CZ280908B6

CZ280908B6 - Způsob výroby vláken odstřeďováním a zařízení k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ280908B6
Application number: CS913246A
Authority: CZ
Inventors: Jean-Luc Ing. Bernard; Guy Ing. Berthier; Hans Dr. Furtak; Michel Opozda
Original assignee: Isover Saint-Gobain
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1996-05-15
Also published as: ZA918561B; ATE125521T1; NZ240336A; FI94749C; DE69111567T2; KR920007938A; HU913382D0; IS3771A7; EP0484211A1; US5176729A; FI915072A0; DE69111567D1; YU169691A; ES2078475T3; BR9104665A; CA2054326A1; NO914143L; NO914143D0; DK0484211T3; IE70330B1

Abstract

Způsob výroby vláken odstřeďováním ze sklovin s vysokým bodem tavení, například čedičových, při kterém se roztavený materiál vlévá do bubnu odstředivky a vlákna se vytvářejí při udržování teplotního gradientu mezi vnitřním a vnějším povrchem věnce (6) bubnu (5) odstředivky. Zařízení k prováděníé tohoto způsobu je tvořeno odstředivkou, kde věnec (6) bubnu (5) je vyroben z materiálu, který má měrnou tepelnou vodivost nižší než 20 W.m.sup.-1.n..K.sup.-1.n., při 1000 .sup.o.n.C.ŕ

Description

Způsob výroby vláken vnitřním odstřeďováním a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby minerálních vláken vnitřním odstřeďováním, při kterém se roztavený materiál pro zvláknění vlévá do bubnu odstředivky, jehož věnec je opatřen velkým množstvím otvorů. Vynález se dále týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Kromě několika výrobních jednotek, které používají čistě aerodynamické techniky zvlákňování, se podstatná část výroby minerální vlny provádí odstřeďováním. První způsoby vyvinuté na začátku tohoto století pracovaly s vyléváním roztaveného materiálu na orgán otáčející se vysokou rychlostí, roztavený materiál se odděloval od otáčejícího se orgánu a byl částečné přeměňován na vlákna. Tyto techniky zvlákňování představující způsoby vnějšího odstřeďování mohou být prováděny se všemi typy materiálů, zejména s materiály s vysokým bodem tavení, jako jsou čedičová skla. Otáčející se orgán totiž může být ochlazován zevnitř prouděním vody nebo může být vytvořen ze žáruvzdorného materiálu, protože není opatřen žádnými průchozími otvory. Na druhé straně tažení je v podstatě mžikové, což umožňuje použít materiály, které mají pro teploty blízké teplotě zvláknění rychlost odskelnění velmi vysokou. Navíc, úprava skloviny nemusí být příliš pracná, jinak řečeno, tento způsob připouští tavení bez rafinace, s některými příměsemi a ne zcela homogenní směsi. Nicméně je třeba dobře uvážit, že tato volnost je na úkor zhoršeni jakosti vláken a že ji není možno užívat v tak široké míře, jak by bylo třeba. Ostatně proud roztaveného materiálu, který padá na odstředivku, narušuje podmínky protahováni tak, že zpracováni dvou sousedních vláken se může značné lišit, což se může projevit v konečné jakosti výrobku, který má velkou různorodost vláken.

Jiná nevýhoda spočívá v tom, že vnější odstřeďování vede vždy k významnému podílu nezvláknéného materiálu, který snižuje vlastnosti tepelné i akustické izolace výrobků a vede k nutnosti pro danou hodnotu izolace vyrábět výrobky hustší, protože obsahují významný podíl částic, které nepřispívají k izolačním vlastnostem. Navíc tyto nezvlákněné materiály způsobují prašnost vlny a její hrubost na dotek. Z toho vyplývá, že techniky vnějších odstřeďování se v současné dobé používají pouze pro směsi ^eskelňované při velmi vysokém bodu tavení, označované jako tvrdá skla, pro která je oblast zvlákňování zvláště úzká.

Pro jemnější a měkči skla se používá technika zvlákňování vnitřním odstřeďováním, při které je s výhodou výrobek bez příměsí, vlákna jsou delší a dávají konečnému výrobku zvýšenou pružnost v důsledku lepšího propleteni vláken a lepší přesnost průměru vyráběných vláken.

Pro provádění takového vnitřního odstřeďování je nutné, aby sklo mělo odpovídající reologické chování. Předně, sklo musí být schopné uvedení do tažného stavu, průměr otvorů odstředivky je

-1CZ 280908 B6 řádově milimetr nebo lépe jen několik desetin milimetru, avšak průměr vyráběných vláken musí být řádově několik mikronů. Průměr vláken vystupujících z odstředivky proto musí být nejméně stokrát menší. Je-li teplota skloviny příliš vysoká nebo je-li sklovina příliš tekutá, nevznikne protažení a nakonec sé vlivem nadměrného napětí vytvoří kuličky a nikoliv vlákna, to znamená, že je dosažena teplota pro vývin kuliček.

K tomuto prvnímu omezení určeni úrovně tváření se připojuje problém odskelnění, kdy sklovina nemůže být použita za podmínek, při kterých krystalizuje vysokou rychlostí vzhledem k času, setrvání uvnitř odstředivky, který není souměřitelný s dobou styku mezi sklovinou a otáčivým orgánem při zvlákňování vnějším odstřeďováním. Oblast pracovních teplot je proto právě tak omezena teplotou liquidus, to znamená teplotou odpovídající nulové rychlosti krystalizace pro sklovinu v tepelné rovnováze, nebo spíše podle užívání tohoto způsobu teplotou vyšší než je teplota odskelnění, což je teplota odpovídající úplnému rozpuštění krystalů za 30 minut, měřená tak, že se vychází od skloviny předběžně odskelněné. Výraz pracovní oblast budeme používat pro definici rozsahu teplot, ve kterém je možné tažení vláken.

Pro skla běžně používaná při vnitřním odstřeďováním je nejvyšší teplota odskelnění nižší než teplota odpovídající nejvyšší přípustné viskozitě pro protahování a proto oblast pracovní teploty, není vůbec, nebo je jen velmi málo omezena problémy odskelnění .

Situace je úplně odlišná například u čedičových skel nebo u jiných skel se zvláště vysokým bodem tavení. U těchto skel je teplota odskelnění značné vyšší než teplota odpovídající nejvyšší přípustné viskozitě, takže pracovní oblast je omezena teplotami odskelnění a teplotou vyvíjení kapek. Navíc je rozdíl mezi těmito dvěma teplotami často nižší než sto stupňů, například 50 °C, zatímco měkké sklo má pracovní oblast větší než 200 až 250 °C.

Protože se sklovina taví při teplotě vyšší než je pracovní teplota s tím větším rozdílem, čím je sklo tvrdší, což způsobuje další komplikaci, musí se ochladit během zpracovávání, která je vedou z pece k obvodové stěně odstředivky. Z tohoto důvodu je prakticky nemožné pracovat se sklovinou během celé její doby setrvání v odstředivce velmi přesně při určité zadané teplotě, a dále nebylo až do současnosti možno použit pro tento typ skloviny techniku vnitřního odstřeďování, vhodnou k nahrazení dosavadní techniky vnějšího odstřeďování, jejíž nevýhody uvedené shora jsou známé již dlouho.

Navíc, k tomuto základnímu reologickému problému se nyní přidávají jiné problémy technologické povahy. Tato skla jsou opravdu zvláště korozivní a je tedy třeba nalézt pro vyrobení odstředivky materiál, odolný chemickému působení, které je tím rychlejší, čím vyšší je teplota a průtočné množství. Navíc velikost odstředivek, obecně průměr od 200 do 1 000 mm, velký počet výstupních otvorů a tvar, který je navržen s ohledem na intenzivní mechanické napětí způsobené otáčením a plastický tok během dlouhých period používání, nedovolují vytvořit odstředivku ze žáruvzdorných slitin například platiny. Z literatury tohoto oboru jsou známy rozličné žáruvzdorné oceli, avšak všechny, které vyho-2CZ 280908 B6 vuji z hlediska mechanického, mají maximální teplotu použití dlouhodobě řádově 1 000 °C, ačkoliv je žádoucí teplota 1 100 až 1 200 °C. ·

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu je odstranit shora uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky a zlepšit techniku výroby minerálních vláken způsobem vnitřního odstřelování s ohledem na rozšíření sortimentu skel schopných tažení tímto způsobem za uspokojivých podmínek průmyslové výroby. Úkolem vynálezu je také vytvořit novou odstředivku pro provádění tohoto způsobu.

Vynález řeší úkol tím, že vytváří způsob výroby minerálních vláken vnitřním odstřelováním, při kterém se roztavený materiál pro zvláknéní vlévá do vnitřku odstředivky, jejíž věnec je opatřen velkým množstvím výstupních otvorů, u kterého se mezi vnitřním povrchem a vnějším povrchem obvodového věnce odstředivky udržuje rozdíl teplot. Způsob podle vynálezu takto probíhá s významným teplotním gradientem z vnitřku na venek.

Podle použitých skel rozdíl teplot bude s výhodou zvolen mezi 50 a 300 °C, přednostně mezi 100 a 200 °C, pro tloušťku stěny rovnou několika mm, obecně blízkou 5 mm.

Tento teplotní gradient je s výhodou takový, že vnitřní teplota je značné vyšší než teplota, při které se materiál, který má být zvláknén, začíná odskelňovat, přičemž vnější teplota je dostatečně nízká, aby viskozita skloviny byla v okamžiku tažení dostatečně vysoká.

Výhodné je rozdíl teplot mezi vnitřním povrchem a vnějším povrchem věnce 100 až 200 °C.

Další výhodné řešeni způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že teplota vnitřního povrchu je vyšší než teplota odskelňování a teplota vnějšího povrchu je v závislosti na materiálu T log = 1,7 až T log = 3, což odpovídá viskozité = 50 až 1 000 d Pas.

Jiné výhodné provedeni spočívá v tom, že vnitřní povrch a vnější povrch věnce jsou udržovány izotermní po celé výšce, přičemž dále rozdíl teplot pracovní oblasti je výhodné menši než 100 C a nejnižši teplota pracovní oblasti je větší než 1 100 C.

Zvláště výhodně je obsah křemíku vláken vyšší než 45 % hmot., s výhodou vyšší fiež 50 % hmot., přičemž obsah vápna je nižší než 20 %, s výhodou nižší než 15 % hmot.

Jako výchozí materiál pro výrobu vláken jsou použita čedičová skla, zejména čedič Meilleraie.

Diky velmi přesným tepelným podmínkám odstředivky, dosaženým vhodným dodáváním vnitřního a vnějšího tepla, například prostřednictvím prstencových hořáků, vynález umožňuje vyřešení problému tepelného zpracováni čedičových skel.

-3CZ 280908 B6

U způsobu podle vynálezu se tažení vláken uskutečňuje bezprostředně u obvodu odstředivky, tedy v okamžiku, kdy je dosaženo odpovídající viskozity. Takto je možno táhnout každý druh skla, i když jeho pracovní oblast téměř neexistuje, a to bez obavy, že by se uvnitř odstředivky vytvořila zátka shluknutím skla, které se odskelňuje, přičemž není důležité, že viskozita skla prudce roste bezprostředně po výstupu vlákna.

Výhoda způsobu podle vynálezu je také pravděpodobné spojena se skutečností, že v největší části průchodu otvory je sklo ještě velmi tekuté a rychlost toku je tedy velká a zůstává zachována po celou cestu. Nejenom, že je tedy vyloučeno jakékoli nebezpečí odskelnění uvnitř odstředivky, ale navíc je doba setrvání skla v otvorech velmi krátká, což je výhodné s ohledem na odskelnění.

Vynález dovoluje například pracovat s přírodními nerosty, zejména s čediči, které nevyžadují přídavek tavidel a tedy výrobní cena je nízká ve srovnání se sodným sklem. Tyto materiály jsou navíc s výhodou žáruvzdorné a vedou k získání vlny, jejíž chování při vysoké teplotě je zlepšeno a která může být použita pro izolaci při vysoké teplotě nebo jako nehořlavé výrobky.

Tažení může být čisté odstředivé, a v tom případě je odstředivka obklopena proudem plynu proudícího málo zvýšenou rychlostí a sloužícího k tepelné úpravě vnějšího obvodového věnce a vláken, ke kterému se popřípadě připojí na větší vzdálenost proudy vytvořené prstencovým věncem, určené k lámáni vláken a k jejich odnášení do zásobníku vláken. Je možno pracovat i s plynovým tažným systémem, aby se podpořila odstředivá sila vlivem působení plynného proudu proudícího velmi vysokou rychlostí, který kromě tepelné úpravy ještě provádí protahováni prouděním.

Je třeba poznamenat, že když je teplotní gradient nutný radiálně, neznamená to naopak, že není výhodné udržovat, pokud je to možné, vnitřní i vnější povrch isotermní, protože vlákna vznikající z materiálu vystupujícího otvory ve spodní oblasti věnce mají mít historii pokud možno blízkou vláknům vystupujícím z horní oblasti věnce.

Byla také vyvinuta odstředivka pro provádění vynálezu, to znamená odstředivka schopná pracovat s teplotním gradientem podél tloušťky stěny věnce. Tento úkol je splněn odstředivkou, jejíž obvodový věnec je vytvořen z materiálu, jehož tepelná vodivost měřená rovnoběžně s poloměrem odstředivky je nižší než 20 Wm^-1C^-1 při 1 000 °C a s výhodou nižší než 10 Wm^-1C^-1, a jehož teplotní vodivost měřená rovnoběžně s poloměrem a při 1 000 °C je přednostně nižší než 5.10^-6m²s^-·¹·, přičemž tento materiál má navíc snášet vnitřní teplotu vyšší než jsou teploty tavení skel, například skel z přírodního čediče. Tyto teploty jsou vyšší než 1 000 °C, to znamená na skutečné hranici použití žáruvzdorných ocelí, a proto tedy jsou použity materiály keramické.

Výhodné je obvodový věnec z keramické hmoty ze spékaného nitridu křemíku.

-4CZ 280908 B6

Jiné výhodné provedení spočívá v tom, že obvodový věnec je z kompozitní keramiky složené z matrice z karbidu křemíku vyztužené vlákny z karbidu křemíku.

Další výhodné provedení zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že obvodový věnec je z kompozitní keramiky složené z matrice z karbidu křemíku vyztužené uhlíkovými vlákny.

Zvláště výhodné je odstředivka včetně obvodového věnce opatřena ochrannou vrstvou na bázi karbidu křemíku.

Při posuzování materiálů schopných užití pro tento účel je třeba vzít v úvahu více kritérií. Předně je nevyhnutelné, aby keramika nebyla korodována vlivem oxidace jakýmkoli roztaveným materiálem, zejména jedná-li se o zvlášť korozivní materiál typu • čedičového skla a/nebo vysokopecni strusky. Mechanická odolnost součásti má být také co nejvyšší, zejména když je známo, že keramika má obecně asi lOx nižší pevnost než kovy. Konečné i odolnost proti tepelným rázům má být zvýšena, jinak řečeno, součinitel roztažnosti součásti má být co nej nižší.

dává vyniknout keramiky a ke hřídeli problému volby spojení mezi součástmi součástmi kovovými, jako jsou součásti motoru pohánějícího odstředivku, které i roztahují, i když je možné udržoTo odstředivky z pro připojení nucené ohřívají a tedy se vat jejich teplotu pouze na výši několika set stupňů.

Bylo provedeno mnoho zkoušek keramických materiálů známých tím, že snášejí pracovní teploty nad 1 000 “C, srovnáním jejich chování podle rozličných kritérii zvláště kriticky v případě odstředivky pro zvlákňování, jmenovitě šlo o odolnost proti tepelným rázům, například zastavení lití proudu skloviny někdy nastane nepředvídatelné a vede k prudkému snížení dodávaného tepla, zvýšenou mechanickou odolnost, protože odstředivka je vystavena intenzivnímu mechanickému namáháni následkem rychlosti otáčení, které navíc trvá dlouho, a jak bylo uvedeno shora uspokojivou odolnost vůči korozi skly.

Mezi jinými byly prováděny zkoušky s monolitickými keramickými materiály, jejichž základní výhodou je možnost jejich použití spékáním, což je technika odborníkům dobře známá. Nakonec bylo upuštěno od keramických materiálů na bázi oxidu chromitého dosud běžné používaných ve sklářských pecích, avšak nevyhovujících z důvodů špatné odolnosti vůči tepelným rázům. Jiné keramiky, jako mullit, cordierit nebo titanit hlinitý mají velmi nedostatečnou mechanickou odolnost. Karbid křemíku také není uspokojivý, protože jeho odolnost vůči tepelným rázům je nedostatečná. Ačkoliv velmi podobná karbidu křemíku počtem rozličných vlastností, ukázala se skupina nitridů křemíku nakonec jako jediný materiál vhodný pro monolitické kusy, a to za předpokladu určitých opatření, která budou dále uvedena.

Použité keramické materiály z nitridu křemíku mají šedou barvu. Jmenovité byl použit nitrid křemíku nebo jeho derivát (SIALON), který má následující objemové složení:

-5CZ 280908 B6

Si	49,4 %
Al	4,2 %
Y	7,25 %
0	4 %
N	35 %
Fe	méně než 2 000 ppm
Ca + Mg	méně než 1 000 ppm

Mohou být také použity i jiné nitridy křemíku.

Výrobek se získá například slinováním. Přednostně se používají neporézní keramiky, jejichž zdánlivá hustota je pokud možno blízká maximální teoretické hustotě, která poskytuje výrobky méně podléhající korozi. Taková keramika odolává velmi dobře oxidaci vzdušným kyslíkem. Toto dobré chováni se vysvětluje vytvořením ochranné vrstvy oxidu křemičitého na povrchu keramického výrobku vlivem povrchové oxidace. Je výhodnější pracovat s roztavenou skelnou hmotou, jejíž složení je poměrné kyselé, to znamená s poměrné velkým obsahem kyselých prvků, jako kysličník hlinitý, bór, křemík, fosfor, aby se omezila koroze.

Jiná zkoumaná kategorie keramických hmot, která byla vzata v úvahu, jsou hmoty složené z keramické matrice a vyztužené vlákny mající oproti monolitickým keramikám značně zvýšenou odolnost. Volba byla zaměřena zejména na keramiky SiC-SiC nebo SiC-C, mající matrici z karbidu křemíku vyztuženou vlákny také z karbidu křemíku nebo z uhlíku. Výrobek se vytvoří impregnací krakováním plynného předchůdce keramizovaného po uložení v předběžné formě získané nahromaděním stýkajících se vrstev tkaniny z vláken karbidu křemíku nebo uhlíku. Technologie podobné technologiím vyvinutým pro polymerické kompozitní materiály umožňují průmyslovou výrobu takovýchto výrobků, které mají poměrné velké průměry, například nad 600 mm.

Je třeba uvést, že použité keramické materiály, které vykazují při zde používaných teplotách velmi malý sklon k plastickému tečení ve srovnání s ^ovovými materiály, umožňují, že tvar odstředivky může být poněkud zjednodušen a více zaoblen, protože i při zvýšené rychlosti se pracuje v oblastech namáhání, která nepřekračují mez pružnosti materiálu. Výztužná vlákna umožňují vyvinout mechanismus pohlcující energii, který omezuje vytváření mikrotrhlin a dovoluje určité pružné přetvoření. Taková keramika pomůže pracovat v neoxidačnich podmínkách při teplotě nad 1 200 ’C při složení SiC-SiC a při 1 400 ’C při složení SiC-C. Otvory, kterými vytéká sklovina, mohou být vytvořeny laserovou technologií.

S keramikou SiC-SiC je k dispozici materiál, který je zvláště pozoruhodný svou pevnosti, řádově 30 MPa, která mu dává dobrou odolnost proti tepelnému rázu. Při uvedení do styku se sklovinou v kyslíku nebo ve vzdušném kyslíku, karbid křemíku oxiduje, a stejně jako v případě nitridu křemíku se vytvoří pasivní ochranná vrstva oxidu křemičitého.

-6CZ 280908 B6

Nicméně je třeba poznamenat, že tento jev pasivace není zcela neutrální a vede k výběru zvláštních složení skla. Předně může být oxid křemičitý rozpouštěn qfclovinou a je tedy třeba zamezit dlouhé smáčení odstředivky sklovinou.

Shora byla uvedena možnost vytvoření otvorů laserem. Bylo zjištěno, že tento způsob provedení otvorů zanechává dokonale hladký povrch se zcela malým počtem obnažených vláken, jejichž rozrušení po průchodu proudu skloviny je omezeno v hloubce, ačkoliv vlákna mají odolnost vůči korozi menší než matrice. Z toho důvodu postačí zpočátku pracovat s otvory, které jsou provrtány na průměr nepatrně menší než požadovaný a po zvětšení otvorů, které se vytvoří v prvních okamžicích průtoku skloviny se zjišťuje, že průměr otvorů nadále zůstává stálý a že tedy nenastává žádné rychlé opotřebení odstředivky.

Jiná pozoruhodná vlastnost keramik SiC-SiC je, že jejich tepelná vodivost je mnohem nižší, než u žáruvzdorných ocelí, a s ní spojený součinitel difuzivity, to znamená teplotní vodivosti, je také velmi nízký následkem hustoty, která je pouze řádově 2,5 g/cm³ v tloušťce, to je v rovině kolmé k rovinám uložení tkaniny byla takto naměřena tepelná vodivost řadově 4 az 5 Wm ^XC zatímco pro teplotu 1 000 °C je tato tepelná vodivost řádově 22 Wm^_1C^_1 pro žáruvzdornou ocel používanou na dosavadní odstředivky, přičemž žáruvzdorné oceli jsou velmi špatnými vodiči tepla ve srovnání s normálními ocelemi. Tato nízká hustota znamená, že takto vytvořené odstředivky jsou značně lehké, takže síly na hřídeli motoru a montážních orgánech jsou menší. Přihlédneme-li však k chování tepelnému, zjišťujeme, že keramika SiC-SiC vyhovuje zvláště při použití ve způsobu podle vynálezu, když nejsou přílišné snahy homogenizovat její teplotu, zejména po poměrně dlouhé době. Je tedy možno pracovat s jistým gradientem teploty, který je nízký a který tedy může být udržován aniž by bylo nutné přehřívat vnitřní část odstředivky.

Nepříznivější aspekt tohoto tepelného chování spočívá v tom, že je zvláště obtížné předehřát odstředivku po započetí zvlákňování, nicméně bylo zjištěno, že může být získán izotermní ohřev po celé výšce věnce bubnu odstředivky, ne však po tloušťce, pomocí prstenového hořáku, přednostně s mnoha rozbíhavými paprsky namířenými ke vnitřnímu povrchu věnce bubnu a vnějšími hořáky doplněnými jedním nebo několika kyslíko-acetylenovými hořáky, přičemž ohřev by měl být řízen plynule například optickým pyrometrem, aby se zamezilo jakékoli přehřátí. Předehřívání vnitřním spalováním umožňuje snížit počet pásem nacházejících se v tahu, zejména na úrovni všech otvorů pro průtok skloviny.

Keramické materiály s matrici z karbidu křemíku vyztužené vlákny z uhlíku jsou také zvláště výhodné s ohledem na jejich odolnost při vysoké teplotě, jejich pevnost, tepelnou vodivost a použiti keramických materiálů s matricí z karbidu křemíku vyztuženou vlákny z karbidu křemíku. Tyto keramické materiály vyztužené vlákny z uhlíku jsou navíc dobrými elektrickými vodiči, což umožňuje případné vyhřívání elektromagnetickou indukcí. Každopádně je výhodné provést ochranu odstředivky, například keramického typu, tenkou vrstvou karbidu křemíku nebo jinou ekvivalentní

-7CZ 280908 B6 vrstvou která s výhodou bude chránit obnažená vlákna. Je-li zvolená sklovina dostatečně redukční, je popřípadě možné toto ochranné keramické opatření vynechat, avšak pro předehřívání odstředivky je·záhodno používat redukční plyny.

Posledním řešeným problémem je spojení mezi keramickou součástí a nevyhnutelnými kovovými součástmi odstředivky, které musí být tím nebo oním způsobem spojeny se hřídelem motoru. Toto spojení může být například provedeno tak, že kotouč keramické součásti se sevře mezi dvěma kovovými prsteny spolu spojenými kov na kov a mezi kovové prsteny a kotouč keramické součásti se vloží ohebné vložky, například z plsti z vláken oxidu hlinitého nebo jiných žáruvzdorných vláken nebo ve formě listů s vrstvou grafitu. Toto pružné spojení dovoluje proklouzávání mezi kovovými součástmi, které se značně roztahují a mezi keramickou součástí, která se téměř neroztahuje. Toto spojovací uspořádáni je doplněno středící sestavou, která může s výhodou sestávat ze tří čoček z keramického materiálu nesených jedním z kovových prstenů a uložených v podlouhlých radiálních prohlubních uložených u okraje keramické součásti v odstupech 120°.

Přehled obrázků na výkresech

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na připojených výkresech, kde na obr. 1 jsou křivky závislosti viskozity na teplotě různých typů skel, na obr. 2 je schéma způsobu zvláknění podle předloženého vynálezu a na obr. 3 je nárysný řez odstředivky podle předloženého vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Průmysl tepelně izolačních vláken vyrábí v podstatě dva typy výrobků, skleněnou vlnu a čedičovou vlnu, přičemž každý z těchto typů výrobků má velký počet variant. Typicky se skleněná vlna vyrábí ze skloviny, která má složení v těchto mezích:

SiO₂	61 až	66 (%	hmot.)
Na₂0	12 až	17
^Α12θ3	2 až	5
κ₂ο	0 až	3
CaO	6 až	9
^B2°3	0 až	7,5
MgO	0 až	5
^Fe2°3	méně	než 0	,6
Tyto meze	nejsou	vždy	zcela přesně dodržovány a navíc zde

mohou být přídavné i jiné složky, jmenovitě například jako stopy. Poměrné vysoký podíl oxidu křemičitého oproti jiným druhům skel způsobuje zvýšený podíl tavidel, jako je oxid sodný a oxid boritý. Soda a ještě více bór představují složky poměrně nevýhodné, protože cena směsi může vlivem takových složek jako oxid boritý značné vzrůst. Kromě toho sklo takového složení je plastické od teploty 400 do 500 C, což omezuje možnosti jeho použití.

-8CZ 280908 B6

Naopak pozorujeme-li křivku závislosti viskozity na teplotě takového skla, označenou 1 na obr. 1, zjišťujeme, že viskozita je mezi 300 až 3 000 dPas, při teplotď v rozsahu mezi 1 050 až 1 300 °C. Na tomto obrázku byly dále vyčárkovány oblasti teplot nižších než nejvyšší teploty odskelnění uvažovaných skel. Dále nejvyšší teplota odskelnění je mimo tuto oblast, konkrétně 960 “C. Pracovní oblast je tedy zvláště rozsáhlá a tato skla jsou tedy zvláště dobře vhodná pro přeměnu ve vlákna, protože mohou být upravovávána po poměrně dlouhou dobu při dobře optimalizovaných podmínkách tažení, které poskytují zvláště vysokou jakost vláken, zejména pokud jde o jakost tepelnou a mechanickou, což jsou podstatné vlastnosti, které jsou žádány při výrobě izolačních výrobků.

Druhý typ výrobku je takzvaná nerostná vlna, která se obvykle vyrábí z přírodních nerostů typu čediče, ačkoliv se používají i jiné směsi, jmenovité výrobky přicházející z hutního průmyslu, jako vysokopecní strusky. Tyto sklářské směsi získané bez přídavku hlavně sody a tedy vhodnější, odpovídají hmotnostnímu procentnímu složení ve sloupcích 2,3 a 4 následující tabulky a odpovídajícím křivkám 2, 3 a 4 závislosti viskozity na teplotě z obr.l, které představují dekadický logaritmus viskozity vyjádřené v dPas.

	obecný případ	2	3	4
Si°₂	40 až 54	52	44,5	46,6
Na₂0	0 až 5	4,4	4,2	3,2
AI2O3	8 až 18	16,9	14,7	13,7
k₂°	0 až 2	0,6	0,9	1,5
CaO	7 až 42 •	7,6	10,5	10,3
MgO	3 až 11	7,3	8,9	9,1
^^θ2θ3	0 až 17	10,1	12,5	12,6
různé		1,3	3,8	3,0
Tyto	hodnoty odpovídají	poměrné	žáruvzdorným	sklům, která

proto mohou být výhodné použita v aplikacích s vysokými teplotami nebo pro konstrukci prvků určených k ohnivzdorným aplikacím v budovách. Tato žáruvzdorná vlastnost je předně na úkor značné vysoké teploty tavení, například vyšší než 1 400 °C, což vede někdy k použiti velmi pracných způsobů tavení, například v kuplovně s koksem jako palivem, což má často za následek nepřesnou tepelnou úpravu skloviny. _t

Dříve než se bude zmíněno reologické chování, je třeba uvést, že tato skla vedou k problémům chemické koroze a že při volbě určitého skla je třeba také počítat s jevem koroze zařízení použitého pro zvláknění. U materiálů na bázi křemíku, jaké byly uvedeny shora, je známo, že sklo bude jevit sklon k podpoře oxidace na oxid křemičitý. To je důvod, proč je zvlášť výhodné používat sklářské směsi, jejichž obsah oxidu křemičitého je nad 45 %, přednostně nad 50 %, a obsah tavidel, to znamená MgO-CaO, je nižší než 20 %, přednostně než 15 %, což je složení, které se ještě vyskytuje v některých čedičích bohatých na oxid křemičitý,

-9CZ 280908 B6 ale které zůstává chudé na oxid křemičitý, jestliže je srovnáme s běžnými, a tedy levnějšími skly, než jsou tato. S tímto ještě poměrně nízkým obsahem oxidu křemičitého je možno použít malý podíl alkálií, to znamená tavidel. Ostatně má být obsah oxidačních látek jako oxid železnatý nebo železitý a síra nejnižší, aby se získalo pokud možno sklo redukční a kyselé a mělo tedy na druhé straně malý sklon rozpouštět oxid křemičitý z důvodu jeho slabého zásaditého charakteru, aby se nepodporovala oxidace karbidu křemíku, který je užitečný, jde-li o vytvoření ochranné vrstvy na povrchu, avšak který je však výsledkem napadení odstředivky a nemá se dostat k jejímu vnitřku.

Význam posledně uvedeného vyplývá například z následující zkoušky. První pokus provedený s čedičem obsahujícím 45 % hmot, oxidu křemičitého a 12 % hmot, oxidu železitého ukázal, že tyč z nitridu křemíku ztratila 80 % hmot, po 48 hodin v lázni skloviny při teplotě 1 300 °C, ztráta hmotnosti byla menší než 5 % u stejné tyče ponořené stejné dlouho v lázni roztaveného čediče stejného složení jako shora uvedený čedič Meilleraie. S obvyklým sklem, jehož obsah oxidu křemičitého je například 63 % hmot, a obsah Na₂0 je 15 % hmot., byla zjištěna ztráta hmotnosti menší než 5 % po 125 hodin v lázni o teplotě 1 100 °C, což je teplota, při které obvyklé sklo je již tekuté, a kterou tedy není třeba překročit. Podobné výsledky byly získány s keramikou na bázi karbidu křemíku. *

Zkoušky koroze také ukazují, že je výhodné používat složení skel neobsahujících síru nebo jakékoliv sloučeniny zvyšující jejich zásaditost.

Nyní přejdeme k vlastnímu problému zvlákněni. Porovnáme-li křivky 2., 3. a 4 s křivkou 1, je ihned zřejmé, že pracovní oblasti čedičových skel jsou pozoruhodně úzké a že leží na úrovni značně vysokých teplot. Určíme-li z toho teoretickou mez danou nejvyšší teplotou odskelnéní a zvolíme pevnou viskozitu minimálně 100 dPas, odpovídá potom pouze čedič Meilleraie křivce 2 a může být ještě použit v pracovní oblasti šířky 30 °C, to znamená při teplotách 1 330 až 1 360 °C.

Tato mez je mezí potud, pokud jde o setrvání skloviny v odstředivce, protože rychlost tažení a ochlazování vlákna je taková, že je možno vlákno táhnout, aniž by vzniklo odskelnéní. Je možno zjistit, že zvlákněni vzniká ve skloviné během ochlazováni, zatímco je měřena nejvyšší teplota odskelnéní na odskelněném skle. Není proto dokonalá koincidence mezních teplot, avšak čím bližší je pracovní teplota k nejvyšší teplotě odskelnéní, tím větší je nebezpečí selhání provedeni. Každopádně je důležité, aby odpovídající viskozita byla dosažena v okamžiku zvlákněni a aby sklovina neměla teplotu nižší než je nejvyšší teplota odskelnéní uvnitř odstředivky.

Čedič Meilleraie je nejvýhodnější pro předložený vynález, protože kromě nejvýhodnějšího reologického chování je nejméně agresivní pro keramické odstředivky.

Je-li hledán způsob výroby vláken vnitřním odstředěním z některého z čedičových skel za podmínek obvyklých pro kovovou

-10CZ 280908 B6 odstředivku, tedy se stěnou prakticky izotermní, zkušenost, která může být provedena se zrcadlovým sklem, to je se sklem, jehož křivka závislosti viskozity na teplotě je superponovatelná na zvolený čedič, avšak jehož oblast formování je mezi teplotami podstatně nižšími, aby bylo možno pracovat s kovovou odstředivkou zjišťuje se proces tvorby kapek a ne protahování vláken.

Aby bylo možné zvlákňování takové směsi odstředivkou s otvory, je podle vynálezu a podle schéma na obr. 2 navrženo, aby se pracovalo s teplotním gradientem mezi vnitřním povrchem a vnějším povrchem stěny odstředivky. Takto je možné s čedičem Meilleraie v daném případě při 1 470 °C vytvořit paprsek roztaveného materiálu, přičemž materiál je přiváděn do tavící vložky například prostřednictvím úzkého hrdla, což vysvětluje tuto poměrné nízkou teplotu vzhledem k teplotě tavení. Sklovina pokračuje v ochlazováni veprůběhu svého pádu až po dosažení odstředivky.

S odstředivkou, jejíž stěna je uvnitř předehřátá například na 1 300 °C, bude možné pracovat se sklem, které bude samo mít teplotu 1 350 °C při vyloučení nebezpečí odskelnéní v odstředivce, přičemž tekutost materiálu je příliš velká pro správné protažení a vedla by k vytvářeni kapek a ne vláken. Naopak, vnější povrch stěny, kterou vystupují vlákna, je na teplotě blízké 1 140 °C, odpovídající viskozité dovolující účinné protahování bud' vlivem^odstředivé síly, nebo složeným působením odstředivé síly a plynového protahováni.

•

Obecněji vzato, způsob podle vynálezu umožňuje zvláknění velkého počtu skel, jejichž reologické chování je zvláště kritické vlivem jejich úzké pracovní oblasti nebo jejím omezením problémy odskelnéní, jako je tomu u čedičových skel nebo pouze problémy s viskozitou, když tato klesá příliš s teplotou. Pojem úzký se přitom rozumí například spodní odchylka 100 °C až 50 °C.

Pro prováděni způsobu podle vynálezu byl vyvinut nový typ odstředivky schopný pracovat s teplotním gradientem mezi vnitřním povrchem a vnějším povrchem stěny odstředivky například 200 °C, přičemž odstředivka podle vynálezu není nikterak omezena na provádění způsobu zvlákňování, který je uveden shora, ale může být stejné dobře použita i v podmínkách více izotermních, se směsmi Skel méně žáruvzdornými, a přesto zachovat řadu výhod, které budou vysvětleny dále.

Pro vytvořeni dostatečné významného rozdílu teplot na tloušťce stěny nepřesahující například 5 mm bylo nutno pracovat s materiálem, který je velmi dobrý tepelný izolátor a má slabou tepelnou setrvačnost pro odolání teplotní vodivosti a odolává difúzi tepla. Jiná podmínka od okamžiku, kdy sklovina má projít stěnou odstředivky spočívá v tom, že tento izolant nemůže být uložen jednoduše ve formě tenké vrstvy povlaku, ale musí být použit k vytvoření celého bubnu odstředivky. Tento požadavek podmiňuje podmínky vyrobitelnosti pokud jde o tvarování a o provedení otvorů. Navíc materiál musí být dostatečné žáruvzdorný a musí snášet teploty mezi 1 200 a 1 300 °C, přičemž další ne nevýznamný požadavek je, aby byl odolný vůči korozi způsobované sklovinou.

První typ zvoleného materiálu je nitrid křemíku, (například typu RBSN - Reaction Bonded Silicium Nitrure), získaný spékáním

-11CZ 280908 B6 pod dusíkem z křemíkového prášku typu Si₃N₄, nebo spékaný materiál (SIALON), který má dobré tepelné vlastnosti až do teplot blízkých 1 300 °C a je s výhodou poměrně snadno vyrobítelný. Jeho mechanická odolnost při 100 °C je 450 MPa a jeho součinitel lineární roztažnosti mezi 20 až 1 000 °C je 3.1O^-6C^-1. Tepelná vodivost tohoto materiálu je 20 Wm^-1-C^-1 při 1 000 ”C, což z něho činí velmi dobrý tepelný izolant. Navíc má tento materiál hustotu řádově 3,2 g/cm³, tedy velmi nízkou difuzivitu. Technika spékání dovoluje vyrobit kusy dosti složitých tvarů. Otvory mohou být připraveny předběžně vytvořenými vložkami, které se vytáhnou, když je výrobek ve formě, průměr otvorů může případné být upraven diamantem.

Je třeba poznamenat, že použitý keramický materiál má velmi nízkou pórovitost, jeho zdánlivá hustota je přednostně vyšší než 97 % maximální teoretické hustoty. Tato vlastnost, kterou je možno snadno ověřit pokusem, je-li splněna, představuje nedestruktivní zkoušku jakosti výrobku a je signálem nepřítomnosti téměř všech chyb a tedy zárukou dobrého chováni co do tečení a odolnosti v ohybu.

Nitrid křemíku se chová uspokojivé s ohledem na tepelný ráz a má vyhovující tvrdost, má však poměrné nízkou pevnost, řádově 5,4 MPa, což znesnadňuje výrobu odstředivek velkých průměrů, například 400 mm a více, protože se otáčejí vysokými rychlostmi s odstředivým zrychlením 4 000 až 20 000 m.s.^-2 za podmínek výhodných s ohledem na jakost vláken.

Z tohoto důvodu se přednostně používají kompozitní keramiky sestávající z matrice z karbidu křemíku vyztužené vlákny z karbidu křemíku nebo vlákny z uhlíku, keramiky, jejichž pevnosti jsou řádové 25 až 30, respektive 45 až 52 MPa, přičemž posledně uvedené hodnoty se blíží hodnotám u kovů. Tyto kompozitní keramiky již prakticky nemají křehkost normálně se vyskytující u těchto typů materiálů.

Tyto kompozitní keramiky se získávají vyrobením polotovarů co nejkompaktnějšim navrstvenim jednotlivých vrstev tkaniny z vláken karbidu křemíku nebo z vláken uhlíku. Síť vláken se potom podrobí jedné nebo s výhodou řadě impregnací infiltrací v parní fázi při vysoké teplotě, aby se zajistilo pyrolytické krakováni prekusoru, použitý prekusorový plyn je obvykle trichlormethoxysilan. Po tomto vyrobení matrice okolo vláken se pro dokončení povrchu výrobek popřípadě obrobí a vytvoří se otvory, například provrtáním laserem.

Mechanická odolnost těchto materiálů je tím pozoruhodnější, že karbid křemíku je poněkud méně odolný než nitrid křemíku, což vysvětluje, že tento materiál nebyl vybrán pro vytváření spékaných předmětů. Je tedy k dispozici kompozit typu křehký-křehký, jehož výjimečná mechanická odolnost je způsobena přítomností vláken, která bráni vzniku trhlin, energie rázu je pohlcována množstvím mikrotrhlin a přechody vlákno-matrice, a to bez velké propagace primárních trhlin.

-12CZ 280908 B6

Pro keramiku SiC-SiC jsou mechanické vlastnosti tyto: pevnost v tahu 200 MPa při teplotě 1 000 °C, tato pevnost klesá na 150 MPa při teplotě 1 400 °C, z čehož pj^ne v praxi maximální teplota při používáni 1 200 až 1 300 °C, Youngův modul 200 GPa při 1 000 C, 170 GPa při 1 400 °C, odolnost proti stlačení v tloušťce, to znamená kolmo na vrstvy tkaniny, 380 až 250 MPa, v rovině vrstev tkaniny 480 až 300 MPa.

S keramikou SiC-C dostaneme hodnoty ještě vyšší, uvedené zde pro teploty 1 000, respektive 1 400 °C, pevnost v tahu 350 MPa, 330 MPa, Youngův modul 100 GPa, 100 GPa, pevnost v tlaku v tloušťce 450 MPa, 500 MPa, a v rovině 600 MPa 700 MPa.

Předměty z kompozitní keramiky nejsou izotropní, jejich vlastnosti jsou rozdílné podle toho, jsou-li měřeny rovnoběžně s vrstvami nebo kolmo k vrstvám tkaniny, které jsou uloženy rovnoběžně s obvodovou stěnou odstředivky, což je výhodnější v rámci způsobu podle předloženého vynálezu proto, že právě ve směru tloušťky, kolmo k vrstvám tkaniny, je tepelná vodivost materiálu největší, protože síť vláken nemůže působit jako vodič tepla. Naopak je třeba uvést, že větší tepelná vodivost v rovině vrstev tkaniny je výhodnější proto, že působí proti vytváření teplotních gradientů ve směru výšky věnce bubnu odstředivky.

Přesněji, pro 40 % hmot, obsah vláken má keramika SiC-SiC pro teploty od 1 000 do 1 400 C konstantní teplotní vodivost 5.10^-6m².s^-1 v rovině rovnoběžné s vrstvami tkaniny a 2.10~⁶m².s” ve směru kolmém k této rovině. Tento jev je ještě výraznější u keramiky vyztužené vodivými uhlíkovými vlákny, kde je teplotní vodivost mezi 1 000 a 1 400 °C rovna 7 až 8.10^-6m²s^_1 v rovině rovnoběžné s vrstvami tkaniny a 2.10 m s kolmo k této rovině, přičemž tepelná vodivost je 17 WmK ve směru tloušťky a 33 WmK v rovině. Tato velmi nízká difuzivita se spojuje stejně jako u nitridu křemíku s velmi nízkou hustotou, která je 2,5 g/cm³ pro keramiku SiC-SiC a 2,1 g/cm³ pro keramiku SiC-C, to znamená hustota, která vede k vytvořeni velmi lehkých předmětů, které se proto snadněji uvádějí do rotace.

Z hlediska mechanického a tepelného mají keramiky SiC-C lepši vlastnosti než keramiky SiC-SiC. Nicméně vytvoření odstředivek z keramiky pouze SiC je jednodušší, protože vlákna SiC obnažená při vrtáni otvorů mohou být uvedena do styku se sklovinou, oproti uhlíkovým vláknům, která by mohla být přeměněna na oxid uhličitý, přičemž vlákna z karbidu křemíku jsou erodována stejné jako matrice, přičemž reakční kinetika degradace může být z důvodů jemnosti vláken o něco rychlejší, takže karbid křemíku je přeměněn na křemík, který potom vytvoří ochrannou vrstvu. Pro použití keramiky SiC-C je tedy nutné provést ochranný proces otvorů vyvrtaných ve stěně, například keramizací karbidem křemíku nebo uložením jiné keramiky v tenké vrstvě odolávající korozi způsobované sklovinou.

Na obr. 3 je znázorněna odstředivka podle předloženého vynálezu v osovém řezu, která je vytvořena z keramiky SiC-SiC. Odstředivkou z keramiky se rozumí jednoduše část odstředivky,

-13CZ 280908 B6 která může být ve styku se sklovinou nebo přímo ve styku s plynným prostředím o vysoké teplotě. Všechny ostatní součásti jsou z důvodů ceny a možností výroby přednostně kovové. Součást z keramiky je tedy tvořena bubnem 5, který má tři části, a sice obvodový věnec 6 provrtaný například 20 000 otvory, jejichž průměr je například od 0,2 do 0,7 mm, přednostně kolem 0,5 mm pro odstředivku o průměru 400 mm a pro výšku obvodového věnce 6 řádově 50 mm. Buben 5 dále má ohyb 7, kterým dodává bubnu 5 vhodnou mechanickou pevnost, a kotouč 8, který zachycuje proud 20 skloviny, a na kterém se popřípadě vytváří zásoba skloviny. Kotouč 8 tedy tvoří dno odstředivky a je připevněn k náboji 9 způsobem, který bude podrobně popsán dále. Zobrazené schéma není přesně shodné se skutečným výrobkem, u kterého jsou rohy přednostně mírně zaobleny, avšak dovoluje již seznat, že předměty podle vynálezu mají dostatečné čisté linie, takže zde není třeba místních výztužných prvků, protože roztažení předmětu z keramiky je prakticky nulové. Jmenovitě není třeba jako v případě kovových odstředivek vytvářet skloněnou část ve tvaru tulipánu protože jevy tečení nejsou pozorovány nebo přinejmenším nepůsobí významné deformace.

Tato úprava odstředivek z keramiky podle vynálezu je nezávislá na způsobu jakým se provádí zvlákňování a na složení použité skloviny a vysvětluje zájem o tento nový typ odstředivek dokonce s konvenčním zvlákňováním a složením. Je známo, že plastické tečení v kovové odstředivce způsobuje změnu podmínek pro tvorbu vláken, protože vlákna jsou například vypouštěna v menší vzdálenosti od tažného hořáku, přičemž jakákoli modifikace podmínek tvorby vláken je spojena s mírnou změnou jakosti vláken, například změnou jejich průměru, což je hodnoceno výrobcem jako negativní jev, protože jeho snaha je obecně perfektní stálá jakost.

*

V předešlé části popisu byla uvedena výška věnce 6 řádově 50 mm, tato výška však může být zvětšena. Ve skutečnosti se jedná o výšku, která může být těžko zvětšena u kovové odstředivky, kde by bylo pro zásobení všech otvorů třeba zvětšit odstředivou sílu a tedy rychlost otáčeni odstředivky a v důsledku toho napětí, která jsou vyvíjena na odstředivku a která na určité úrovni mají za následek překročení meze pružnosti materiálu a vedou k nevratné deformaci. Je zřejmé, že s odstředivkou, která se nedeformuje, může být rychlost otáčení podstatně zvýšena. Tím spíše, že podle vynálezu zvolené keramiky mají nízké hustoty a vyvíjejí tedy menší síly na ostatní součásti, a to zejména na hřídel 10 a náboj 9.

Protože odstředivky podle vynálezu snesou vyšší teploty než kovové odstředivky, je možno také pracovat se skly obvyklého složení avšak o mírně vyšší teplotě a tedy tekutějšími, takže se spotřebuje méně energie na plynové protahování a část odstřelování se převede na protahováni.

Obraťme nyní pozornost k obr. 3 a přesněji k problému spojení mezi kovovým nábojem 9, přímo uváděným do otáčení hřídelem 10 motoru a kotoučem 8. Spojeni musí vyhovovat třem požadavkům: musí být poddajné s ohledem na rozdílnou roztaživost kovových součástí a keramických součástí, odstředivka musí být dokonale vyvážena, protože její obvodová rychlost je například vyšší než 50 ms^-1,

-14CZ 280908 B6 výhodné od 50 do 90 ms^-1, aby byly splněny výhodné podmínky a nebyla keramika namáhaná v tahu, ale pouze v tlaku.

Uvedené požadavky jsou splněny například zde navrženým spojením, pokud budou shora uvedené požadavky splněny je však zřejmé, že jsou možná i jiná uspořádání. Pro tento účel jsou na vnitřním povrchu kotouče 8 uspořádány alespoň tři pravidelně rozmístěná podlouhlá lůžka 11. Tato podlouhlá lůžka 11 jsou obsazena čočkami 12 zavařenými za horka do kovového náboje 9. Zavaření dovoluje přesné umístění. Čočky 12 se přemísťují radiálně, když se náboj 9 roztahuje a zajišťují tak dobré vystředění odstředivky. Kromě toho je kotouč 8 upevněn kovovou přírubou 13 upevněnou k náboji 9 například svorníky 14 ve spojení kov na kov. Mezera mezi kotoučem 8 a kovovou přírubou 13 na jedné straně a nábojem 9 na druhé straně je vyplněna žáruvzdorným těsněním držícím keramickou součást stlačením bez sevření, » protože síla je takto rozložena na velmi velkou plochu. Pro tento účel je možno použít plsť z vláken z oxidu hlinitého nebo jiných žáruvzdorných vláken. Nicméně je dávána přednost těsněním z grafitu, jmenovitě exfoliovanému grafitovému papíru, který je pružný a může tedy vratně sledovat deformace součásti. Grafit zde může být použit, protože je uzavřen v uzavřeném prostoru bez obnovy vzduchu.

Odstředivka je obklopena hořáky 17, 18 sloužícími k předehříváni, udržování teploty a k vytvářeni vyhřívaného okolí a/nebo protahovacích plynných proudů proudících podél obvodové stěny. Vnitřní povrch obvodového věnce 6 bubnu 5 je ohříván vnitřními hořáky 15 uspořádanými do prstence. Tyto vnitřní hořáky 15 mají s výhodou rozbíhavé trysky za účelem pokrytí celé výšky stěny. Vnější stěna je zahřívána prvním otvorem 16 vnějšího prstencového hořáku 17. Kromě toho může být výhodné uspořádat také řadu vnějších pohyblivých hořáků 18 používaných kromě předehřátí a zhasnutých jakmile sklovina začne téct.

Předehřátí se provádí s ohledem na křivku stoupání teploty s uvážením odolnosti keramiky proti tepelným rázům, přičemž je třeba dosáhnout teploty stěny alespoň nad 1 000 °C před začátkem proudění, bude-li se zvláknění provádět při teplotě odstředivky mezi 1 200 a 1 300 C. Pro zamezení příliš velkých gradientů teploty má být předehřátí uskutečněno v pokud možno izotermních podmínkách, posuzováno v příčných fezech tloušťkou, tedy rovnoběžně s vrstvami tkaniny v případě kompozitní keramiky. Zde uvedený problém se váže na velmi nízkou tepelnou disfuzivitu keramiky, která nepřenáší prakticky žádné teplo přijaté v určitém místě do sousedních oblasti. Z důvodů přítomnosti otvorů, kterými plyny z hořáků místně otevřou cestu napříč stěnou, je^ výhodné předehřát odstředivku z vnějšku i z vnitřku, přičemž ohřev z vnitřku začne například, když byla dosažena teplota 500 až 600 ’C. Ohřev z vnitřku ostatně umožňuje snížit účinky ochlazování způsobené konvekcí tepla.

Ve fázi zvlákňování má být s výhodou vnější prstencový hořák 17 schopen prvním otvorem 16 vypouštět plynné proudy, jejichž teplota odpovídá žádané teplotě vnějšího povrchu obvodového věnce 6 a jejich rychlost je přinejmenším rovna obvodové rychlosti odstředivky, která je podle shora uvedeného příkladu nejméně 50 ms^-1. Tyto proudy vypouštěné v podstatě kolmo ke skleněným

-15CZ 280908 B6 vláknům takto pomáhají k jejich protahování a unášejí je do místa ukládání. Aby se zamezilo pohybu určité části vláken ve vodorovném směru mimo pásmo vymezené plynnými proudy, je zvlákňovací ústrojí doplněno dmychacím prstencem 18., který vypouští druhým otvorem 19 poměrně rychlejší paprsky o teplotě nižší než je teplota požadovaná pro plynové protahování, a které způsobem známým v oboru lámou vlákna na kratší kusy a podporují jejich pád do zásobníku.

Shora popsaným zařízením je možno zvlákňovat velmi rozsáhlou řadu druhů skel o složeních, jejichž obsah oxidu křemičitého může být od 50 do 70 % hmot., což umožňuje vytvoření velmi širokého sortimentu výrobků, a to při případném použití přírodních nerostů bez přidávání sody a s jakostí vláken alespoň rovnou běžné jakosti vláken získaných vnitřním odstřeďováním.

Kromě toho odstředivka podle vynálezu může pracovat s teplotním rozdílem podél tloušťky stěny, tedy kolmo k vrstvám tkaniny, dosahujícím například 200 °C, což umožňuje bez obtíži vytvořit průběh teploty uvedený v obr. 1. Tento průběh teploty umožnil zvlákňovat za dobrých podmínek čedič Meilleraie, jehož složení bylo uvedeno shora. Vlákna větších průměrů, to znamená 30 až 35 mikronů, byla získána rychlosti 30 kg na den a otvor s prakticky nulovým obsahem nezvláknéného materiálu, což je zvláště pozoruhodné pro čedičové sklo. Vlákna menšieh průměrů mohou být vyrobena rychlostí 0,1 kg na den a otvor a ze skla, jehož závislost viskozity na teplotě odpovídá křivce 1. Proto byla získána velmi jemná vlákna o středním průměru 1,75 mikronu. Všechny ostatní uprostřed se nacházející hodnoty, je možno získat při rychlosti na den a otvor, která se mění v rámci uvedených hodnot.

Claims

1. Způsob výroby minerálních vláken vnitřním odstřeďováním, při kterém se roztavený materiál, který má být tažen do vláken, vlévá v roztaveném stavu do vnitřku odstředivky, jejíž obvodový věnec je opatřen velkým množstvím otvorů, vyznačující se tím, že mezi vnitřním povrchem a vnějším povrchem obvodového věnce se udržuje teplotní gradient, přičemž vyšší teplota je uvnitř odstředivky.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozdíl teplot mezi vnitřním povrchem a vnějším povrchem věnce je 50 až 300 °C.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že rozdíl teplot mezi vnitřním povrchem a vnějším povrchem věnce je 100 až 200 °C.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že teplota vnitřního povrchu je vyšší než teplota odskelňování a teplota vnějšího povrchu je v závislosti na materiálu

T log = 1,7 až T log = 3.

-16CZ 280908 B6

Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vnitřní povrch a vnější povrch věnce jsou udržovány izotermní po celé výšce.

Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že rozdíl teplot pracovní oblasti je menší než 100 °C.

Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že nejnižší teplota pracovní oblasti je větší než 1 100 °C.

Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že obsah křemíku vláken je vyšší než 45 % hmot., s výhodou vyšší než 50 % hmot, přičemž obsah vápna je nižší než 20 s výhodou nižší než 15 % hmot.

Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že jako výchozí materiál pro výrobu vláken jsou použita čedičová skla.

.Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že jako výchozí materiál pro výrobu vláken je použit čedič Meilleraie.

.Zařízení k provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 10, které sestává z odstředivky s věncem upevněným na hřídeli motoru a opatřeným otvory, vyznačující se tím, že obvodový věnec (6) má při teplotě 1 000 °C tepelnou vodivost nižší než 20 Wm^-1C^-X.

.Zařízení k provádění způsobu podle nároku 11, vyznačující se tím, že obvodový věnec (6) má tepelnou vodivost nižší než 10 Wm^-1C^-x.

.Zařízení podle nároků 11 nebo 12, vyznačující se tím, že obvodový věnec (6) má při teplotě 1 000 ’C teplotní — 9 — 1 vodivost nižší než 5.10 ms ^χ.

.Zařízení ^□odle kteréhokoli z nároků 11 až 13, v y z n a č u- jící s e tím, že obvodový věnec (6) je z keramické hmoty ze spékaného nitridu křemíku. .Zařízení podle kteréhokoli z nároků 11 až 13, v y značu- jící s e tím, že obvodový věnec (6) je z kompozitní

keramiky složené z matrice z karbidu křemíku vyztužené vlákny z karbidu křemíku.

.Zařízení podle kteréhokoli z nároků 11 až 13, vyznačující se tím, že obvodový věnec (6) je z kompozitní keramiky složené z matrice z karbidu křemíku vyztužené uhlíkovými vlákny.

.Zařízeni podle nároku 16, vyznačující se tím, že odstředivka včetně obvodového věnce (6) je opatřena ochrannou vrstvou na bázi karbidu křemíku.

-17CZ 280908 B6

18. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 11 až 17, vyznačující se tím, že je opatřeno vnitřními hořáky (15) a vnějšími prstencovými hořáky (17).*

19. Zařízení podle nároku 18, vyznačující se tím, že vnitřní hořáky (15) mají rozbíhavé trysky.

20. Zářízení podle kteréhokoli z nároků 14 až 19, vyznačující se tím, že obvodový věnec (6) je k hlavě hřídele (10) motoru upevněn kovovou přírubou (13) a je vystředěn keramickými čočkami (12), které jsou zataveny v náboji (9) a kluzně uloženy v podlouhlých lůžkách (11) vytvořených v obvodovém věnci (6).