CS265192B1 - Vsázka pro výrobu žáruvzdorných vláken - Google Patents

Abstract

žáruvzdorná vlákna s odolností proti teplotám 900 až 1 500 °C na bázi oxidu křemičitého SÍO2 a hlinitého AL2O3, obsahují oxid fosforečný P2O5 v množství 0,01 až 2 % hmot. Účinky oxidu fosforečného P2O5 lze výhodně podpořit přítomností oxidu boritého B2O3, při jejich celkovém obsahu nejvýše do 2 % hmot. Vsázka může obsahovat rovněž oxid zirkoničitý ZrC>2 v množství 0,1 až 9 % hmot. a rovněž oxid vápenatý CaO v množství 0,1 až 1 % hmot. Výhodou složení vsázky je získání taveniny s nízkým poměrem povrchového napětí k viskozitě, což usnadňuje mechanické rozvlákněni a přispívá ke zvýšení výtěžnosti a lepší kvalitě vláken.

Description

Vynález se týká vsázky pro výrobu žáruvzdorných vláken, odolných proti teplotám 900 až 1 500 °C, tavením vsázky a mechanickým rozvlákněním taveniny na bázi oxidu křemičitého SiO^ a hlinitého Α1·₂Ο₃·

Složení vsázky pro výrobu žáruvzdorných vláken s teplotqu použití nad 900 °C a do 1 500 °C je popsáno v řadě vynálezů, modifikujících složení vsázky základního systému oxidu křemičitého SiO₂ a hlinitého Α1·₂Ο₃ k různým účelům, jako je zlepšení tavení, změny elektrické vodivosti taveniny, zlepšení tepelé odolnosti vláken atp.

V patentu USA č. 3 449 137 je modifikováno základní složení 1 až 8 % hmot. oxidu chromitého Cr₂O₃· Sklovina pro výrobu žáruvzdorných vláken podle uvedeného složení je však korozivní vůči molybdenovým součástkám při elektrickém tavení.

Přídavek oxidu hořečnatého MgO je uveden ve francouzských patentech, a to 4 až 25 % hmot. v patentu č. 1 357 393 a 7,5 až 22 % hmot. v patentu č. 1 538 727. Nevýhodou řešení je, že oxid hořečnatý MgO zhoršuje výtěžnost rozvlákňování.

V patentu Francie č, 2 118 026 je uveden přídavek oxidu vápenatého CaO, hořečnatého MgO, hornatého BaO, berilnatého BeO, litného Li₂O ^a zirkoničitého ZrO₂ do 30 % hmot. , a v dalším francouzském patentu č. 1 412 790 přídavek oxidu vápenatého CaO, hořečnatého MgO a železitého Fe₂O₃ do 16 % hmot. V obou uvedených případech je však získané keramické vlákno náchylné k narušení vlhkostí.

Je však známo i složení vsázky bez přídavku modifikačních přísad. Např. ve francouzském patentu č. 1 086 670 je popsáno složení s obsahem 43 až 47 % hmot. oxidu křemičitého SiC>₂, až 55 % hmot. hlinitého A1₂O₃, přičemž obsah oxidu železitého Fe₂O₃, titaničitého TiO₂ a oxidů alkalických a oxidů alkalických zemin je do 0,5 % hmot. V Československém autorském osvědčení č. 182 471 je uvedeno základní složení s obsahem nejméně 98 % hmot. oxidu křemičitého a hlinitého, přičemž zbytek tvoří nečistoty v surovinách. V obou uvedených případech jsou vlákna vyrobena ze dvou poměrně levných a snadno dosažitelných surovin, avšak stupeň výtěžnosti je poměrně nízký.

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezi vsázkou pro výrobu žáruvzdorných keramických vláken na bázi oxidu křemičitého SiO₂ a hlinitého AljOj podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vsázka dále obsahuje oxid fosforečný P₂O₅ ^{v rozmez}í 0,01 až 2 % hmot.

Je výhodné, když vsázka dále obsahuje oxid boritý B₂O₃, přičemž celkový obsah oxidu fosforečného Ρ₂°5 ^a boritého B₂O₃ je nejvýše 2 % hmot.

Pokud základní vsázka obsahuje oxid křemičitý SiO₂ a hlinitý A1₂O₃, je výhodné, aby jejich celkový obsah byl nejméně 97 % hmot.

Je však možné, aby základní vsázka obsahovala ještě oxid zirkoničitý ZrO₂ v rozmezí 0,1 až 9 % hmot. Potom celkový obsah oxidu křemičitého SiO₂, hlinitého A1₂O₃ a zirkoničitého ZrO₂ ve vsázce je nejméně 97 % hmot.

S výhodou obsahu oxidu křemičitého SiO₂ ve vsázce je v rozmezí 25 až 60 % hmot. a obsah oxidu hlinitého Al₂o₃ v rozmezí 37 až 65 % hmot.

Je výhodné, když vsázka dále obsahuje oxid vápenatý CaO v rozmez! 0,1 až 1 i hmot.

Oxid fosforečný P₂°5 3^{e ve vs}4^zce vázán na oxid hlinitý A12O3, zirkoničitý ZrO2, vápenatý CaO či sodný Na2O. Oxidu fosforečného P2O5 j^e možno použít jako donoru kyslíku, nebot s oxidem hlinitým A12O₃ tvoří dvojici tetraedrů AIO^, PO^, která se může zabudovat do prostorové sítě namísto dvou tetraedrů SiO^, čímž se zvýší vhodnost taveniny pro rozvlákňování.

Výhodou složení vsázky podle vynálezu je získání taveniny s nízkým poměrem povrchového napětí k viskozitě, umožňující dobré mechanické rozvlákňování. Dlouhodobými zkušenostmi bylo ověřeno, že použitím složení vsázky podle příkladného provedení vynálezu se zvýší celková výtěžnost vlákna, vyjádřená jako podíl hmotnosti vyrobeného vlákna a utavených surovin, a dojde ke snížení tloušťky vlákna.

V soustavě oxid křemičitý SiO₂ a oxid hlinitý Al₂O₂ 3^e viskozita dána stupněm zesítování.

Prostorová síť je tvořena tetraedry, v jejichž středu je křemík Si a v rozích jsou atomy kyslíku které mohou být sdílené sousedními tetraedry. Hliník Al se do této prostorové sítě zabudovává tak, ža vytvoří také tetraedr se čtyřmi kyslíky a tento tetraedr se zapoií do síťové vazby. Protože však oxid hlinitý Al^O-j nemá dostatek kyslíku k tomu, aby veškerý hliník Al mohl vytořit tetraedry AIO^, je i množství oxidu hlinitého A^O^, které může být zabudováno do prostorové sítě, omezeno. Při zvyšování obsahu oxidu Al^O^ se prostorová síť postupně rozvolňuje, až při cca 64 % hmot. oxidu hlinitého A1₂O₂ by přešla na řetězové spojení a dále se rozpadla na izolované skupiny.

Přídavkem oxidu zirkoničitého ZrO₂, který se rovněž zabudovává do prostorové sítě a zvyšuje tak viskozitu taveniny především za nepřítomnosti alkálií, se dosáhne zlepšení způsobilosti taveniny k rozvlákňování.

Zesítění lze dále zvýšit přídavkem oxidu boritého B₂O₂, který vytvoří trojúhelníky BO^, zapojující se svými vrcholy tetraedrů prostorové sítě. Hlavním důvodem přidávání oxidu boritého B2°3 3^{e v}®^ak snížení povrchového napětí taveniny, případně snížení její krystalizační rychlosti.

Rovněž oxid vápenatý CaO je též schopen dodat potřebný kyslík na vytvoření tetraedrů AlO^ zabudovaných do prostorové sítě.

Přídavek oxidu vápenatého nepřesahuje hranici 1 % hmot. neboť by mohlo docházet k narušování výsledného produktu vlhkostí. Přídavek oxidu fosforečného ^Ornezen požadavkem, aby nedocházelo k velkému úniku tohoto oxidu z taveniny za vysokých teplot.

Příklad provedení vynálezu

Příklad Složky vsázky v % hmot.

1	Sio2 34,0	A12°3 56,0	ZrO2 7,0	P2°5 0,6	B2°3 1,0	CaO 0.6	Na2O 0,3	nečistoty 0,5
2	46,2	51,0	-	0,5	0,8	0,6	0,4	0,5
3	50,85	47,34	-	0,25	0,18	0,29	0,44	0,65
4	52	46	-	0,1	0,2	0,1	0,3	1,3
5	52,5	45,5	-	0,7	-	0,1	0,6	0,6
6	34	57	7	0,6	-	0,6	0,3	0,5
7	52	46	-	0,7	-	-	-	1,3

Nečistoty, tvořící zbytek do 100 % hmot. jsou do vsázky vnášeny jednotlivými surovinami. Oxid křemičitý SiO₂ se vnáší do vsázky jako vysoce čistý sklářský písek, oxid hlinitý Al₂O₂ ve formě ρχ-áškového oxidu hlinitého technicky čistého, oxid zirkoničitý ZrO₂ se vnáší do vsázky např. ve formě jemně mletého zirkonu, oxid boritý B₂O₂ boraxem nebo kyselinou boritou a oxid fosforečný P₂O^ f°^sf°^recnanem vápenatým přírodním či umělým nebo fosforečnanem sodným. Oxid sodný Na₂O v příkladech provedení je vnášen do vsázky použitými surovinami, a jeho přítomnost není funkční.

Příkladná provedení neomezují rozsah vynálezu a je samozřejmé, že jsou možné různé obměny v rámci myšlenky vynálezu vyjádřené v předmětu vynálezu.

Claims (6)

1. předmEt vynalezu

   1. Vsázka pro výrobu žáruvzdorných vláken, odolných proti teplotám 900 až 1 500 °C, tavením vsázky a mechanickým rozvlákněním taveniny, na bázi oxidu křemičitého SiO₂ a hlinitého A1₂O₃ vyznačená tím, že obsahuje 0,01 až 2 % hmot. oxidu fosforečného P₂O₅.
2. 2. Vsázka podle bodu 1 vyznačená tím, že dále obsahuje oxid boritý B₂°3' P^ič®^mž celkový obsah oxidu fosforečného P2°5 ^a botitého B2O₃ je nejvýše do 2 % hmot.
3. 3. Vsázka podle bodu 1 nebo 2, vyznačená tím, že celkový obsah oxidu křemičitého SiO₂ a hlinitého A1₂O₃ 3® nejméně 97 % hmot.
4. 4. Vsázka podle bodu 1 nebo 2, vyznačená tím, že dále obsahuje 0,1 až 9 % hmot. oxidu zirkoničitého ZrO₂, přičemž celkový obsah oxidu křemičitého SiO₂, hlinitého Al₂<3₃ a zirkoničitého ZrO₂ je nejméně 97 % hmot.
5. 5. Vsázka podle bodu 1 až 4 vyznačená tím, že obsah oxidu křemičitého SiO₂ je 25 až 60 % hmot. a obsah oxidu hlinitého A1₂O₃ je 37 až 65 * hmot.
6. 6. Vsázka podle bodu 1 až 5 vyznačená tím, že dále obsahuje 0,1 až 1 % hmot. oxidu vápenatého CaO.