DD295619A5 - Process for producing a dense, high-strength ceramic made of quartz sand and glass, and a molded article produced therefrom - Google Patents
Process for producing a dense, high-strength ceramic made of quartz sand and glass, and a molded article produced therefromInfo
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Abstract
Die Erfindung beinhaltet ein Herstellungsverfahren dichter, hochfester Quarz und Cristobalit enthaltender Formkoerper fuer die Elektroisolations- und Chemietechnik. Erfindungsgemaesz erfolgt die Herstellung durch einen reaktiven Mahlprozesz in waeszrigem Medium bei einem p H-Wert ueber 9 eines Gemisches aus 81 bis 95 Masseanteile in % Quarz und 19 bis 15 Masseanteile in % Alkali-Erdalkali-Alumoborosilicatglas, wobei das Feststoff-Fluessigkeitsverhaeltnis bei 60 bis 70 zu 40 bis 30 liegt und eine Aufmahlung bis zu Teilchengroeszen von mehr als 95% der Teilchen unter 0,008 mm und einem d84-Wert der Teilchengroeszenverteilung unter 0,005 mm vorgenommen wird. Bei der anschlieszenden keramtechnologischen Verarbeitung des Schlickers wird durch Trocknung eine entsprechende keramische Masse mit einer spezifischen Oberflaeche von 10 bis 20 m2/g erhalten. An die Formgebung der keramischen Masse schlieszt sich ein reaktiver Sinterprozesz bei 1 400 bis 1 600 K an. Dabei werden Formkoerper mit 5 bis 50 Masseanteile in % Quarz, 1 bis 65 Masseanteile in % Cristobalit und eine Porositaet von maximal 6 * erhalten, deren 3-Punkt-Biegefestigkeit mindestens 170 MPa betraegt. Die Eigenschaften der Formkoerper genuegen den wesentlichen Anforderungen, die an Werkstoffe mit chemisch-technischer Anwendung und an elektrokeramische Werkstoffe gestellt werden.{Keramik; Sinterkeramik; Formkoerper; Elektrokeramik; Keramik fuer chemisch-technische Anwendung; Quarz; Glas; Mahlung, alkalisch; Sinterprozesz, reaktiv}The invention includes a method of producing dense, high-strength quartz and cristobalite-containing moldings for electrical insulation and chemical engineering. According to the invention, the preparation is carried out by a reactive milling process in a medium at a p H value above 9 of a mixture of 81 to 95 parts by mass in% quartz and 19 to 15 parts by mass in% alkaline earth-alkaline aluminoborosilicate glass, the solids-liquid ratio being 60 to 70 to 40 to 30, and milling to particle sizes greater than 95% of the particles less than 0.008 mm and a d84 value of particle size distribution less than 0.005 mm. In the subsequent ceramic technological processing of the slip, a corresponding ceramic mass with a specific surface area of 10 to 20 m 2 / g is obtained by drying. The shape of the ceramic mass is followed by a reactive sintering process at 1,400 to 1,600 K. Forming bodies with 5 to 50 parts by weight in% quartz, 1 to 65 parts by weight in% cristobalite and a maximum porosity of 6 * are obtained whose 3-point bending strength is at least 170 MPa. The properties of the moldings meet the essential requirements that are placed on materials with chemical-technical application and on electro-ceramic materials. Sintered ceramic; Formkoerper; Electric ceramics; Ceramics for chemical and technical application; Quartz; Glass; Grinding, alkaline; Sintering process, reactive}
Description
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren fur dichte Quarz und Cristobaht enthaltende keramische Formkörper, das von einem keramischen Schlicker und einer daraus zu erhaltenden keramischen Masse ausgeht sowie deren Formgebung und Sinterung umfaßtThe invention relates to a manufacturing method for dense quartz and Cristobaht containing ceramic moldings, which emanates from a ceramic slurry and a ceramic mass to be obtained therefrom and their shaping and sintering comprises
Erfindungsbetreff ist weiterhin eine dichte Keramik aus Quarz und Glas sehr hoher Festigkeit, die in ihren wesentlichen Eigenschaften den Anforderungen an elektrotechnische und chemisch-technische Werkstoffe genügtSubject of the invention is furthermore a dense ceramics made of quartz and glass of very high strength, which meets the requirements of electrical and chemical-technical materials in their essential properties
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Traditionelle plastische Keramikmassen zur Herstellung von Weich-, Sanitär-, Geschirr-, Kunst- und Elektroporzellan sowie chemisch-technisches Porzellan bestehen aus Tonsubstanz, Feldspat und Quarz in Massenanteilen von 10 bis 45% In Abhängigkeit vom subtantiellen und granulometrischen Versatzaufbau erreichen diese Porzellanwerkstoffe auf preiswerter Rohstoffbasis und mit hohem Quarzgehalt (35-45%) bei Dichtbrandtemperaturen oberhalb 1 500K Biegefestigkeitswerte von 100 bis 120 MPa/1 / Weiterhin ist bekannt, daß man auf der Basis hoch SiO2-haltiger Massen zu Werkstoffen mt sehr guten Festigkeiten gelangt, wenn wahrend des Brennprozesses eine Cnstobalitbildung stattfindet Bei einem Gesamtgehalt von etwa 60% Quarz und Cristobaht werden fur dieses Cnstobalitporzellan Biegefestigkeiten von 140 bis 160MPa angegeben Auch diese hohen Festigkeiten werden mit verhältnismäßig preisgünstigen Rohstoffen erzielt/2/ Es werden auch unplastische keramische Massen auf der Basis von Silicatglas und dem relativ billigen und leicht verfugbaren Quarzsand vorgeschlagen Mit einer trockenaufbereiteten Masse, die in der DD-PS 115 104 beschrieben wird, sind mit 25 bis 65 Masseanteilen in % eines zerkleinerten quarzreichen Rohstoffes dichte Sinterwerkstoffe herstellbar, deren Biegefestigkeit maximal 100MPa und bei Verwendung von Quarzrohstoffen mit erhöhtem Tonmineralgehalt (Schluff) maximal 120 MPa erreicht werden In den Schriften DD PS 114 250 und DE-PS 2 706 659 werden trockenaufbereitete Massen mit 40 bis 45 bzw 39 bis 65 Massenanteile in % Quarz vorgeschlagen, die zu dichten Sinterkorpern mit Biegefestigkeiten von maximal 160 bzw 140MPa gebrannt werden können Voraussetzung fur diese hohe Festigkeit ist jedoch, daß der Masse bestimmte Fluoride zugesetzt werden In der DD-PS 130 031 wird in diesem Zusammenhang ein Verfahren zur Naßaufbereitung quarz- und fluoridhaltiger Massen beschrieben, aus denen ebenfalls Werkstoffe mit Biegefestigkeitswerten von 140MPa herstellbar sind Des weiteren lassen sich durch die Verwendung kristallisierender Matrixglaser auf der Basis von Erdalkalialumoborosilicatglas gemäß DD-PS 132 262 dichte quarzhaltige Sinterwerkstoffe mit Biegefestigkeiten von 140MPa herstellen, wenn die Glasphase nach dem Verdichten in merklichem Umfang kristallisiertTraditional plastic ceramic materials for the production of soft, sanitary, crockery, art and electronic porcelain and chemical-technical porcelain consist of clay, feldspar and quartz in mass proportions of 10 to 45% Depending on the subtantial and granulometric offset build-up, these porcelain materials are cheaper Raw material base and high quartz content (35-45%) at sealing firing temperatures above 1 500K flexural strength values of 100 to 120 MPa / 1 / Furthermore, it is known that on the basis of high SiO 2 -containing masses to materials mt very good strength, if during cnstobalite formation takes place in the firing process With a total content of about 60% quartz and cristobaht, flexural strengths of 140 to 160 MPa are specified for this cstobalite porcelain. These high strengths are also achieved with relatively inexpensive raw materials. 2 / It also becomes aplastic ceramic masses based on silicate glass With a dry-processed mass, which is described in DD-PS 115 104, with 25 to 65 parts by mass in% of a crushed quartz-rich raw material dense sintered materials can be produced, the maximum bending strength 100MPa and when using quartz raw materials in the publications DD PS 114 250 and DE-PS 2 706 659 dry-processed masses with 40 to 45 or 39 to 65 mass fractions in% quartz are proposed, which are dense sintered bodies with maximum bending strengths The prerequisite for this high strength, however, is that certain fluorides are added to the composition. DD-PS 130 031 describes in this context a process for the wet preparation of quartz and fluoride-containing compositions, from which materials with flexural strength values of 140MPa can be produced Des can be prepared by the use of crystallizing matrix glass based on Erdalkalialumoborosilicatglas according to DD-PS 132 262 dense quartz-containing sintered materials with flexural strengths of 140MPa when the glass phase crystallized after densification to a considerable extent
Auf der Basis der Ausgangsstoffe Quarz und Glas wird zudem in der DD-PS 241 895 eine keramische Masse vorgeschlagen, aus der durch Brennen ein Werkstoff mit einer Biegefestigkeit von 130MPa herstellbar ist, wenn die durch und Windsichtung erhaltene Quarzkornfraktion keine Quarzpartikeln mit einer Korngroße oberhalb 0,006mm enthalt Sowohl die Zugabe bestimmter Fluoride als auch Kristallisation der Glasphase sowie eine bestimmte Quarzkornfraktion erfordern einen zusätzlichen technologischen Aufwand, ζ B Maßnahmen zur Vermeidung einer Fluor-Emission, erhöhte Anforderungen an die Fuhrung des Brennprozesses sowie erhöhte Aufwendungen zur Herstellung bestimmter enger QuarzkornfraktionenOn the basis of the starting materials quartz and glass also a ceramic composition is proposed in DD-PS 241 895 from which a material with a flexural strength of 130MPa can be produced by firing, if the quartz grain fraction obtained by and air classification no quartz particles with a grain size above 0.006 Both the addition of certain fluorides and crystallization of the glass phase and a certain quartz grain fraction require additional technological effort, Maßnahmen B measures to prevent fluorine emission, increased demands on the conduct of the firing process and increased expenses for the production of certain narrow quartz grain fractions
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung ist die Breitstellung äußerst preiswerter Keramikmassen, die aus über 80 Massenanteile in % Quarzsand bestehen, aus denen bei Temperaturen zwischen 1400 und 1 600 K und unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren dichte Sinterwerkstoffe mit einer Biegefestigkeit von mindestens 170MPa, vorzugsweise oberhalb 200MPa, herstellbar sindThe aim of the invention is the provision of extremely inexpensive ceramic compositions which consist of more than 80 mass fractions in% quartz sand, from which at temperatures between 1400 and 1600 K and avoiding the disadvantages of the known processes dense sintered materials having a flexural strength of at least 170 MPa, preferably above 200MPa, can be produced
Wesen der ErfindungEssence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch den Einsatz relativ preiswerten Quarzsandes die Rohstoffkosten deutlich zu senken und durch vereinfachende Verfahrensbedingungen eine dichte hochfeste Quarz und Cristobaht enthaltende Keramik bereitzustellen, die aufgrund ihrer substantiellen Zusammensetzung und spezifischen Gefugeausbildungen den wesentlichen Eigenschaftsanforderungen an elektrotechnische und chemisch-technische Werkstoffe entspricht Erfindungsgemaß bereitet man durch eine gemeinsame Naßmahlung einen keramischen Schlicker Der Feststoffgehalt besteht aus 81 bis 95 Massenanteile in % eines Quarzrohstoffs und aus 19 bis 5 Massenanteile in % eines vorzugsweise kristallisationsstabilen SihcatglasesThe invention has for its object to significantly reduce the raw material costs by using relatively inexpensive quartz sand and to provide a dense high-strength quartz and Cristobaht containing ceramic by simplifying process conditions, due to their substantial composition and specific Gefugausbildungen the essential property requirements for electrical and chemical-technical materials According to the invention, a ceramic slip is prepared by a common wet grinding. The solids content consists of 81 to 95 parts by mass in% of a quartz raw material and 19 to 5 parts by mass in% of a preferably crystallization-stable Sihcat glass
Die Versatzkomponenten Quarzsand und Glas werden gemeinsam mit Wasser in einem Feststoff-Flussigkeits-Verhaltnis von 60 bis 70 zu 40 bis 30 gemahlen und nach Abschluß der Mahlung oder kurz zuvor temporare Formgebungshilfsstoffe hinzugesetzt Die gemeinsame Naßmahlung der Versatzkomponenten erfolgt bis zu einer Teilchengroße von mehr als 95% der Teilchen unter 0,008mm und einem d^-Wert derTeilchengroßenverteilung unter 0,005mm Erfindungsgemaß kommt es durch den Aufbereitungsprozeß der Versatzkomponenten im wäßrigen Medium zu lonenaustauschreaktionen an der Oberflache der Silicatglaspartikeln, in deren Folge ein alkalischer Schlicker mit einem pH-Wert gleich oder großer 9 erhalten wird Bedingt durch lonenaustauschreaktionen, alkalische Hydrolyse der Versatzkomponenten und tribochemischen Reaktionen wahrend des Zerkleinerungsprozesses wird ein verstärkter Abbau des Glasnetzwerkes und eineThe offset components quartz sand and glass are milled together with water in a solids-to-liquid ratio of 60 to 70 to 40 to 30 and added after completion of grinding or shortly before temporary shaping aids The common wet grinding of the offset components takes place to a particle size of more than 95 % of the particles below 0.008 mm and a particle size distribution of less than 0.005 mm According to the invention, the treatment process of the offset components in the aqueous medium leads to ion exchange reactions on the surface of the silicate glass particles, as a result of which an alkaline slurry with a pH equal to or greater than 9 is obtained Due to ion exchange reactions, alkaline hydrolysis of the offset components and tribochemical reactions during the comminution process is an increased degradation of the glass network and a
Literaturliterature
1 Schubert.H „Porzellan hoher Festigkeit" Sprechsaal 120 (1987)769-7741 Schubert.H "high-strength porcelain" Sprechsaal 120 (1987) 769-774
2 do, Sprechsaal 120(1987) 1131-11342 do, Sprechsaal 120 (1987) 1131-1134
Abnahme des kristallinen Quarzanteils bewirkt In der Schlickerlosung resultieren daraus erhöhte Alkali- und Erdalkahlonenkonzentrationen sowie eine erhöhte Konzentration an Si-O-Baugruppen Bei der sich anschließenden keramtechnologischen Verarbeitung des keramischen Schlickers zu einer entsprechenden keramischen Masse, vorzugsweise durch Zerstäubungstrocknung, werden die gelosten Reaktionsprodukte auf den Partikeln der Quarz- und Glaskomponente homogen abgeschieden Erfindungsgemaß erhalt man durch die Formgebung der keramischen Masse und den sich anschließenden reaktiven Sinterprozeß bei Temperaturen zwischen 1400 und 1 600K einen dichten keramischen Werkstoff Der im Verfahren eingesetzte Quarz besteht aus einem quarzreichen Rohstoff mit mindestens 97 Ma -% Quarz, vorzugsweise aus einem Glassand, einem Quarzsand, einem Ruckstand der Gesteinsaufbereitung, beispielsweise der Kaolinaufbereitung oder einem Gemisch der genannten KomponentenDecreasing the crystalline quartz content causes in the slip solution resulting increased alkali and Erdalkahlonenkonzentrationen and an increased concentration of Si-O assemblies In the subsequent ceramics technological processing of the ceramic slurry to a corresponding ceramic mass, preferably by spray drying, the dissolved reaction products on the Particles of the quartz and glass component are deposited homogeneously According to the invention, a dense ceramic material is obtained by molding the ceramic mass and the subsequent reactive sintering process at temperatures between 1400 and 1600 K. The quartz used in the process consists of a quartz-rich raw material with at least 97% by mass. Quartz, preferably of a glass sand, a quartz sand, a residue of the rock treatment, for example, the kaolin treatment or a mixture of the components mentioned
Das eingangs genannte Verhältnis Feststoff zu Flüssigkeit liegt bei der Mahlung vorzugsweise im Bereich von 63 bis 68 zu 37 bis 32 Das erfindungsgemaß eingesetzte Glas ist ein Alkali-Erdalkali-Alumoborosilicatglas und weist folgende Eigenschaften aufThe above-mentioned ratio of solid to liquid in the milling is preferably in the range of 63 to 68 to 37 to 32. The glass used according to the invention is an alkali-alkaline earth aluminoborosilicate glass and has the following properties
Tg gleich oder kleiner als 840KTg equal to or less than 840K
alpha (300 700K) gleich oder großer als 8 x 10"6K"1 alpha (300 700K) is equal to or larger than 8 x 10 "6 K" 1
Txioo gleich oder großer als 550KT x ioo equal to or greater than 550K
tanö gleich oder kleiner als 35 x 10~4 (tanö bei 1 MHz)tanö equal to or less than 35 x 10 ~ 4 (tanö at 1 MHz)
Die elektrischen Eigenschaften des Glases müssen gewährleisten, daß der erfindungsgemaße Werkstoff den entsprechenden Forderungen an elektrotechnische Werkstoffe genügt Ein dafür geeigneter Glaszusammensetzungsbereich ist (in Mol -%)The electrical properties of the glass must ensure that the material according to the invention meets the corresponding requirements for electrotechnical materials. A suitable glass composition range is (in mol%)
Der Einsatz von temporaren Hilfsstoffen, vorzugsweise Plastifikatoren, die durch Ausbrennen bei Temperaturen unter 830K entfernt werden können, ist vorgesehen Vorzugsvarianten der Formgebung sind das isostatische Pressen mit ggf anschließender Weißbearbeitung, das Trockenpressen und das Heißspritzen Die Formlinge werden in an sich bekannten Ofen bei Temperaturen zwischen 1 400 und 1 600 K dicht gebrannt Dies kann in einem Labormuffelofen bzw Hochtemperaturkammerofen mit einer Brenndauer bis zu 15 Minuten bei der entsprechenden Maximaltemperatur erfolgenThe use of temporary excipients, preferably plasticizers, which can be removed by burning at temperatures below 830 K is provided. Preferred variants of the shaping are the isostatic pressing with optional subsequent white machining, dry pressing and hot spraying. The molded articles are heated in a conventional oven at temperatures between 1 400 and 1 600 K densely fired This can be done in a laboratory muffle furnace or high-temperature chamber furnace with a burning time of up to 15 minutes at the corresponding maximum temperature
Erfindungsgemaß bereitgestellt wird weiterhin ein dichter, hochfester Keramikkörper aus Quarz, Cnstobalit und Silicatglas, der einen Quarzanteil von 5 bis 50 Massenanteile in %, einen Cristobahtanteil von 1 bis 65 Massenanteile in %, einen Silcatglasanteil von 15 bis 45 Massenanteile in %, einen Korundabrieb von 7 bis 15 Massenanteile in %, eine Porosität von maximal 6 VoI -% und eine Biegefestigkeit von mindestens 170MPa, vorzugsweise großer 200 MPa aufweist Der erfindungsgemaße Formkörper weist ein Glas-Quarz-Cristobalit-Pore-Gefuge auf, dessen Gefuge geprägt ist durch die Phasenumwandlung von Quarz in Cnstobalit, durch Auflosung von Quarz in der Glasschmelzphase und die Ausscheidung von CnstobalitThe invention also provides a dense, high-strength ceramic body made of quartz, cnstobalite and silicate glass, which has a quartz content of 5 to 50% by mass, a cristobath proportion of 1 to 65% by mass, a Silcat glass fraction of 15 to 45% by mass, a corundum abrasion of 7 to 15 mass fractions in%, a maximum porosity of 6% by volume and a flexural strength of at least 170 MPa, preferably greater than 200 MPa. The shaped body according to the invention has a glass-quartz-cristobalite-pore structure whose structure is characterized by the phase transformation of quartz in cnstobalite, by dissolution of quartz in the molten glass phase and the excretion of cnstobalite
Die kristallinen Partikeln sind fest in die Glasphase eingebunden, und die Poren sind überwiegend gerundet Im Ergebnis einer Untersuchung zum Einfluß des Zerkleinerungsprozesses der Versatzkomponenten auf die Werkstoffeigenschaften wurde ein unerwartet hoher Festigkeitsanstieg beobachtet, wenn die gemeinsame Naßmahlung der Versatzkomponenten im alkalischen Medium mit einem pH-Wert gleich oder großer 9 durchgeführt wird, die Korngroße aller Partikeln in der keramischen Masse und damit auch der Quarzpartikeln im Werkstoff zu 95% kleiner 0,008mm ist, und die Durchgangskorngroße ds4 der Korngrößenverteilung einen Wert von 0,005 mm unterschreitet und somit jenen Bereich verlaßt, der in der DD-PS 197 245 beansprucht wird bzw als Vorzugsbereich gekennzeichnet ist Dieser Festigkeitsanstieg geht deutlich über das Maß hinaus, das fur ein in der DD-PS 241 896 angegebenes und trockenaufbereitetes Glas-Quarz-Sintermaterial mit vergleichbarer Korngrößenverteilung der Quarzpartikeln und einer etwas gröberen Glaskorngroßenverteilung gefunden wurdeThe crystalline particles are firmly bound in the glass phase and the pores are predominantly rounded. As a result of a study on the influence of the crushing process of the offset components on the material properties, an unexpectedly high increase in strength was observed when the common wet milling of the offset components in an alkaline medium with a pH equal to or greater than 9, the grain size of all particles in the ceramic mass and thus also of the quartz particles in the material is 95% less than 0.008 mm, and the diameter of the grain diameter ds4 of the particle size distribution is less than 0.005 mm and thus leaves that range which in DD-PS 197 245 is claimed or is characterized as a preferred range This increase in strength goes well beyond the extent that for a given in DD-PS 241 896 and dry-treated glass-quartz sintered material with comparable particle size distribution of quartz particles and a somewhat coarser glass grain size distribution was found
Überraschend ist auch, daß eine keramische Masse, die aus 90 Massenanteile in % Quarzsand hergestellt wird, zu einem dichten Scherben gebrannt werden kann und eine unerwartet hohe Biegebruchfestigkeit aufweist Sie entspricht bzw übertrifft diejenige Festigkeit, die an einkristallinem Quarz bestimmt wirdIt is also surprising that a ceramic mass, which is made of 90% by weight in% quartz sand, can be fired into a dense body and has an unexpectedly high bending strength. It corresponds to or exceeds the strength determined on monocrystalline quartz
Fur den unerwarteten Effekt der Festigkeitssteigerung ist die Verbesserung des Einbindungsgrades der kristallinen Partikeln in das Matrixmaterial verantwortlich, die infolge des reaktiven Aufbereitungsprozesses durch die Erhöhung der Alkali- und Erdalkalimetalloxidkonzentration in der Korngrenzschicht der Partikeln und durch den damit im Zusammenhang stehenden reaktiven Sinterprozeß an den kristallinen Korngrenzflachen bedingt wird Erst mit der erfindungsgemaßen gemeinsamen Naßmahlung der Versatzkomponenten im alkalischen Medium wird die im allgemeinen bei den durch Trockenmahlung der Versatzkomponenten, Schlickerbereitung und Zerstäubungstrocknung hergestellten keramischen Massen zu beobachtende unvollständige und von Versatzaufbau und Sintertemperatur abhangige Einbindung der kristallinen Partikeln überwunden, so daß insbesondere auch keramische Massen mit Quarzanteilen großer 80 Ma -%zu dichten Werkstoffen gebrannt werden können Dabei wird gleichzeitig eine deutliche Festigkeitssteigerung erzieltThe unexpected effect of increasing the strength is due to the improvement in the degree of incorporation of the crystalline particles into the matrix material resulting from the reactive treatment process by increasing the alkali and alkaline earth metal oxide concentration in the grain boundary layer of the particles and the associated reactive sintering process at the crystalline grain interfaces It is only with the inventive common wet grinding of the offset components in the alkaline medium that the incomplete incorporation of the crystalline particles, which is generally observed in the ceramic masses produced by dry milling of the offset components, slurry preparation and spray drying, is overcome, so that in particular also ceramic Masses with quartz contents of 80 Ma -% can be burnt to dense materials increased productivity
Aufgrund des Unterschiedes der linearen Langenausdehnungskoeffizienten der Gefugephasen weist der keramische Scherben sehr hohe Gefugespannungen zwischen den kristallinen und der glasigen Phase auf Die Verbesserung der Quarzeinbindung fuhrt somit auch zu einem erheblichen Anstieg der an den Quarzpartikeln rontgenografisch bestimmte Gefugespannungen Es werden Eigenspannungen in einer Größenordnung von bis zu 800MPa nachgewiesen Darausfolgt, daß bei diesen Sinterwerkstoffen die Glasphase so fest an den kristallinen Bestandteilen Quarz und Cristobaht haftet, daß sie trotzDue to the difference between the linear expansion coefficients of the Gefugephasen has the ceramic shards very high Gefugespannungen between the crystalline and the glassy phase on the improvement of the quartz inclusion thus leads to a significant increase in the quartz particles on the X-ray specific Gefugespannungen It will residual stresses in the order of up to It follows that with these sintered materials, the glass phase adheres so firmly to the crystalline components quartz and cristobaht that, despite
unterschiedlicher thermischer Ausdehnung fest miteinander verbunden bleiben und sich gegebenenfalls in ihren Volumenanderungen gegenseitig beeinflussen, was möglicherweise auf eine geeignet optimierte Korngrößenverteilung der Versatzkomponenten durchzufuhren istdifferent thermal expansion remain firmly connected to each other and possibly influence each other in their volume changes mutually, which is possibly to perform a suitably optimized particle size distribution of the offset components
Dieser Scherben besitzt eine 3-Punkt-Biegefestigkeit von mindestens 170MPa, vorzugsweise großer 200MPa Überraschend ist darüber hinaus, daß unter thermischer Belastung an diesem hoch quarz- und cristobalithaltigen Werkstoff oberhalb 8000C eine weitere deutliche Festigkeitssteigerung gegenüber der Festigkeit bei Raumtemperatur zu beobachten ist Die 3-Punkt-Biegefestigkeit betragt beispielsweise bei 10000C mindestens 350MPaThis shard has a 3-point bending strength of at least 170MPa, preferably 200MPa large Surprisingly, that under thermal stress on this high quartz and cristobalithaltigen material above 800 0 C, a further significant increase in strength compared to the strength at room temperature is observed The 3-point bending strength amounts to, for example, at 1000 0 C for at least 350MPa
Der dichte Scherben erhalt mit dem Brand eine matte bzw mattglanzende bis glanzende Selbstglasur und weist eine hervorragend glatte Oberflache auf Das Werkstoffgefuge mit guter Einbindung der Kristallphasen ist durch eine geringe Porenzahl und -große gekennzeichnet Als glasiges Ausgangsmatenal fur die erfindungsgemaße Masse konnen alle an sich kristallisationsstabilen Sihcatglaser mit einem mittleren linearen Langenausdehnungskoeffizienten von mindestens 8 χ 10"6K"' und einer Transformationstemperatur unterhalb der Hoch-Tief Quarzumwandlung dienenThe material body with good incorporation of the crystal phases is characterized by a low pore number and size. A glassy starting material for the composition according to the invention can be any crystallization-stable Sihcatglaser which is stable to crystallization having an average linear coefficient of linear expansion of at least 8 χ 10 "6 K"', and a transformation temperature below the quartz transition high-low serve
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Erfindung soll nachstehend durch Ausführungsbeispiele naher erläutert werdenThe invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments
Beispiele 1 und 2Examples 1 and 2
85 bzw 90 Massenanteile in % Quarzsand Weferlingen Sorte B werden mit 15 bzw 10 Massenanteile in % vorzerklemertem Silicatglas der chemischen Zusammensetzung in Massenanteile in %85 or 90 mass fractions in% quartz sand Weferlingen grade B are mixed with 15 or 10 mass fractions in% pre-chamfered silicate glass of the chemical composition in mass fractions in%
sowie mit den nachfolgenden physikalischen Eigenschaftenas well as with the following physical properties
alpha(300 700K) gleich 8,9 χ 10"6 K"1 Tg gleich 819 K Dichte gleich 2,6g/cm3 alpha (300 700K) χ equal to 8.9 10 "6 K" 1 Tg equal to 819 K density equal to 2.6 g / cm 3
in einer 40-l-Trommelmuhle mit Sinterkorundkugeln als Mahlkörper und einem Mahlkörper- Mahlmedium- Mahlgut-Verhältnis von 5 0,5 1 160 Stunden naßgemahlenwet-ground in a 40-l drum mill with sintered corundum balls as grinding media and a grinding media / grinding medium / grinding material ratio of 5 0.5 1 160 hours
Die wäßrige Suspension hat einen pH-Wert von 9 bzw 10, ihr Feststoffanteil weist Korngroßendurchgangswerte auf, die kleiner sind alsThe aqueous suspension has a pH of 9 or 10, its solids content has grain size throughput values which are smaller than
d95 = 0,0075 mm dM = 0,0049 mm dw = 0,0024 mm d16 = 0,0007 mmd 95 = 0.0075 mm d M = 0.0049 mm dw = 0.0024 mm d 16 = 0.0007 mm
und die spezifische Oberflache der keramischen Masse ist großer als 10m2/g Durch Zugabe einer wäßrigen Hilfsstofflosung, bestehend aus 0,5 bis 1 Massenanteile in % eines Polyvinylalkohol und 0,5 bis 2 Massenanteile in % eines speziellen Polyethylenglykols, wird die Suspension durch kurzzeitige intensive Homogenisierung in der Trommelmühle zu einem stehfahigen Schlicker weiterverarbeitetand the specific surface of the ceramic mass is greater than 10m 2 / g By adding an aqueous excipient solution consisting of 0.5 to 1 parts by mass in% of a polyvinyl alcohol and 0.5 to 2 parts by mass in% of a specific polyethylene glycol, the suspension by short-term intensive homogenization in the drum mill to a still-standing slip further processed
DerTabelle 1 sind fur die Beispiele 1 und 2 die Bedingungen des reaktiven Aufbereitungsprozesses der Versatzkomponenten und die Pulvercharakteristika des Feststoffanteils zu entnehmen Das aus dem keramischen Schlicker hergestellte Granualt wurde uniaxial mit einem Druck von 20 bis 100 MPa trocken zu Formkorpern verpreßt Daran schloß sich der Sinterprozeß sowohl in einem Labormuffeofen bei einer Brenntemperatur von 1 400 bis 1 470K, einer Aufheizgeschwindigkeit von 2K/min und einer Haltezeitvon 15 Minuten bei Maximaltemperatur als auch im Hochtemperaturkammerofen bei Brenntemperaturen von 1 400 bis 1 700K ohne Haltezeiten bei der Maximaltemperatur anTable 1 shows for Examples 1 and 2 the conditions of the reactive preparation process of the offset components and the powder characteristics of the solid content. The granules prepared from the ceramic slurry were dry pressed uniaxially with a pressure of 20 to 100 MPa into shaped articles in a laboratory furnace at a firing temperature of 1 400 to 1 470K, a heating rate of 2K / min and a holding time of 15 minutes at maximum temperature and in the high-temperature chamber furnace at firing temperatures of 1 400 to 1 700K without holding times at the maximum temperature
Die dicht gebrannten Formkörper zeigen im Ergebnis des reaktiven Aufbereitungs- und Sinterprozeßes mit einem Phasenbestand von 5 bis 50 Massenanteile in % Quarz, 1 bis 65 Massenanteile in % Cnstobalit bzw einem Gemisch der beiden Kristallphasen, 7 bis 15 Massenanteile in % Korund und 15 bis 45 Massenanteile in % Korund und dem Rest Glas das offenbarte Gefuge Die geschlossene Porosität ist gering und erreicht Werte von maximal 6 Volumenanteile in % Die charakteristischen Eigenschaften fur eine dichte SiO2-Keramik, die die Eigenschaftsanforderungen fur elektrotechnische und chemisch-technische Anwendungen im wesentlichen erfüllen, sind anhand der Beispiele 1 und 2 in der Tabelle 2 zusammengestelltAs a result of the reactive preparation and sintering process, the densely fired shaped bodies have a phase inventory of 5 to 50 mass fractions in% quartz, 1 to 65 mass fractions in% cnstobalite or a mixture of the two crystal phases, 7 to 15 mass fractions in% corundum and 15 to 45 Mass fractions in% corundum and the remainder glass the disclosed microstructure The closed porosity is low and reaches values of maximum 6 volume percentages in% The characteristic properties for a dense SiO 2 ceramic, which essentially meet the property requirements for electrotechnical and chemical-technical applications, are compiled from Examples 1 and 2 in Table 2
Bedingungen der gemeinsamen Naßmahlung der Versatzkomponenten und Pulvercharakteristika der keramischen MassenConditions of joint wet grinding of the offset components and powder characteristics of the ceramic masses
Charakteristische Eigenschaften der dichten SiO2-KeramikCharacteristic properties of the dense SiO 2 ceramic
Claims (11)
Family
ID=
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