DD161055A3 - METHOD FOR PRODUCING AN IMPRESSION SOLUTION FOR A GLAZED PROTECTION LAYER ON SIC FORMKOERPER - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING AN IMPRESSION SOLUTION FOR A GLAZED PROTECTION LAYER ON SIC FORMKOERPER Download PDF

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DD161055A3
DD161055A3 DD21501979A DD21501979A DD161055A3 DD 161055 A3 DD161055 A3 DD 161055A3 DD 21501979 A DD21501979 A DD 21501979A DD 21501979 A DD21501979 A DD 21501979A DD 161055 A3 DD161055 A3 DD 161055A3
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sic
silica sol
producing
formkoerper
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DD21501979A
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Inventor
Frank Piper
Ulrich Steffen
Original Assignee
Elektrokohle Lichtenberg 1130
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Impraegnierloesung fuer eine glasartige Schutzschicht auf SiC-Formkoerper. Die Erfindung erlaubt es, eine Loesung zu schaffen, die alle glasurbildenden Bestandteile in homogener Verteilung enthaelt und bestaendig ist. Gemaess der Erfindung wird die Loesung hergestellt, indem ein stabilisiertes Kieselsol unter intensivem Mischen langsam in eine waessrige Loesung aus Alkali-, Erdalkali- und Aluminiumsalzen eingetragen wird, bis sich ein pH-Wert von 3,5-3,7 eingestellt hat. Nach dem Impraegnieren der Formkoerper erfolgt eine thermische Behandlung.The invention relates to a method for producing a Impraegnierloesung for a glassy protective layer on SiC moldings. The invention makes it possible to provide a solution which contains all glaze-forming components in homogeneous distribution and is stable. According to the invention, the solution is prepared by slowly adding a stabilized silica sol with intensive mixing in an aqueous solution of alkali, alkaline earth and aluminum salts until a pH of 3.5-3.7 has been established. After impregnation of the shaped bodies, a thermal treatment takes place.

Description

β* · ti * · β β * · ti * · β

O «β β · » »O «β β ·» »

Verfahren zur Herstellung einer Imprägnierlösung für eine glasartige Schutzschicht auf SiC-FormkörperProcess for the preparation of an impregnating solution for a glassy protective layer on SiC shaped bodies

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lösung für die Erzeugung einer einheitlich zusammengesetzten Schutzschicht auf SiC-FormkÖrper, insbesondere SiC-Heizleitern·"The invention relates to a method for producing a solution for the production of a uniformly composed protective layer on SiC molded bodies, in particular SiC heating conductors.

Siliziumkarbid-Formkörper sind, bedingt durch das Herstellungsverfahren porös· Der Einsatz bei hohen Temperaturen in oxydierender Atmosphäre führt-zur allmählichen Oxydation des Siliziumkarbid zu SiOg· Dieser Vorgang ist besonders nachteilig bei Heizelementen aus Siliziumkarbid* da sich mit fortschreitender Oxydation der elektrische Widerstand beträchtlich"erhöht und zum Ausfall der Eeizstäbe führt·' .Due to the manufacturing process, silicon carbide molded bodies are porous. Use at high temperatures in an oxidizing atmosphere leads to gradual oxidation of the silicon carbide to SiO.sub.2. This process is particularly disadvantageous for silicon carbide heating elements because, as oxidation proceeds, the electrical resistance increases considerably and leads to the failure of Eizizstäbe · '.

Es ist bekannt, derartige, SiC-Formkörper zum Schutz gegenüber aggressiven Stoffen mit einem glasartigen Überzug zu versehen·" Dazu sind Verfahren bekannt, nach· denen durch Aufsprühen von Suspensionen mit nachfolgender thermischer Behandlung Schutzwirkungen erzielt werden·'It is known to provide such SiC moldings with a vitreous coating for protection against aggressive substances. "Methods are known according to which protective effects are achieved by spraying suspensions with subsequent thermal treatment.

Nach der DE - PS 1 671 053 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Lösung zum Imprägnieren der SiC-Formkörper aus einem Gemisch eines-wasserlöslichen Salzes des Aluminiums und eines Erdalkalimetalls besteht·" Die wässrige Lösung wird auf den formkörper aufgebracht, der Formkörper getrocknet und bei 165Q 0C oxydierend gebrannt·'According to DE-PS 1 671 053 a method is known in which the solution for impregnating the SiC shaped bodies consists of a mixture of a water-soluble salt of aluminum and an alkaline earth metal. "The aqueous solution is applied to the shaped body, the shaped body dried and oxidized at 165Q 0 C · '

Der Nachteil dieser Erfindung ist, daß die Lösung keine glasbildenden Komponenten enthält, wodurch der entstehende Oxydfilm porös ist und nicht ausreichend gegen Oxydation schützt«.The disadvantage of this invention is that the solution contains no glass-forming components, whereby the resulting oxide film is porous and does not protect sufficiently against oxidation.

Ein zweistufiges Beschichtungsverfahren· von SiC-Formkörpern zur Erzielung einer Glasur wird in dem DD-WrVbIl beschrieben. In erster Stufe enthalt die Imprägnierlösung einepartiell hydrolysierte Siliziumverbindung oder ein Kieselsol, in zweiter Stufe in wäßriger LÖ3ung Metallsalze· Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Glasurbestandteile getrennt nacheinander auf den Formkörper aufgebracht werden müssen· Eine Schutzschichtausbildung findet zwischen den beiden Phasen SiO2 - und der Salzschicht infolge von Diffusionsvorgängen an der Oberfläche statt, und nicht als Gesamtreaktion der eingesetzten Komponenten· Die entstehende Schutzschicht ist folglich inhomogen, nicht reproduzierbar in ihrer Zusammensetzung und von ihrer Wirkung nicht berechenbar·A two-stage coating process of SiC molded articles to obtain a glaze is described in DD-WrVbIl. The disadvantage of this process is that the glaze components have to be applied to the molding separately one after the other. A protective coating is formed between the two phases SiO 2 . and the salt layer as a result of surface diffusion processes, and not as an overall reaction of the components used. The resultant protective layer is consequently inhomogeneous, not reproducible in its composition and can not be calculated from its effect.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine.Lösung zum Herstellen einer reproduzierbaren und homogenen Schutzschicht auf SiC-Formkörpern zu schaffen, die es erlaubt, den technologischen Aufwand zu verringern und die Anwendungseigenschaften vorzubestimmen·The aim of the invention is to provide a solution for producing a reproducible and homogeneous protective layer on SiC moldings, which makes it possible to reduce the technological complexity and to predetermine the application properties.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Lösung zu schaffen, die alle glasurbildenden Bestandteile in homogener Verteilung enthält und beständig ist·" Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein stabilisiertes Kieselsol unter intensivem Mischen langsam in eine wäßrige Lösung aus Alkali-, Erdalkali- und Aluminiumsalzen eingetragen wird, bis sich ein pH-Wert von 3,5 - 3,7 eingestellt hat· Mit dieser Lösung werden die SiC-FormkÖrper imprägniert, danach getrocknet und nachfolgend erhitzt· Als Kieselsol ist ein stabilisiertes Kieselsol mit einem Si02-Molverhältnis von 600-900, einem pH-Wert von 9 bis 10The invention is based on the object to provide a method for producing a solution containing all glaze-forming constituents in homogeneous distribution and is stable. "According to the invention, this object is achieved in that a stabilized silica sol with intensive mixing slowly into an aqueous solution Alkaline, alkaline earth and aluminum salts is added until a pH of 3.5-3.7 has been established. This solution is used to impregnate the SiC molded bodies, after which they are dried and then heated. The silica sol used is a stabilized silica sol a Si0 2 molar ratio of 600-900, a pH of 9 to 10

und einer mittleren Teilchengröße der kolloidalen Kieselsäure von 15 - 20 nm geeignet·and a mean particle size of the colloidal silica of 15-20 nm suitable ·

Ausführungsbeispielembodiment

Die vollständige Schutzbeschichtung der gesamten zugänglichen Oberfläche poröser SiC-FormkÖrper mit silikatischen Glasuren gewünschter Zusammensetzung mittels eines einstufigen Imprägnierverfahrens mit einem wäßrigen System, das bereits alle glasurbildenden Bestandteile in gelöster bzw· kolloidaler Form enthalt, war bisher nicht zugänglich. Bekanntermaßen ist es extrem schwierig relativ stabile angesäuerte Kieselsole mit hohen Metallsalzgehalten herzustellen· Überraschender Weise gelingt dies leicht, wenn stabilisiertes Kieselsol mit einer mittleren SiOg-Teilchengröße von 15 - 20 nm verwendet wird und dieses Kieselsol in die hochkonzentrierte saure wäßrige Lösung eines oder mehrerer Metallsalze eingetragen wird, wobei sich ein pH-Wert von 3,5 - 3,7 einstellen muß·. Das derart erzeugte stabile metallsalzhaltige Kieselsol weist auch nach 250 Tagen praktisch noch keinen Ansatz zur Gelierung bzw· noch keine bemerkenswerte Auskörnung auf· Eine solche Stabilität der Imprägniert sung ist eine wesentliche Voraussetzung für die technische Durchführbarkeit der Schutzbeschichtung.'The complete protective coating of the entire accessible surface of porous SiC moldings with silicate glazes of the desired composition by means of a one-step impregnation process with an aqueous system which already contains all the glaze-forming constituents in dissolved or colloidal form has hitherto not been accessible. It is known that it is extremely difficult to produce relatively stable acidified silica sols with high metal salt contents. Surprisingly, this is easily achieved by using stabilized silica sol having an average SiO 2 particle size of 15-20 nm and introducing this silica sol into the highly concentrated acidic aqueous solution of one or more metal salts with a pH of 3.5 - 3.7 must be set ·. Even after 250 days, the stable metal salt-containing silica sol produced in this way has virtually no gelling or no remarkable granulation. Such stability of the impregnated solution is an essential prerequisite for the technical feasibility of the protective coating.

Die molare Zusammensetzung der glasurbildenden Bestandteile soll, bezogen auf die Imprägnierlösung, berechnet als Oxide (Segergleichung)The molar composition of the glaze-forming constituents, based on the impregnation solution, is calculated as oxides (Segergleichung)

: 0,4 : 0,6 : 0,5: 0.4: 0.6: 0.5

: 4,0 betragen·: 4.0 · ·

K2O,K 2 O, N2ON 2 O CaO,CaO, MgOMgO Al2O3 Al 2 O 3 SiO2 SiO 2

Hierzu werden in 4 403 g einer 50,3 %igen wäßrigen Salzlösung deren Peststoffgehalt sich zusammensetzt ausFor this purpose, 4 403 g of a 50.3% aqueous salt solution whose pesticide content is composed

6,9 % K2CO3 6.9% K 2 CO 3

3,4 % Na2CO3 3.4% Na 2 CO 3

5,3 % MgCO3 5.3% MgCO 3

6,2 % CaCO3 6.2% CaCO 3

78,2 % Al (NO3) 3 . 9 H2O,78.2% Al (NO 3 ) 3 . 9H 2 O,

5 597 g handelsübliches Kieselsol Typ KS 30 K unter starkem Rühren langsam eingetragen.' Datei stellt sich ein pH-Wert von 3,5 - 3,7 ein.5 597 g of commercially available silica sol type KS 30 K are slowly added with vigorous stirring. File adjusts to a pH of 3.5 - 3.7.

Claims (2)

ErfindungsanspräeheErfindungsanspräehe 1· Verfahren zur Herstellung einer Imprägnierlösung für eine glasartige Schutzschicht auf SiC-SOrmkörper, insbesondere SiC-Heizleitern unter Verwendung eines stabilisierten Kieselsols und einer wäßrigen Lösung aus Alkali-, Erdalkali- und Aluminiumsalzen, gekennzeichnet dadurch, daß das stabilisierte Kieselsol unter intensivem Mischen langsam in die wäßrige Lösung.aus Alkali-, Erdalkali- und Aluminiumsalzen eingetragen wird, bis sich ein pH-Wert von 3,5 - 3»7 eingestellt hat·A process for the preparation of a glassy protective layer impregnation solution on SiC bodies, in particular SiC heating conductors using a stabilized silica sol and an aqueous solution of alkali, alkaline earth and aluminum salts, characterized in that the stabilized silica sol is slowly mixed with intensive mixing the aqueous solution is added from alkali metal salts, alkaline earth metal salts and aluminum salts until a pH of 3.5-3.7 has been established. 2.' Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als stabilisiertes Kieselsol, ein Sol mit einem SiOp - Molverhältnis von 600 - 900 einem pH-Y«ert von 9-10 mit einer mittleren Teilchengröße der kolloidalen Kieselsäure von 15 - 20 nm verwendet wird·2. ' Process according to item 1, characterized in that the stabilized silica sol used is a sol having a SiO 2 molar ratio of 600 to 900, a pH of 9 to 10 with a mean particle size of the colloidal silica of 15 to 20 nm.
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