DD296476B5 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SIC 'FORM BODIES - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von porösen Siliciumcarbidformkörpern für die Filtration schmelzflüssiger Metalle.The invention relates to a process for the production of porous Siliziumcarbidformkörpern for the filtration of molten metals.
Siliciumcarbidformkörper mit einer geeigneten Porenstruktur werden aufgrund ihrer hohen chemischen und thermischen Beständigkeit als Filterelemente zur Reinigung von Metallschmelzen verwendet. Es sind verschiedene Verfahren bekannt, nach denen derartige poröse SiC-Körper erzeugt werden.Silicon carbide moldings having a suitable pore structure are used as filter elements for cleaning metal melts because of their high chemical and thermal resistance. Various methods are known for producing such porous SiC bodies.
Nach einem Verfahrensprinzip wird ein offenzelliger Kunststoffschwamm mit einem Schlicker aus feinstkörnigem SiC und einem keramischen Bindemittel getränkt und nach dem Trocknen bei Temperaturen um 1275 K geglüht. Der Kunststoff wird dabei thermisch zersetzt und der SiC-Schlicker liegt als fester Körper mit der Porenstruktur des ursprünglichen Kunststoffschwammes vor.After a process principle, an open-cell plastic sponge is impregnated with a slurry of very fine-grained SiC and a ceramic binder and annealed after drying at temperatures around 1275 K. The plastic is thermally decomposed and the SiC slip is present as a solid body with the pore structure of the original plastic sponge.
Bei solchen SiC-Filtern ist jedoch von Nachteil, daß sie infolge der geringen Wanddicken leicht ausbrechen, was zu schwerwiegenden Beschädigungen in den der Filtration nachgelagerten Bearbeitungseinrichtungen aber zumindest zu unerwünschten Verunreinigungen des Metalles führen kann. Des weiteren ist die Filterwirkung von Schaumkeramiken auf gröbere Partikel in der Schmelze beschränkt.However, in such SiC filters is disadvantageous that they easily break due to the small wall thicknesses, which can lead to serious damage in the filtration downstream processing equipment but at least undesirable contamination of the metal. Furthermore, the filtering action of foamed ceramics is limited to coarser particles in the melt.
Die Standzeit und der Durchsatz flüssigen Metalles ist bei solchen Filtern relativ niedrig.The service life and the throughput of liquid metal is relatively low in such filters.
Erschwerend kommt hinzu, daß das гиг Herstellung derartiger Filter benötigte Schaumpolyurethan bei der thermischen Zersetzung umweltschädigende Pyrolyseprodukte erzeugt, die mittels aufwendiger nachgeschalteter Reinigungsanlagen entsorgt werden müssen.To make matters worse, that the production of such filters required foam polyurethane produced in the thermal decomposition pyrolysis products harmful to the environment, which must be disposed of by means of complex downstream cleaning equipment.
.Wesentlich bessere Ergebnisse werden mit einem ebenfalls handelsüblichen Filterelement erzielt, bei dem Korund- oder Siliciumcarbidkörner über oxidkeramische oder arteigene Bindemittel verbrückt sind. Das eingesetzte Primärkorn ist kompakt und von abgerundeter Form, wobei die häufigsten Raumachsverhältnisse im Kombinationsbereich von 1:1:1 (Ku'gelkorn) bis 1:2:3 (ovales Korn) liegen. Diese Filterelemente weisen eine erhöhte Standzeit und einen von 3- bis zu 10fach höhenen Durchsatz auf.Much better results are achieved with a likewise commercially available filter element, in which corundum or silicon carbide grains are bridged via oxide-ceramic or species-specific binders. The primary grain used is compact and of rounded form, with the most common spatial axis ratios in the combination range of 1: 1: 1 (Ku'gel grain) to 1: 2: 3 (oval grain). These filter elements have an increased service life and a throughput that is 3 to 10 times higher.
Als sehr nachteilig wird jedoch empfunden, daß die Bindemittelbrücken, bedingt durch Materialunterschiede zwischen Korn und Bindemittel, die sich unter anderem in unterschiedlichem Temperaturdehnungsverhalten auswirken, sehr brüchig sind. Die Strukturanalyse am Materialanschliff zeigte auf, daß bereits am unbenutzten Filter die Bindemittelbrücken von Mikrorissen durchzogen waren. Diese Mikrorisse sind die Ursache für die Brüchigkeit und damit für die beobachteten Kornausbrüche. Das kann sich auf die der Filtration nachgelagerten Bearbeitungseinrichtungen verheerend auswirken und Ausschuß verursachen. Die mit der Nutzung der Filterelemente zwangsläufig auftretenden chemischen Veränderungen der Bindemittelbrücken durch die Medien-und Temperatureinflüsse verstärken diesen Negativeffekt. Es kommt zur Kristallisation der Glasphase und erhöhter Rissigkeit des Bindemittels und somit zur weiteren Gerüstschwächung.However, it is felt to be very disadvantageous that the binder bridges are very brittle due to material differences between the grain and the binder which, inter alia, have a different thermal expansion behavior. The structural analysis of the material cut revealed that the binder bridges of microcracks were already traversed on the unused filter. These microcracks are the cause of the brittleness and thus of the observed grain breakouts. This can have a devastating effect on the filtration downstream processing facilities and cause rejects. The inevitably occurring with the use of the filter elements chemical changes in the binder bridges by the media and temperature influences reinforce this negative effect. It comes to the crystallization of the glass phase and increased cracking of the binder and thus further framework weakening.
Die in der DE-OS 3603331 beschriebene Verwendung tafelförmiger SiC-Kristalle verbessert zwar die Festigkeitseigenschaften graduell, kann aber die eigentlichen Schwachstellen-die durch Mikrorisse geschwächten Bindemittelbrücken- nicht prinzipiell beeinflussen.Although the use of tabular SiC crystals described in DE-OS 3603331 improves the strength properties gradually, but can not affect the actual weak points-which weakened by microcracks binder bridges-not in principle.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung ist es, ein keramisches Bindemittelsystem für die Herstellung poröser SiC-Formkörper anzugeben, das eine hohe Festigkeit der Bindung über einen längeren Zeitraum bei hohen Temperaturen gewährleistet.The object of the invention is to provide a ceramic binder system for the production of porous SiC moldings, which ensures a high strength of the bond over a long period of time at high temperatures.
Wesen der ErfindungEssence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine feste keramische Bindung zwischen SiC-Körnern durch Tränkung des Kornhaufwerkes mit einer glasbildende Stoffe enthaltenden Lösung zu schaffen.The invention has for its object to provide a solid ceramic bond between SiC grains by impregnation of the Kornhaufwerkes with a solution containing glass forming substances.
einem molaren Verhältnis von 1:5 bis 1:15 und das Siliciumcarbid zu Silicium in einem molaren Verhältnis von 8:1 bis 12:1stehen.a molar ratio of 1: 5 to 1:15 and the silicon carbide to silicon in a molar ratio of 8: 1 to 12: 1.
unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeit zur Bildung des Oxydationsproduktes Siliciumdioxid, stabilisiert den Ablauf derdifferent reaction rate to form the oxidation product silica, stabilizes the flow of the
bis 20 Vol.-% aufwies.to 20% by volume.
was sich für die Bindemittelbrücken als außerordentlich verstärkend erwies.which proved to be extremely reinforcing for the binder bridges.
keramischen Mikrofasern zu beschichten.ceramic microfibers to coat.
können und konnte nur in dem angegebenen Porenvolumenbereich von 10VoI.-% bis 20Vol.-% beobachtet werden.can and could only be observed in the stated pore volume range of 10% by volume to 20% by volume.
4000 g einer Körnung aus prismatisch gebrochenem SiC, entnommen einer Siebfraktion von 3,15 mm bis 6,00 mm, mit einer Einzelkornrohdichte von durchschnittlich 2,5g/cm3 und den häufigsten Raumachsverhältnissen von 1:1,1:2,2 bis 1:3,2:5,6 sowie einer offenen Mikroporosität von 16Vol.-%, wurde mit 1930g einer wäßrigen Suspension, die die wasserlöslichen Salze von4000 g of a grain size of prismatically broken SiC, taken from a sieve fraction of 3.15 mm to 6.00 mm, with an average grain density of 2.5 g / cm 3 on average and the most common spatial axis ratios of 1: 1.1: 2.2 to 1 : 3.2: 5.6 and an open microporosity of 16Vol .-%, was 1930g with an aqueous suspension containing the water-soluble salts of
18,13 g K2O18.13 g K 2 O
7,65g Na2O 13,38 g CaO7.65 g Na 2 O 13.38 g CaO
9,75g MgO 40,96g AI2O3 292,18g SiO2 (in kolloider Form)9.75 g MgO 40.96 g Al 2 O 3 292.18 g SiO 2 (in colloidal form)
und die Feststoffe vonand the solids of
72,00g B4C (max. Korngröße 75pm) 12,00g Si (max. Korngröße 40pm) 138,00g SiC (max. Korngröße 30 pm)72.00g B 4 C (max grain size 75pm) 12.00g Si (max grain size 40pm) 138.00g SiC (max grain size 30pm)
enthielt, gemischt. Der Anteil der Feststoffe in der Suspension betrug somit 11,5% und das B4C stand zum summarischen Anteilcontained, mixed. The proportion of solids in the suspension was thus 11.5% and the B 4 C was the summary share
der Form entfernt und bei einer Endtemperatur von 1625 K in oxidierender Atmosphäre gebrannt.removed from the mold and fired at a final temperature of 1625 K in an oxidizing atmosphere.
miteinander verbrückt waren. Die Strukturanalyse eines Materialanschliffes ergab eine von Mikrorissen freie, gut ausgebildeteglasartige Bindung.were bridged together. Structural analysis of a material cut revealed a microcrack-free, well-formed glassy bond.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD34257690A DD296476B5 (en) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SIC 'FORM BODIES |
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DD296476A5 DD296476A5 (en) | 1991-12-05 |
DD296476B5 true DD296476B5 (en) | 1994-04-07 |
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1990
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