DE10043666C1 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen Dämmstoffes - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines keramischen DämmstoffesInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der keramischen Wärmedämmmaterialien und betrifft einen Dämmstoff, der im Ofen- und Feuerungsbau, in chemischen Reaktionsanlagen oder in der Raumfahrt eingesetzt werden kann. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmedämmmaterial herzustellen, das vergleichbare oder bessere Wärmedämmeigenschaften wie keramische Faserdämmstoffe aufweist. DOLLAR A Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem organische Kurzfasern in einer Flüssigkeit dispergiert werden, wobei die Flüssigkeit eine Suspension mit keramischen Partikeln und mindestens Bindemitteln ist, danach durch Koagulation die keramischen Partikel mit mindestens den Bindemitteln auf den organischen Kurzfasern abgeschieden werden, anschließend die organischen Kurzfasern entfernt, und dabei oder anschließend die keramischen Partikel gesintert werden.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der keramischen Wärmedämmmaterialien
und betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Dämmstoffes, durch
welches keramische Dämmstoffe hergestellt werden, die beispielsweise als Schutz
für andere temperaturempfindliche Materialien im Ofen- und Feuerungsbau, in che
mischen Reaktionsanlagen oder auch in der Raumfahrt eingesetzt werden können.
Wärmedämmstoffe dienen sowohl dem Schutz anderer, temperaturempfindlicher
Materialien vor hohen Temperaturen, als auch der Zurückhaltung von Wärme, dass
heißt, der Isolation von heißen Materialien oder Räumen. Anorganische, insbesonde
re keramische Wärmedämmstoffe haben eine besondere Bedeutung in technischen
Prozessen bei Temperaturen < 600°C. Sie werden z. B. im Ofen- und Feuerungsbau,
chemischen Reaktionsanlagen bis hin zu Wärmeschutzkacheln für Raumfahrzeuge
eingesetzt.
Wärmedämmstoffe zeichnen sich durch eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit aus.
Da ruhende Luft eine äußerst niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt, umschließen die
meisten Wärmedämmstoffe Luft im mikroskopischen Maßstab in Form von Poren
und besitzen demzufolge eine niedrige Dichte. Eine weite Verbreitung haben kerami
sche Faserdämmstoffe erlangt, da sie neben einer sehr niedrigen Wärmeleitfähigkeit
auch leicht zu bearbeiten sind, sich bei mechanischer Belastung teilweise verformen
lassen und relativ schadenstolerant und thermoschockstabil sind. Zur Herstellung der
Faserdämmstoffe werden keramische Fasern hergestellt, entweder in Form von
Wollen durch Verdüsung aus der Schmelze oder als Lang(Endlos)faser durch Um
wandlung aus gelösten/dispergierten versponnenen Keramikvorstufen. Aus diesen
Fasern werden Matten oder Formteile hergestellt, z. B. durch Saugverfahren auf
Siebgewebe oder durch Textiltechniken (bei Langfasern).
Beim ersteren Verfahren werden die Fasern zumeist in eine Suspension überführt
und das gewünschte Formteil aus dieser abgeschieden (US 3,935,060). Eine Bin
dung der Fasern wird zum Teil mit organischen Bindemitteln erreicht, die beim Ein
satz verbrennen, oder es werden anorganische Bindemittel eingesetzt, die entweder
kalt härten oder durch Hitzeeinwirkung eine keramische Bindung der Fasern unter
einander bewirken (WO 98/37035). Ein noch besseres Wärmedämmaterial entsteht,
wenn es sich bei den Fasern um Hohlfasern handelt, da diese eine noch höhere
Porosität ermöglichen. Unter anderem ist in der WO 97/26225 die Herstellung einer
keramischen Hohlfaser beschrieben, und deren Verwendung zur Herstellung eines
Wärmedämmaterials erwähnt.
Ein wesentlicher Nachteil der Keramikfaserprodukte ist die in den letzten Jahren
nachgewiesene Kanzerogenität von mineralischen Feinstfasern, die über die Atem
wege in die Lunge gelangen können. Das betrifft vor allem Fasern mit einem Durch
messer < 3 µm und einen Länge/Durchmesserverhältnis von < 5/3 (VDI/DIN-
Handbuch Reinhaltung der Luft, Bd. 5 1998).
Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik ist es, dass aus der Schmelze er
zeugte Fasern nur auf der Basis von schmelzbaren Substanzen hergestellt werden
können, während nicht oder nur schwer schmelzbare oder leicht zersetzliche Mate
rialien nach diesen Verfahren nicht als Faser hergestellt werden können und dem
zufolge nicht für die Herstellung eines Faserdämmstoffes zur Verfügung stehen. Das
hat dazu geführt, dass im technischen Maßstab bisher schmelzverdüste Fasern nur
im Stoffsystem Al2O3-SiO2-(ZrO2) mit unterschiedlichen Verhältnissen der Kompo
nenten hergestellt werden, außerdem noch auf der Basis von synthetischen oder
natürlichen silikatischen Gläsern.
In der US 5,094,906 ist ein Verfahren angegeben, bei dem miteinander verbundene
Kohlenstofffasern in Form eines Filzes abgeschieden, die Fasern des Filzes mit einer
keramischen Beschichtung versehen werden und anschließend der Kohlenstoff ver
brannt wird. Auf diese Weise entsteht ein keramisches Filzmaterial aus hohlen Mi
krofilamenten. Nachteilig ist, dass dieses Verfahren sehr aufwendig und teuer ist, da
die Beschichtung der Fasern mittels CVI (Chemical Vapour Infiltration) erfolgt und
den ebenfalls mit einem aufwendigen Verfahren hergestellten Kohlenstofffilz als
Ausgangsmaterial benötigt. Weiterhin ist es notwendig, erst einen Vorkörper herzu
stellen, der dann durch innere Beschichtung der Fasern und Ausbrennen des Koh
lenstoffs umgewandelt wird. Es ist weiterhin schwierig, den Kohlenstoff insbesondere
bei größeren Formteilen gleichmäßig auszubrennen, da die keramische Beschich
tung der Fasern schon erfolgt ist und die Verbrennungsvorgänge nur sehr langsam
vor sich gehen können. Weiterhin ist auch das Verfahren des CVI auf Verbindungen
beschränkt, die aus Trägergasen durch Reaktion der Komponenten abgeschieden
werden können, wodurch auch hier eine Beschränkung der für die Wärmedämmma
terialien verfügbaren Substanzen eintritt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfaches Verfahren anzugeben, bei dem die
o. g. Nachteile nicht auftreten und ein Wärmedämmaterial hergestellt wird, das ver
gleichbare oder bessere Wärmedämmeigenschaften wie keramische Faserdämm
stoffe aufweist und bei dem ein breites Spektrum an keramischen Materialien ein
setzbar ist.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Wei
terbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden organische Kurzfasern in einer Flüs
sigkeit dispergiert. Die Flüssigkeit ist eine Suspension, die keramische Partikel und
Bindemittel enthält. Diese Suspension sollte über den Verfahrenszeitraum im we
sentlichen stabil sein. Danach wird eine Koagulation (Flockung) durchgeführt, wobei
ein Flockungsmittel zugegeben wird. Während der Koagulation scheiden sich die ke
ramischen Partikel mit den Bindemitteln auf der Oberfläche der organischen Kurzfa
sern ab und können auch vorhandene Hohlräume und Fehlstellen in den Kurzfasern
bedecken und/oder ausfüllen. Durch diese Abscheidung kommt es zu einer Umhül
lung der organischen Kurzfasern, die vollständig oder im wesentlichen vollständig ist.
Anschließend wird die Flüssigkeit ganz oder im wesentlichen ganz entfernt.
Dies kann auf bekannte Art und Weise erfolgen. Üblich sind Absaugverfahren und
auch eine Trocknung.
Bei diesem Schritt kann gleich noch eine teilweise oder vollständige Formgebung
erfolgen. Beispielsweise kann bei den Absaugverfahren durch Druck- oder Vakuum
filtration die Abformung in eine Form durchgeführt werden. Oder durch Filterpressen
wird die gewünschte Form erreicht.
Nach der Entfernung der Flüssigkeit kann auch eine Formgebung durchgeführt wer
den.
Anschließend werden die organischen Kurzfasern entfernt. Dies kann durch eine
Temperaturbehandlung oder durch Lösen oder Ätzen erfolgen. Bei der Temperatur
behandlung kann das Material der organischen Kurzfasern verbrennen, aufschmel
zen oder verdampfen.
Nach dem Entfernen der organischen Kurzfasern erfolgt die Sinterung der kerami
schen Partikel. Dies kann unmittelbar nach der Temperaturbehandlung zur Entfer
nung der organischen Kurzfasern durch weitere Temperaturerhöhung erfolgen oder
anschließend.
Durch die Auswahl des Volumenverhältnisses von Keramikpartikeln und organischen
Kurzfasern in der Suspension kann die Dichte des keramischen Wärmedämmmateri
als und damit seine mechanische Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit beeinflusst wer
den. Das Volumenverhältnis von Keramikpartikeln zu organischen Kurzfasern beträgt
erfindungsgemäß 0,5 bis 4 Volumenanteile Keramikpartikel zu 1 Volumenanteil
Kurzfasern, vorzugsweise 0,8 bis 2,5 Volumenanteile Keramikpartikel zu 1 Volumen
anteil Kurzfasern.
Die keramischen Partikel sowie die zu beschichtenden organischen Kurzfasern wer
den in einer Flüssigkeit dispergiert und in einem möglichst fein verteilten Zustand
stabilisiert. Zu dieser Suspension können Dispergierhilfsmittel, wie beispielsweise
nichtionische Tenside (Alkylphenolethoxylate, Fettalkohol-ethoxylate, EO-PO-
Blockpolymerisate), zugegeben werden. Die Suspension kann als stabil bezeichnet
werden, wenn alle Partikel gleichgesinnte Oberflächenladungen besitzen und sich
somit abstoßen. Die Koagulation wird üblicherweise durch die Zugabe von Floc
kungsmitteln initiiert, die die Stabilität der suspendierten Partikel in der Suspension
so verändern, dass sie zu Flocken aggregieren (Römpp Chemie Lexikon Bd. 2, 9.
Auflage, Stuttgart 1990). Diese bestehen entweder aus Makromolekülen (z. B. Po
lyelektrolyte auf der Basis von z. B. Polyamin, Polyacrylamid, Polyacrylat, Polyethy
lenimin, Polyethylenoxid, Glycerinester, Fettsäureester, Formaldehyden), die sich an
den suspendierten Teilchen anlagern und deren Oberflächenladung ganz oder teil
weise neutralisieren oder eine Brückenbindung zwischen den Partikeln bilden. Oder
die Flockungsmittel bestehen aus Elektrolyten (z. B. Eisen- oder Aluminiumsalze,
Carbonate, Sulfide, Chloride), die im dissoziierten Zustand ebenfalls die Oberflä
chenladung der suspendierten Partikel ganz oder teilweise neutralisieren.
Es ist aber auch möglich, die Koagulation durch Konzentrationsveränderungen gelö
ster Stoffe, chemische Reaktionen, durch Temperatureinfluss oder elektrostatische
Wechselwirkungen auszulösen.
Die Ermittlung der für den jeweiligen Anwendungsfall und die eingesetzten kerami
schen Partikel passenden Dispergierhilfsmittel und Flockungsmittel ist durch be
kannte Methoden, wie beispielsweise ESA-Messungen, Sedimentationsuntersu
chungen usw. ohne weiteres möglich.
Bei der Entfernung der Flüssigkeit entsteht ein Filterkuchen oder ein Formteil, das
aus den mit keramischen Partikeln umhüllten organischen Kurzfasern besteht. Das
Bindemittel bindet und verfestigt die keramischen Partikel.
Nach dem Entfernen der Flüssigkeit und der organischen Kurzfasern ist ein kerami
sches Formteil entstanden, dass nur noch aus keramischen Partikeln besteht, die in
Form der ursprünglichen organischen Kurzfasern angeordnet sind und durch das
Bindemittel verfestigt sind. Danach wird das Formteil gesintert, wobei das Bindemittel
verdampft oder verbrennt oder selbst in einen anorganischen Bestandteil der sich
bildenden Keramik umgewandelt wird. Das resultierende Formteil besteht aus poly
kristallinen und/oder teilweise glasigen Keramiken, die mikroskopisch die Form der
organischen Kurzfasern angenommen haben. Wenn die keramischen Partikel die
Fasern umhüllt haben, besitzt die Keramik mikroskopisch die Form von hohlen Fä
den, wenn sie außerdem in die Fasern eingelagert worden ist, besitzt sie die Form
von feinporösen oder dichten Fäden. An den Kontaktstellen der Fäden sind diese
miteinander versintert, wodurch die Keramik ihre Festigkeit erhält. Es ist aber auch
möglich, durch die Abscheidung spezieller Trennmittel, eine Versinterung der einzelnen
Fäden zu vermeiden, wodurch das Material makroskopisch eine höhere Flexibi
lität besitzt.
Es ist auch möglich, das Formteil ohne vorherige Temperaturbehandlung zum Ent
fernen der organischen Kurzfasern und/oder zur Sinterung bei verschiedenen An
wendungsfällen einzusetzen, wenn bei der entsprechenden Anwendung dann aus
reichend hohe Temperaturen vorherrschen, die das Entfernen der organischen
Kurzfasern und die Sinterung ermöglichen.
Die äußere Form des Formteiles, das aus den versinterten Kurzfasern besteht, wird
während der Abscheidung der umhüllten organischen Kurzfasern nach an sich be
kannten Verfahren erzeugt, z. B. durch die Form des zur Abscheidung verwendeten
Siebes. Die Wandstärke des Formteiles hängt dann von der Dauer der Flüssigkeits
entfernung oder vom Volumen des abzuscheidenden Materials ab. Weiterhin kann
eine Form auch dadurch hergestellt werden, dass während der Flüssigkeitsentfer
nung Druck auf die Suspension ausgeübt wird oder das noch feuchte Formteil me
chanisch ge- oder verpresst wird.
Weiterhin ist es auch möglich die makroskopische Form dadurch zu erzeugen, dass
die Suspension in eine saugfähige Form, z. B. Gips, eingebracht wird, die der Sus
pension die Flüssigkeit entzieht und somit eine Entfernung der Flüssigkeit und eine
Anlagerung der umhüllten organischen Kurzfasern an der Wand der Form erreicht,
wobei das entstehende Formteil die Gestalt der Kavität der saugenden Form an
nimmt.
Als ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zu nennen, dass
eine große Breite an unterschiedlichen keramischen Materialien eingesetzt werden
kann. Prinzipiell sind alle Keramiken einsetzbar, die durch druckloses Versintern aus
Pulver hergestellt werden können. Dies ist ein besonderer Vorteil gegenüber dem
Stand der Technik, da aus der Schmelze erzeugte Fasern nur auf der Basis von
schmelzbaren Substanzen hergestellt werden können, während nicht oder nur
schwer schmelzbare oder leicht zersetzliche Materialien nicht als Faser hergestellt
werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dies ohne weiteres mög
lich.
Als Keramiken können Silikat-, Oxid- und Nichtoxidkeramiken eingesetzt werden. Als
Silikate können beispielsweise Alkali- und Erdalkalisilikat-, Alumosilikat-, Zirkonsili
katkeramiken, wie CAS, Mullit, Cordierit eingesetzt werden.
Es sind aber auch Mischkeramiken möglich, die aus einer Reihe verschiedener Aus
gangsstoffe gebildet werden, z. B. Porzellan oder Schamotte, die aus Ton hergestellt
ist.
Als Oxidkeramiken lassen sich beispielsweise Aluminiumoxid-, Zirkonoxid-, Ti
tanoxid-Keramiken einsetzen; als Nichtoxidkeramiken können Nitride, Carbide des
Siliciums oder des Titans eingesetzt werden.
Als organische Kurzfasern kommen synthetische oder Naturfasern zum Einsatz, die
einzeln oder als Faserbündel oder als Faserfilz oder als Gewebe, Gewirk, Gestrick
oder Geflecht eingesetzt werden können.
Als Naturfasern kommen beispielsweise Baumwolle, Flachs, Jute, Sisal, Kokos oder
Hanf in Frage.
Als synthetische Fasern werden Viskose, Polyamid, Polyester, Polypropylen und
Kohlenstoff eingesetzt.
Als organische Kurzfasern werden erfindungsgemäß Fasern einer Länge ≦ 50 mm
eingesetzt, vorzugsweise ≦ 15 mm Länge. Die Faser- oder Faserbündellängen liegen
dabei vorteilhafterweise im Bereich von 10 µm bis 15 mm, noch vorteilhafterweise bei
50 µm bis 10 mm.
Die Faser- oder Faserbündeldurchmesser liegen üblicherweise im Bereich von 5 µm
bis 1 mm, vorteilhafterweise bei 20 bis 300 µm.
Solche Fasern werden industriell beispielsweise als Kurzschnittfasern hergestellt.
Derartige erfindungsgemäß eingesetzte Fasern können Bestandteil eines Faserbün
dels oder eines Filzes oder eines Teiles eines Gewebes, Gewirkes, Gestrickes oder
Geflechtes sein. Dabei ist die tatsächliche Länge einer Kurzfaser nicht von aus
schlaggebender Bedeutung für das erfindungsgemäße Verfahren, sondern ihre Fä
higkeit, ein Gerüst für einen keramischen Dämmstoff abzugeben, der einerseits eine
ausreichende Festigkeit für den jeweils gewünschten Anwendungsfalls aufweist und
andererseits aber auch genügend Hohlräume und Poren aufweist, um die entspre
chende Dämmaufgabe zu erfüllen.
Die Fasern können auch vor dem Einbringen in die Suspension derart behandelt
werden, dass ihre Oberfläche ganz oder teilweise modifiziert wird, wodurch die abzu
scheidenden keramischen Partikel besser auf der Oberfläche haften. Derartige Haft
vermittler können auch der Suspension zugegeben werden.
Andere an sich bekannte Stoffe, wie beispielsweise Stoffe zur Verringerung der
Oberflächenspannung oder Sinterhilfsmittel, können der Dispersion oder Suspension
zugegeben werden.
Der erfindungsgemäß hergestellte Dämmstoff besitzt eine Dichte im Bereich von 0,1
bis 1 g/cm3, vorteilhafterweise von 0,2 bis 0,5 g/cm3 und eine Wärmeleitfähigkeit von
0,03 bis 0,5 W/mK, vorteilhafterweise von 0,05 bis 0,1 W/mK (bei 80°C).
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
36 g Flachsfaserkurzschnitt (Länge 4 mm) wurden unter Zusatz von 0,42 g eines
Netzmittels (Zusolat der Fa. Zschimmer & Schwarz, Lahnstein) in 250 ml entionisier
tem Wasser mittels Flügelrührer 15 min dispergiert. Ein Pulvergemisch, bestehend
aus 54 g Ton, 48 g Kaolinschamotte, 12 g Calziumcarbonat, 6 g Feldspat und 6 g
löslicher Stärke, wurde nach und nach unter Rühren der Dispersion beigefügt. Nach
15 minütiger Homogenisierungs- und Quellzeit erfolgte unter ständigem Rühren die
Zugabe von 120 ml Silicasol und nach weiteren 30 min die Zugabe von 24 ml Natri
umwasserglas. Nach anschließenden 10 min Rührzeit wurden die Feststoffpartikel
der Suspension durch Eintropfen des Flockungsmittels (0,32 g Sedipur der Fa.
BASF, Ludwigshafen) auf den Fasern abgeschieden.
Die Suspension wurde dann in einer rechteckigen Form 70 × 90 mm2 zwischen zwei
mit Baumwollgewebe überzogenen Metallsieben eingebracht und anschließend ein
zweiseitiger Druck von ca. 5 MPa aufgebracht. Danach entstand ein Filterkuchen mit
den Abmaßen 89 × 69 × 27 mm3 mit etwa 30% Feuchtigkeit, der sich aus der Form
entnehmen ließ und bei einer Temperatur von 80°C 12 Stunden getrocknet wurde.
Die Fasern wurden durch das sich anschließende Sintern bei 1200°C (0,5 h Halte
zeit) mit einer Aufheizrate von 2 bis 5 K/min vollständig ausgebrannt und die kerami
schen Partikel gleichzeitig zu einer Ca-Al-silikatischen Keramik versintert.
Die gesinterte Platte weist eine Dichte von 0,3 g/cm3 auf und besteht mikroskopisch
aus polykristallinen Ca-Al-Silikat-Keramikfäden, die an den Kontaktstellen miteinan
der verbunden sind. Die Fäden weisen einen Durchmesser zwischen 10 und 20 µm
auf und sind durchschnittlich 1 mm lang. Das Material weist eine Biegebruchfestigkeit
von 5 MPa und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,07 W/mK bei 80°C auf.
36 g Polyamidfaserkurzschnitt (Faserlänge: 6 mm, Faserdurchmesser: 22 dtex/etwa
50 µm) wurden durch Auslagerung in verdünnter Schwefelsäure (pH-Wert: 2,5) an
der Faseroberfläche modifiziert. Danach wurden die Fasern unter Zusatz von 0,42 g
eines Netzmittels (Zusolat der Fa. Zschimmer & Schwarz, Lahnstein) in 250 ml entio
nisiertes Wasser mittels Flügelrührer 15 min dispergiert. Ein Pulvergemisch, beste
hend aus 120 g Al2O3-Granulat (92% Al2O3, Rest SiO2, Na2O, MgO, Fe2O3) sowie 6 g
löslicher Stärke, wurde nach und nach der Dispersion beigemischt. Nach 15 minü
tiger Homogenisierungs- und Quellzeit erfolgte unter ständigem Rühren die Zugabe
von 120 ml Silicasol und nach weiteren 30 min die Zugabe von 24 ml Natriumwas
serglas. Nach weiteren 10 min Rührzeit wurden die Feststoffpartikel der Suspension
durch das Eintropfen des Flockungsmittels (32 g Sedipur der Fa. BASF, Ludwigsha
fen) auf die Fasern abgeschieden.
Die Suspension wurde dann in einer zylindrische Metallform mit einem Durchmesser
von 90 mm eingebracht, deren Boden mit einem Metallsieb der Maschenweite 1 mm
versehen war. Unterhalb des Siebes war die Form geschlossen und mit einem Stut
zen versehen. Durch Anlegen eines Unterdruckes von 10 Pa wurde die Flüssigkeit
aus der Suspension abgesaugt und auf dem Siebgewebe die beschichteten Fasern
abgeschieden. Nach kurzem Antrocknen (ca. 1 h) in der Form bei Raumtemperatur
konnte ein zylindrisches Formteil mit den Abmaßen Durchmesser: 89 mm, Höhe: 31 mm
entnommen werden, das eine Feuchtigkeit von ca. 35% aufwies und bei einer
Temperatur von 80°C 12 Stunden getrocknet wurde. Die Fasern wurden durch das
sich anschließende Sintern bei 1450°C (0,5 h Haltezeit) mit einer Aufheizrate von 3 K/min
vollständig ausgebrannt und die keramischen Partikel gleichzeitig zu einer 92
%igen Al2O3-Keramik versintert.
Die gesinterte zylindrische Platte weist eine Dichte von 0,5 g/cm3 auf und besteht
mikroskopisch aus hohlen polykristallinen Al2O3-Keramikfäden, die an den Kontakt
stellen miteinander verbunden sind. Die Fäden weisen einen Durchmesser zwischen
35 und 50 µm auf, bei einer Wandstärke von 2 µm und sind durchschnittlich 1 mm
lang. Das Material weist eine Biegebruchfestigkeit von 5 MPa und eine Wärmeleitfä
higkeit von 0,01 W/mK bei 80°C auf.
70 g Kokosfasergewebe geschnitten (Schnittlänge: 5 × 5 mm2) wird unter Zusatz von
0,8 g des Netzmittels Glydol (Fa. Zschimmer & Schwarz, Lahnstein) in 1,5 l entioni
siertes Wasser mittels Flügelrührer 15 min dispergiert. Ein Pulvergemisch, bestehend
aus 215 g SiC-Pulver, 25 g Ton, sowie 12 g löslicher Stärke (Merck), wurde nach und
nach der Dispersion beigemischt. Nach 15 minütiger Homogenisierungs- und Quell
zeit erfolgte unter ständigem Rühren die Zugabe von 2,4 g NaCO3. Als ausreichende
Verteilungszeit wurden 30 min ermittelt. Als temporäres Bindemittel wurden 2,5 Ma.-
% Ammoniumstearat- und 1,5 Ma.-% Acrylatdispersion (jeweils bezogen auf den
Feststoffgehalt) beigefügt. Die Ausflockung der keramischen Feststoffpartikel auf die
Fasern erfolgte durch die Einstellung des pH-Wertes der Suspension auf 5,5 unter
Zugabe von 44 ml 0,5 mol/1-1n H2SO4.
Die Trennung des beschichteten Fasermaterials von der wässrigen Suspension wur
de durch Eingießen der Dispersion in eine siebartige Vorform und anschließendes
Zentrifugieren (4 s bei 200 U/min) vollzogen.
Der Trocknungsprozess war bei einer Temperatur von 80°C nach 24 h abgeschlos
sen. Die Fasern wurden durch das sich anschließende Sintern bei 1200°C (0,5 h
Haltezeit) mit einer Aufheizrate von 5 K/min vollständig ausgebrannt und die Partikel
zu einer glasgebundenen SiC-Keramik versintert.
Die gesinterte Platte weist eine Dichte von 0,35 g/cm3 und eine Wärmeleitfähigkeit
von 0,05 W/mK bei 80°C auf.
Claims (17)
1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Dämmstoffes bei dem organische
Kurzfasern in einer Flüssigkeit dispergiert werden, wobei die Flüssigkeit eine Sus
pension mit keramischen Partikeln und mindestens Bindemitteln ist, danach durch
Koagulation die keramischen Partikel mit mindestens den Bindemitteln auf den orga
nischen Kurzfasern abgeschieden werden, wobei die keramischen Partikel mit den
Bindemitteln die organischen Kurzfasern ganz oder im wesentlichen umgeben, wobei
die keramischen Partikel mit den Bindemitteln auch ganz oder teilweise in die organi
schen Kurzfasern eindringen können, anschließend die Flüssigkeit entfernt wird, da
nach die mit keramischen Partikeln und Bindemittel umgebenen Kurzfasern einer
Behandlung unterzogen werden, bei der die organischen Kurzfasern entfernt, und
dabei oder anschließend die keramischen Partikel gesintert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem organische synthetische oder Natur-
Kurzfasern eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als organische synthetische Kurzfasern Vis
kose, Polyamid, Polyester, Polypropylen und Kohlenstoff eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als organische Naturfasern Bauwolle, Flachs,
Jute, Sisal, Kokos und Hanf eingesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kurzfasern einzeln oder als Faserbündel,
Filz, Gewebe, Gewirk, Gestrick, Geflecht eingesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Flüssigkeit der Suspension Wasser ein
gesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als keramische Partikel Partikel aus Silikat-,
Oxid- und Nichtoxidkeramiken oder aus Mischkeramiken eingesetzt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Bindemittel Stärke, Glukose, Wasserglas,
Kieselsol, Aluminiumphosphat, Methylzellulose eingesetzt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Koagulation durch Zugabe von Polye
lektolyten oder Elektrolyten als Flockungsmittel durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem als Flockungsmittel Polyelektrolyte auf der
Basis von Polyamin, Polyacrylamid, Polyacrylat, Polyethylenimin, Polyethylenoxid,
Glycerinester, Fettsäureester Formaldehyden oder Eisen- oder Aluminiumsalze, Car
bonate, Sulfide, Chloride eingesetzt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kurzfasern umhüllt und Hohlräume
und/oder Fehlstellen in den Fasern bedeckt und/oder ausgefüllt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Entfernung der Flüssigkeit durch Ab
saugen, Trocknen, Abtropfen, Pressen, Verdampfen, Schleudern durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Entfernen der organischen Kurzfasern
durch Verbrennen, Aufschmelzen, Verdampfen, Lösen und Ätzen durchgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Volumenverhältnis von keramischen
Partikeln zu organischen Kurzfasern von (0,5 bis 4) Volumenanteile zu 1 Volumen
anteil in einer Flüssigkeit dispergiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem ein Volumenverhältnis von keramischen
Partikeln zu organischen Kurzfasern von (0,8 bis 2,5) Volumenanteile zu 1 Volumen
anteil in einer Flüssigkeit dispergiert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem organische Kurzfasern mit einer Länge von
≦ 50 mm Länge eingesetzt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem organische Kurzfasern mit Längen im Be
reich von 5 µm bis 20 mm eingesetzt werden.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10043666A DE10043666C1 (de) | 2000-08-29 | 2000-08-29 | Verfahren zur Herstellung eines keramischen Dämmstoffes |
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