise einer Dicke vom 5 cm nacheinander durch einen 12 mm breiten Walzspalt zwischen den Walzen 2 und 3 anschliessend durch den unmittelbar benachbarten, 5-10 mm breiten Walzspalt zwischen den Walzen 2 und 4 geführt. Die dazu eingesetzten Schaumstoffplatten können jede geeignete Länge aufweisen, eine Breite von 100-900 mm und eine Dicke von 6-100 mm, beispielsweise eine Breite von 430 mm und eine Dicke von 50 mm, haben. Die eingesetzten Presswalzen 2, 3 und 4 haben eine sandgestrahlte Oberfläche, weis In Fig. 1, sheets of sponge-like polyurethane foam with a pore number between 2 and 20 pores per centimeter in length, preferably between 10 and 14 pores per centimeter in length and for example a thickness of 5 cm in succession through a 12 mm wide nip between the rollers 2 and 3 then passed through the immediately adjacent 5-10 mm wide nip between rollers 2 and 4. The foam sheets used for this can have any suitable length, a width of 100-900 mm and a thickness of 6-100 mm, for example a width of 430 mm and a thickness of 50 mm. The press rolls 2, 3 and 4 used have a sandblasted surface, white

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

648 009 648 009

6 6

sen einen geeigneten Durchmesser von beispielsweise 75 mm auf und sind etwas länger als die Breite der eingesetzten Schaumstoffplatten. Die Walzen sind in einem nicht dargestellten Gerüst eingesetzt, welches von der Stütze 5 getragen wird. Ein nicht eingezeichnetes Getriebe sorgt dafür, dass alle Walzen mit der gleichen Geschwindigkeit gedreht werden, beispielsweise mit 12,5 Umdrehungen pro Minute. Die Stirnseite der Platte kann in die Aufschlämmung eingetaucht werden, bevor sie in den ersten Walzspalt eingeführt wird. Während des Durchgangs der Platte durch das Walzgerüst fliesst die Aufschlämmung 6 aus dem Behälter 7 über die im Bereich des Eintrittsspaltes liegende Oberfläche der Walze 2 und der Platte 1. Die Ausfliessgeschwindigkeit der Aufschlämmung wird so bemessen, dass auf der Eintrittsseite des ersten Walzspaltes ein Vorrat 8 an Aufschlämmung gebildet wird. Nach dem Verlassen des ersten Walzspaltes dehnt sich die Platte 1 wegen ihrer Rückprallelastizität schnell wieder auf ihre ursprüngliche Dicke aus. Sie wird aber unmittelbar darauf wieder zusammengedrückt, weil sie durch den zweiten Walzspalt zwischen den Walzen 2 und 4 geführt wird. Nach dem Austritt aus diesem Walzspalt dehnt sich die Platte sofort wieder auf ihre ursprüngliche Grösse aus und wird darauf vom Förderband 9 abgeführt. Die Serie von alternativem Zusammendrücken und Ausdehnenlassen der Platte dient dazu, die Aufschlämmung in fliess-fähigem Zustand zu erhalten und so ihre gleichförmige Verteilung über die ganze Platte zu erleichtern. Unmittelbar nach dem Durchgang durch den letzten Spalt des Walzgerüsts befindet sich die in den Poren der Schaumstoffplatte zurückgehaltene Aufschlämmung in einem Ruhezustand, und ihre Viskosität steigt wegen ihren thixotropen Eigenschaften rasch an, weshalb die Aufschlämmung während den folgenden Behandlungen und während dem Trocknungsprozess nicht aus der Platte ausfliesst. sen a suitable diameter of, for example, 75 mm and are slightly longer than the width of the foam sheets used. The rollers are used in a stand, not shown, which is supported by the support 5. A gear not shown ensures that all rollers are rotated at the same speed, for example at 12.5 revolutions per minute. The face of the plate can be immersed in the slurry before it is inserted into the first nip. During the passage of the plate through the roll stand, the slurry 6 flows out of the container 7 over the surface of the roller 2 and the plate 1 located in the area of the entry gap slurry is formed. After leaving the first nip, the plate 1 expands again quickly to its original thickness due to its resilience. But it is immediately compressed again because it is passed through the second nip between rollers 2 and 4. After emerging from this roll gap, the plate expands again to its original size and is then removed from the conveyor belt 9. The series of alternate compression and expansion of the plate serves to keep the slurry in a flowable state, thereby facilitating its uniform distribution over the entire plate. Immediately after passing through the last nip of the mill stand, the slurry retained in the pores of the foam sheet is at rest and its viscosity increases rapidly due to its thixotropic properties, which is why the slurry does not come out of the sheet during subsequent treatments and during the drying process flows out.

Das oben beschriebene Durchführen der Platte durch das Walzgerüst kann ein- oder zweimal wiederholt werden, damit die erwünschte Gleichförmigkeit der Verteilung der in der Platte zurückgehaltenen Aufschlämmung gewährleistet ist. Für weitere Durchgänge durch das Walzgerüst wird die Platte vorzugsweise um 180°, in bezug auf ihre Enden, gedreht. Die aus einem ersten Walzgerüst austretende imprägnierte Platte kann auch durch ein oder mehrere in gleicher Art angeordnete Walzgerüste geführt werden. Unterhalb des Walzgerüsts ist ein Tropfenbehälter 10 angeordnet, um die überschüssige Aufschlämmung und die von den Kanten der Platte und den Walzen anfallenden Tropfen aufzufangen. Die im Tropfbehälter 10 gesammelte Aufschlämmung kann laufend oder in bestimmten Zeitabständen zum nicht gezeigten Hauptbehälter für die Aufschlämmung zurückgeführt werden, wo sie durch hinreichendes Rühren oder Vibrieren in einem fliessfähigen und gebrauchsfertigen Zustand erhalten wird. The passage of the plate through the roll stand described above can be repeated once or twice to ensure the desired uniformity in the distribution of the slurry retained in the plate. For further passes through the roll stand, the plate is preferably rotated through 180 ° with respect to its ends. The impregnated plate emerging from a first roll stand can also be passed through one or more roll stands arranged in the same way. A drop container 10 is arranged below the roll stand to collect the excess slurry and the drops from the edges of the plate and the rollers. The slurry collected in the drip tank 10 can be continuously or at certain intervals returned to the main tank for the slurry, not shown, where it is obtained in a flowable and ready-to-use state by sufficient stirring or vibration.

Unter den verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der oben beschriebenen Vorrichtung ist eine Anordnung hervorzuheben, bei welcher die Walzen 2 und 3 derart nebeneinander angeordnet werden, dass ihre Achsen im wesentlichen in derselben Horizontalebene liegen. In diesem Fall kann der Vorrat an Aufschlämmung beim Eintritt in den Walzspalt mit beiden Plattenoberflächen in Kontakt gehalten werden. Die Walze 4 wird unterhalb der Walzen 2 und 3, ungefähr in der Mitte, angeordnet, damit die Platte während ihrem Durchgang durch die Walzspälte nicht übermässig verdreht wird. Among the various design options of the device described above, an arrangement is to be emphasized in which the rollers 2 and 3 are arranged side by side in such a way that their axes lie essentially in the same horizontal plane. In this case, the slurry supply can be kept in contact with both plate surfaces as it enters the nip. The roller 4 is arranged below the rollers 2 and 3, approximately in the middle, so that the plate is not rotated excessively during its passage through the nips.

Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung besteht aus zwei Tandemwalzgerüsten, welche an Stelle des in Fig. 1 gezeigten Triowalzgerüsts eingesetzt werden. Die ersten und zweiten Walzspälte sind zwischen den Walzen 11 und 12 des ersten Walzgerüstes bzw. zwischen den Walzen 13 und 14 des zweiten Walzgerüstes angeordnet, sie arbeiten in derselben Weise, wie es in bezug auf die Ausführung nach Fig. 1 dargelegt worden ist. The arrangement shown in FIG. 2 consists of two tandem rolling stands, which are used instead of the tri-roll stand shown in FIG. 1. The first and second roll gaps are arranged between the rolls 11 and 12 of the first roll stand and between the rolls 13 and 14 of the second roll stand, they operate in the same manner as has been explained with reference to the embodiment according to FIG. 1.

Die gleichmässig imprägnierten Platten werden durch das Förderband 9 abgeführt und können dann, falls erwünscht, zur Herstellung von geschmolzenen keramischen Schaumstoffgegenständen gebrannt werden. Das Trocknen und Heizen wird in erster Linie durchgeführt, um vorerst das Wasser und dann die organischen polymeren Schaumstoffe aus dem Gegenstand auszutreiben. Im allgemeinen können übliche Trocknungsverfahren angewendet werden, aber es sollte dabei beachtet werden, dass bei der Wahl einer geeigneten Aufheizgeschwindigkeit für das Austreiben des Schaumstoffes die durch den Oxidationsprozess des Schaumstoffes freiwerdende Wärme mitberücksichtigt wird. Die Auswirkungen dieses Phänomens sind besonders zu beachten, wenn grosse Mengen des Schaumstoffs erhitzt werden und ein bedeutender Volumenanteil der Heizkammer durch die Gegenstände besetzt ist. In solchen Fällen kann es notwendig sein, das Material bei einer Temperatur im Bereich von 205-370°C zu halten, um ein von der chemischen Reaktion herrührendes übermässiges Aufheizen zu vermeiden. Ein übermässiges Aufheizen kann dazu führen, dass die keramischen Fäden infolge thermischer Spannungen reissen. Die genaue Temperatur wird durch den im einzelnen Fall eingesetzten organischen Schaumstoff bestimmt. The uniformly impregnated plates are removed by the conveyor belt 9 and can then, if desired, be fired to produce molten ceramic foam articles. The drying and heating is carried out primarily to first expel the water and then the organic polymeric foams from the article. In general, conventional drying methods can be used, but it should be borne in mind that when choosing a suitable heating rate for expelling the foam, the heat released by the oxidation process of the foam is also taken into account. The effects of this phenomenon are particularly important when large amounts of foam are heated and a significant volume of the heating chamber is occupied by the objects. In such cases, it may be necessary to keep the material at a temperature in the range of 205-370 ° C to avoid excessive heating due to the chemical reaction. Excessive heating can cause the ceramic threads to tear as a result of thermal stresses. The exact temperature is determined by the organic foam used in the individual case.

Der keramische Schaumstoff kann, falls erwünscht, weiter erhitzt oder gebrannt werden, um die keramischen Partikel zur Bildung einer hochrefraktären Struktur zu sintern. Wie früher erwähnt, ist dieses Sintern jedoch fakultativ, The ceramic foam may, if desired, be further heated or fired to sinter the ceramic particles to form a highly refractory structure. However, as mentioned earlier, this sintering is optional,

es ist gefunden worden, dass das Schaummaterial, falls es als Filter für geschmolzenes Aluminium eingesetzt wird, nur bei einer Temperatur im Bereich von 540-595°C behandelt werden muss, um die organischen Komponenten auszutreiben. Das dabei entstehende Filter ist für die Reinigung von geschmolzenen Aluminiumlegierungen bei Temperaturen bis 760°C einsetzbar. Das Abbinden in der Luft oder der Binder verleiht dem Gegenstand eine genügende Festigkeit, der vollständige Sinterprozess ist nicht notwendig. Wenn das oben beschriebene Verfahren verwendet wird, können keramische Schaumstoffe mit einer Dicke im Bereich von 6-100 mm hergestellt werden, die eine Flächen-ausdenung von einem oder mehreren Quadratmetern erreichen können. Die Schaumstoffe können, je nach dem eingesetzten organischen Ausgangsschaumstoff, Porenzahlen von 2-20 Poren pro cm Länge, eine Durchlässigkeit von ungefähr (100-10 000). 10-7 cm2 und eine Schüttdichte von 0,2-1 g/cm3 besitzen. it has been found that the foam material, if used as a filter for molten aluminum, only needs to be treated at a temperature in the range of 540-595 ° C to drive off the organic components. The resulting filter can be used to clean molten aluminum alloys at temperatures up to 760 ° C. The setting in the air or the binder gives the object sufficient strength, the complete sintering process is not necessary. If the method described above is used, ceramic foams with a thickness in the range of 6-100 mm can be produced, which can reach a surface area of one or more square meters. Depending on the organic starting foam used, the foams can have a pore number of 2-20 pores per cm length, a permeability of approximately (100-10,000). 10-7 cm2 and a bulk density of 0.2-1 g / cm3.

Falls die Schaumstoffgegenstände der vorliegenden Erfindung als Filter für geschmolzenes Metall verwendet werden, liegt die Luftdurchlässigkeit vorzugsweise im Bereich von ungefähr (400-8 000). 10-7 cm2 und die Porendichte ungefähr zwischen 2 und 18 Poren pro cm Länge. Wie früher erwähnt, können natürlich beide Parameter, Durchlässigkeit und Porenzahl, je nach der besonderen Verwendungsart des Gegenstandes variiert werden. So kann beispielsweise ein verhältnismässig feines Keramikfilter hergestellt werden, welches eine Luftdurchlässigkeit von (400-2 500). 10-7 cm2 und eine Porendichte von 8-18 Poren pro cm Länge besitzt. Ein derartiges Filter ist vorteilhaft bei der Filtrierung von Aluminiumlegierungen der 5000er-Serie (vierziff-rige Werkstoffbezeichnungen). Wenn jedoch das zu filtrierende Metall besonders schmutzig ist, sollte das flüssige Metall vorerst mit einem verhältnismässig groben Keramikfilter gereinigt werden, das eine Porendichte zwischen 2 und 8 Poren pro cm Länge und eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von (2 500-8 000). 10-7 cm2 hat. Diese differens If the foam articles of the present invention are used as a filter for molten metal, the air permeability is preferably in the range of about (400-8,000). 10-7 cm2 and the pore density approximately between 2 and 18 pores per cm length. As mentioned earlier, both parameters, permeability and number of pores can of course be varied depending on the particular use of the object. For example, a relatively fine ceramic filter can be produced, which has an air permeability of (400-2 500). 10-7 cm2 and has a pore density of 8-18 pores per cm length. Such a filter is advantageous when filtering aluminum alloys of the 5000 series (four-digit material designations). However, if the metal to be filtered is particularly dirty, the liquid metal should first be cleaned with a relatively coarse ceramic filter, which has a pore density between 2 and 8 pores per cm length and an air permeability in the range of (2 500-8 000). 10-7 cm2. This differens

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

zierte Filtrierung kann erreicht werden, indem ein einziges Filter mit einer Abstufung der Eigenschaften oder eine Serie von Filtern mit verschiedener Porosität eingesetzt wird. Ornate filtration can be achieved by using a single filter with a gradation of properties or a series of filters with different porosity.

Weitere Vorteile und Eigenschaften des oben beschriebenen Verfahrens werden bei der Betrachtung der nachfolgenden Beispiele besser verstanden. Das zu Vergleichszwek-ken aufgeführte Beispiel 1 beinhalten das Verfahren der US-PS 4 024 212, während Beispiel 2 die vorliegende Erfindung betrifft. Further advantages and properties of the method described above are better understood when considering the examples below. Example 1 listed for comparison purposes include the method of U.S. Patent 4,024,212, while Example 2 relates to the present invention.

Beispiel 1 example 1

Als Ausgangsmaterial wird ein Polyesterpolyurethan-Schaumstoff verwendet, welcher eine Dicke von 50 mm, A polyester-polyurethane foam with a thickness of 50 mm,

eine Porendichte von 12 Poren pro cm Länge und eine Luftdurchlässigkeit von 4 697 . 10~7 cm2 hat. Eine wässrige keramische Aufschlämmung mit 47 % Aluminiumoxid, 13% Chromoxid, 3,5% Kaolin, 1% Bentonit und 29% Aluminiumorthophosphat (50% ige wässrige Lösung) wurden während einer Stunde mit 60 Umdrehungen pro Minute in einem 76,5 Liter fassenden Hobart-Mischer durchmischt. Nach einer halben Stunde Mischdauer wurde zur Prüfung der Viskosität eine Probe entnommen. Die Probe zeigte, dass die Aufschlämmung eine Viskosität von 32,0 Pas aufwies, bei 25°C mit einem Brookfield RVT Viskosi-meter bei 20 Umdrehungen pro Minute, nach 15 Minuten Drehen, gemessen. Eine Platte des organischen Schaumstoffs wurde vollständig in die Aufschlämmung eingetaucht und während ungefähr 30 Sekunden wiederholt mit einem Tauchstempel zusammengedrückt und wieder entlastet, während das Bad mit der Aufschlämmung mit einer Frequenz von 60 Hertz vibriert wurde, um die Hohlräume des Schaumstoffes mit Aufschlämmung zu füllen. Die derart imprägnierte Schaumstoffplatte wurde aus der Aufschlämmung genommen und durch in einem Trio-Walzgerüst angeordnete, sandgestrahlte Walzen, welche vorher auf eine 75 und 87,5% ige Reduktion fest eingestellt waren, geführt, um die überschüssige Aufschlämmung auszuquetschen. Die Walzen hatten einen Durchmesser von 75 mm und wurden mit einer Geschwindigkeit von 12,5 Umdrehungen pro Minute angetrieben. Nach dem Durchführen durch die Walzspälte sprang die Schaumstoff platte jeweils praktisch vollständig auf die ursprüngliche Dicke zurück. a pore density of 12 pores per cm length and an air permeability of 4,697. 10 ~ 7 cm2. An aqueous ceramic slurry containing 47% alumina, 13% chromium oxide, 3.5% kaolin, 1% bentonite and 29% aluminum orthophosphate (50% aqueous solution) was made in a 76.5 liter Hobart for one hour at 60 rpm -Mixer mixed. After half an hour of mixing, a sample was taken to check the viscosity. The sample showed that the slurry had a viscosity of 32.0 Pas measured at 25 ° C with a Brookfield RVT viscometer at 20 revolutions per minute after 15 minutes of rotation. A sheet of the organic foam was fully immersed in the slurry and repeatedly squeezed and relieved for approximately 30 seconds with a plunger and relieved while the bath was vibrated with the slurry at a frequency of 60 Hertz to fill the voids in the foam with slurry. The foam sheet impregnated in this manner was removed from the slurry and passed through sandblasted rolls arranged in a trio roll stand, which had previously been set to a 75 and 87.5% reduction, in order to squeeze out the excess slurry. The rolls had a diameter of 75 mm and were driven at a speed of 12.5 revolutions per minute. After passing through the roll gap, the foam sheet almost completely returned to the original thickness.

Anschliessend wurde die Platte während einer Stunde bei 65°C und dann während zwei Stunden bei 95°C in einem Ofen getrocknet, anschliessend mit einem Temperaturgradienten von 55°C/h von 95°C auf 260°C geheizt und während 8 Stunden auf einer Temperatur von 260°C gehalten, um die Polyurethanfibem austreiben zu können, The plate was then dried in an oven at 65 ° C for one hour and then at 95 ° C for two hours, then heated from 95 ° C to 260 ° C with a temperature gradient of 55 ° C / h and for 8 hours on one Temperature of 260 ° C in order to drive out the polyurethane fibers,

ohne dass die keramische Gerüststruktur zusammenfiel. Das erhaltene Material wurde anschliessend in einem Brennofen gesintert, wobei bis zum Erreichen einer Temperatur von 980°C mit einer Geschwindigkeit von 95°C/h aufgeheizt wurde. Die gesinterte Keramikplatte kühlte im Ofen ab. without the ceramic framework structure collapsing. The material obtained was then sintered in a kiln, heating up to a temperature of 980 ° C. at a rate of 95 ° C./h. The sintered ceramic plate cooled in the oven.

Diese Platte war einwandfrei, und deren Oberfläche war widerstandsfähig gegen Absplitterung. Ihre Durchlässigkeit wurde mit 1 554 . 10~7 cm2 und ihre Schüttdichte mit 0,39 g/cm3 gemessen. Die Platte wies einen mittleren Bruchmodul von 12,8 g/mm2 auf. This plate was flawless and its surface was resistant to chipping. Its permeability was 1 554. 10 ~ 7 cm2 and their bulk density measured at 0.39 g / cm3. The plate had an average breaking modulus of 12.8 g / mm2.

Beispiel 2 Example 2

Für dieses Beispiel wurden aus derselben Serie stammende Schaumstoffplatten aus einem Polyester-Polyurethan-material und eine Aufschlämmung der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1, mit einer gemessenen Viskosität von 30,5 Pas, verwendet. Diese Schaumstoffplatten wurden nach dem kombinierten, in Fig. 1 dargestellten Imprägnier-Walzverfahren der vorliegenden Erfindung behandelt. Dabei wurde ein Walzgerüst mit drei Walzen von 75 mm For this example, foam sheets from a polyester-polyurethane material from the same series and a slurry of the same composition as in Example 1, with a measured viscosity of 30.5 Pas, were used. These foam sheets were treated by the combined impregnation-rolling process of the present invention shown in FIG. 1. A roll stand with three 75 mm rolls was used

648009 648009

Durchmesser verwendet, welche mit einer Drehgeschwindigkeit von 12,5 Umdrehungen pro Minute gedreht wurden. Die polymere Schaumstoffplatte wurde in den ersten Walzspalt eingeführt, welcher auf eine 75% ige Reduktion der Dicke fest eingestellt war. Dabei wurde eine Aufschlämmung mit einer solchen Geschwindigkeit auf die Schaumstoffplatte und die Walzenoberfläche am Walzspalt gegossen, dass immer ein Vorrat an Aufschlämmung aufrechterhalten wurde. Nach dem Durchgang durch den ersten Walzspalt dehnte sich die Platte sofort wieder auf ihre ursprüngliche Dicke aus und trat unmittelbar darauf in den zweiten Walzspalt ein, welcher auf eine 87,5% ige Reduktion der Dicke fest eingestellt war. Auch nach dem Durchgang durch den zweiten Walzspalt dehnte sich die Platte sofort wieder auf die ursprüngliche Dicke aus. Nach dem Austreten der Platte aus dem Walzgerüst wurde sie in bezug auf ihre Enden um 180°C gedreht, und das gleiche Imprägnier-Walzverfah-ren wurde wiederholt, was zu einer gleichmässig imprägnierten Platte führte, welche ein vollständiges Ausdehnen auf die ursprüngliche Dicke zeigte. Das Beibehalten einer im Vergleich zu Beispiel 1 grösseren Rückprallelastizität während des Verfahrens war offensichtlich. Diameter used, which were rotated at a speed of 12.5 revolutions per minute. The polymeric foam sheet was inserted into the first roll gap, which was set to a 75% reduction in thickness. A slurry was poured onto the foam sheet and roll surface at the nip at such a rate that a supply of slurry was always maintained. After passing through the first roll gap, the plate immediately expanded again to its original thickness and immediately entered the second roll gap, which was set to an 87.5% reduction in thickness. Even after passing through the second roll gap, the plate immediately expanded to the original thickness. After the plate emerged from the mill stand, the ends thereof were rotated 180 ° C and the same impregnation rolling process repeated, resulting in a uniformly impregnated plate which showed complete expansion to the original thickness. Maintaining a greater rebound resilience compared to Example 1 during the process was evident.

Die Platten wurden dann getrocknet und geheizt, wie dies im Beispiel 1 beschrieben wurde, wobei das Produkt einwandfrei war und eine gegen Absplitterung widerstandsfähige Oberfläche aufwies. Die Durchlässigkeit wurde mit 1 456 . 10-7 cm2, die Schüttdichte mit 0,38 g/cm3 gemessen, und der durchschnittliche Bruchmodul betrug 14,8 g/mm2. The panels were then dried and heated as described in Example 1, the product being flawless and having a chipping resistant surface. The permeability was 1 456. 10-7 cm2, the bulk density measured at 0.38 g / cm3, and the average modulus of rupture was 14.8 g / mm2.

Mit dem Verfahren dieses Beispiels können, verglichen mit demjenigen des vorhergehenden Beispiels, aufwendige Behandungsschritte eliminiert werden, und das entstehende Produkt weist verbesserte Festigkeitseigenschaften auf. Dieses Ergebnis wird möglicherweise wegen der verminderten Verdrehungseffekte, des kleineren inneren Abriebes der polymeren Fasern und Gewebe und/oder strukturellen Störungen, welche sonst während der vorher als notwendig erachteten, nach der vorliegenden Erfindung überflüssigen Behandlungsschritte auftreten können, erreicht. With the method of this example, elaborate treatment steps can be eliminated compared to that of the previous example, and the resulting product has improved strength properties. This result may be achieved due to the reduced twisting effects, the smaller internal abrasion of the polymeric fibers and fabrics and / or structural disturbances which can otherwise occur during the treatment steps previously considered necessary, which are unnecessary according to the present invention.

Überdies ist leicht ersichtlich, dass wesentliche Behandlungsschritte von Beispiel 1 für eine Automation nicht so gut geeignet sind, wie dies bei einer Massenproduktion erwünscht ist. Im Gegensatz dazu können die Behandlungsschritte von Beispiel 2 leicht automatisiert werden, eingeschlossen das Vorwärtsbewegen der einzelnen polymeren Schaumstoffplatten, die photoelektrische Kontrolle des Zu-fläche der Schaumstoffplatte gerade vor dem ersten Walzflusses von Aufschlämmung, welche die Walze und die Oberspalt treffen muss, und die Überführung der imprägnierten Platten zur Trocknungs- und Heizzone. Es ist zu beachten, dass das vorliegende Verfahren gleichfalls für das kombinierte Imprägnieren und Walzen einer endlosen polymeren Schaumstoffbahn geeignet ist, welche in einem beliebigen Moment zu ihrer endgültigen Länge unterteilt werden kann, wie beispielsweise nach der Trocknungs- und Heizbehandlung. Insbesondere für eine solche kontinuierliche Anwendung kann er vorteilhaft sein, wenn vorgesehen wird, dass die niedrigste Walze bzw. die niedrigsten Walzen teilweise in die Aufschlämmung, welche im Tropfbehälter enthalten ist, eingetaucht sind, damit gewährleistet ist, dass während des Imprägnier-Walzverfahrens auch die untere Oberfläche der polymeren Schaumstoffbahn mit einem Überschuss an Aufschlämmung in Berührung kommt. Furthermore, it is readily apparent that essential treatment steps of Example 1 are not as suitable for automation as is desirable in mass production. In contrast, the treatment steps of Example 2 can be easily automated, including moving the individual polymeric foam sheets forward, photoelectrically controlling the surface of the foam sheet just before the first rolling flow of slurry that must hit the roller and top gap, and transferring the impregnated plates to the drying and heating zone. It should be noted that the present method is also suitable for the combined impregnation and rolling of an endless polymeric foam sheet which can be divided into its final length at any moment, such as after the drying and heating treatment. In particular for such a continuous application, it can be advantageous if it is provided that the lowest roller or the lowest rollers are partially immersed in the slurry contained in the drip container, so that it is ensured that during the impregnation rolling process also the bottom surface of the polymeric foam sheet comes into contact with an excess of slurry.

Zusammenfassend kann nochmals gesagt werden, dass die bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung die Verwendung von polymerem organischem Schaumstoff umfasst, der durch eine Porendichte von 10-14 Poren pro cm Länge, eine Durchlässigkeit von (4 000-8 000). 10-7 cm2 und eine Dicke von ungefähr 50-100 mm gekennzeichnet ist. Die In summary, it can be said again that the preferred embodiment of this invention comprises the use of polymeric organic foam which, due to a pore density of 10-14 pores per cm length, has a permeability of (4,000-8,000). 10-7 cm2 and a thickness of approximately 50-100 mm. The

7 7

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

648009 648009

8 8th

Verwendung von wässrigen Auf schlämmungen von f einteiliger refraktärer Zusammensetzung, bevorzugt mit einer Viskosität von 25-35 Pas, erlaubt die Herstellung eines keramischen Schaumstoffproduktes mit einer Durchlässigkeit von (1 000-3 000). 10-7 cm2. Das unmittelbar nach dem ersten Kontakt der organischen Schaumstoffplatte mit der Aufschlämmung erfolgende, aus mehreren Behandlungsschritten bestehende kurzzeitige Zusammendrücken und Wiederausdehnen anlässlich des Durchgangs durch unmittelbar nebeneinander angeordnete Walzspälte, wobei das erste Zusammendrücken 50-80% und das nachfolgende, einmalige oder mehrfache Wiederzusammendrücken gleich oder grösser als das erste, jedoch höchstens 90% ist, führt zu 5 einer gleichmässigen Verteilung der Aufschlämmung über alle Poren des organischen Schaumstoffes. Use of aqueous slurries of one-part refractory composition, preferably with a viscosity of 25-35 Pas, allows the production of a ceramic foam product with a permeability of (1,000-3,000). 10-7 cm2. The short-term compression and re-expansion, which takes place immediately after the first contact of the organic foam sheet with the slurry and consists of several treatment steps, on the occasion of the passage through directly adjacent roller gaps, the first compression being 50-80% and the subsequent, one-time or multiple compression again equal or greater than the first, but at most 90%, 5 results in an even distribution of the slurry over all pores of the organic foam.

Wenn nichts anderes angegeben ist, verstehen sich alle prozentualen Angaben der vorstehenden Beschreibung in Gewichtsprozenten. Unless otherwise stated, all percentages of the above description are in percent by weight.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

648009

PATENT CLAIMS

1. A process for producing a ceramic foam with an air permeability of 100 X 10-7 cm2 to 10,000 X 10-7 cm2 and structural uniformity, characterized in that

A hydrophobic network is prepared from a polymeric organic foam with an air permeability suitable for achieving the aforementioned air permeability of the ceramic foam and a ball rebound resilience of more than 25%,

A thixotropic, aqueous slurry of a ceramic composition having a viscosity at 25 ° C. in the range from 1 to 80 Pas is produced,

- At least three rolls arranged in such a way that at least two immediately adjacent rolls are formed between the pairs of rolls, the first roll gap being previously between 50-10% of the thickness of the polymeric organic foam and the second roll gap being 30-10% the thickness of the polymeric organic foam can be adjusted,

- The polymeric organic foam is felt at least once through the roll stand and the aqueous slurry is poured over at least one roller and one surface of the foam in such a way that a supply of slurry is produced in the first roll gap and the foam is evenly impregnated with the slurry, and

- The impregnated foam to drive off the organic components is dried and heated.

2. The method according to claim 1, characterized in that a polymeric organic foam with a thickness of 6-100 mm, preferably 50-100 mm, is used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a substance of the group consisting of polyurethanes based on polyesters, polyurethanes based on polyethers, polyvinyl foams and cellulose derivatives is used as the polymer foam.

4. The method according to claim 3, characterized in that a foam which has a rebound resilience measured by means of the ball rebound test of over 25%, with a present compression to 50% a permanent deformation of less than 30%, a permeability of (100-10,000) . 10-7 cm2, preferably (400-

8,000). 10 ~ 7 cm2, and a pore number of 2-20 pores per cm length, preferably 10-14 pores per cm length, is used.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an aqueous slurry containing at least one material from the group consisting of aluminum oxide, chromium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, silicon oxide, mullite and calcined clay is used.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an aqueous slurry containing 2.5-25% of an air-binding agent or other binder, preferably at least one material from the group consisting of colloidal aluminum orthophosphate, alkali metal silicates, ethyl silicate, aluminum hydroxychloride and magnesium orthoborate, and 0.1-12% of a theological agent, preferably at least one material from the group consisting of organic cellulose derivatives, ben-tonite and kaolin, is used.

7. The method according to claim 6, characterized in that a slurry, the 40-80% aluminum oxide, up to 20% chromium oxide, 2.5-25% aluminum orthophosphate, up to 10% kaolin and 0.1-10% bentonite, preferably

Contains 45-50% aluminum oxide, 10-15% chromium oxide, 12.5-17.5% aluminum orthophosphate, 2-5% kaolin and 0.5-2% bentonite.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a slurry with a viscosity of 10-40 Pas is used, the impregnated foam is dried at a temperature of 205-370 ° C and further heated until the ceramic composition is sintered becomes.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a slurry with a viscosity of 25-35 Pas is used, the first roll gap firmly to an interval of 50-20% of the thickness of the polymeric organic foam, and the second Roll gap firmly set to an intermediate space which is 30-10% of the thickness of the polymeric organic foam and at most the same size as the first.

10. A method for producing a ceramic foam with an air permeability of 100 X 10-7 cm2 to 10,000 X 10 ~ 7 cm2 and structural uniformity, characterized in that

- The polymeric organic foam is passed through the roll stand at least once and the aqueous slurry is poured over at least one surface of the polymeric foam and into the first roll gap, whereby the foam is impregnated uniformly with the slurry, and

- The impregnated foam to drive off the organic components is dried and heated.