DE10164727B4 - Process for the preparation of sintered inorganic granules or moldings based on carbon or molybdenum compounds in a ceramic matrix and their use - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung von keramischen Granulaten oder Formkörpern, gekennzeichnet durch
die folgenden Verfahrensschritte:
(a) Vor- und Aufbereitung
einer Rohstoffmischung, enthaltend, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht
der Ausgangsmischung, neben 10 bis 95 Gew.-% eines pulverförmigen,
feinteiligen amorphen Siliciumdioxids 2 bis 50 Gew.-% Kohlenstoff
oder bis zu 30 Gew.-% mindestens einer anorganischen Molybdänverbindung,
wobei die spezifische Oberfläche
(BET) des Siliciumdioxids wenigstens 15 m2/g
beträgt
und als Siliciumdioxid Silica Fume in Form eines ultrafeinen amorphen
SiO2-Staubes mit einem amorphen SiO2-Gehalt von 85 bis 98 Gew.-% und einer Partikelgröße bis 0,2 μm eingesetzt
wird;
(b) Verdichten und Formgebung der so erhaltenen Mischung;
(c)
Trocknung der verdichteten und geformten Mischung bei Temperaturen
von 50°C
bis 300°C
und für
eine Dauer von 0,5 bis 10 Stunden; und schließlich
(d) keramischer
Brand der getrockneten Mischung bei Temperaturen von 700°C bis 1.700°C für eine Dauer
von 0,5 bis 6 Stunden unter solchen Bedingungen,...Process for the production of ceramic granules or shaped articles, characterized by the following process steps:
(a) preparation and preparation of a raw material mixture comprising, in each case based on the total weight of the starting mixture, in addition to 10 to 95% by weight of a pulverulent, finely divided amorphous silica 2 to 50% by weight of carbon or up to 30% by weight at least one inorganic molybdenum compound, wherein the specific surface area (BET) of the silica is at least 15 m 2 / g and silica fume as fume in the form of an ultrafine amorphous SiO 2 dust with an amorphous SiO 2 content of 85 to 98 wt .-% and a particle size up to 0.2 microns is used;
(b) compacting and shaping the mixture thus obtained;
(c) drying the compacted and formed mixture at temperatures of 50 ° C to 300 ° C and for a period of 0.5 to 10 hours; and finally
(d) ceramic firing of the dried mixture at temperatures of 700 ° C to 1700 ° C for a period of 0.5 to 6 hours under such conditions, ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Granulaten oder Formkörpern sowie ihre Verwendung in Reib- bzw. Bremsbelägen von Fahrzeugen oder aber als bzw. in Feuerfestmaterialien (feuerfesten Erzeugnissen). Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten, anorganischen keramischen Granulaten und Formkörpern auf Basis von pulverförmigem, feinteiligem amorphem Siliciumdioxid, nämlich Silica Fume, sowie Kohlenstoff, beispielsweise in Form von natürlichen und synthetischen Graphiten, Rußen, Kohlenstoff-Fasern, Elektrographiten oder Petrol- und Steinkohlenkoksen, oder Molybdändisulfid sowie deren Verwendung für Reib- bzw. Bremsbeläge und für Feuerfestmaterialien (feuerfeste Erzeugnisse).The The present invention relates to a process for the preparation of ceramic granules or moldings and their use in friction or brake pads of vehicles or as refractory materials (refractory) Products). More specifically, the present invention relates a method of producing sintered, inorganic ceramic Granules and shaped articles based on powdered, finely divided amorphous silica, namely silica fume, as well as carbon, for example in the form of natural and synthetic graphites, carbon blacks, Carbon fibers, electrographites or petroleum coals and coal coke, or molybdenum disulfide as well as their use for Friction or brake pads and for refractory materials (refractory products).
Beim Bremsvorgang von Fahrzeugen werden die Bremsen gegen die meist aus Metall bestehenden Bremstrommeln oder -scheiben gepreßt, wenn der hydraulische Druck in dem mit Bremsflüssigkeit gefüllten, geschlossenen System erhöht wird.At the Braking of vehicles are the brakes against the most off Metal existing brake drums or discs pressed when the hydraulic pressure in the filled with brake fluid, closed System increased becomes.
Wegen der beim Bremsvorgang auftretenden, relativ hohen Temperaturen müssen die Bremsbeläge aus hochtemperaturbeständigen und gleichzeitig abriebfesten Materialien bestehen.Because of the occurring during braking, relatively high temperatures must Brake pads off high temperature resistant and at the same time abrasion resistant materials.
Früher wurden zu ihrer Herstellung oft Asbest-Fasern zusammen mit Füllmaterialien wie Bariumsulfat oder Steinmehl und einem Gleitmittel wie Graphit oder Blei, die durch Bindemittel wie beispielsweise Phenol-Formaldehydharze oder Nitrilkautschuke zu einem Block zusammengehalten wurden, verwendet. Wegen der gesundheitsgefährdenden Wirkung von Asbest-Fasern wurden schließlich asbestfreie Bremsbeläge entwickelt, beispielsweise auf der Basis von Mineral-, Glas-, Kohlenstoff-, Metall-, Acryl- oder Aramid-Fasern.Earlier For their production often asbestos fibers together with filling materials such as barium sulfate or stone meal and a lubricant such as graphite or lead, by binders such as phenol-formaldehyde resins or nitrile rubbers were held together to form a block. Because of the health hazard Effect of asbestos fibers, asbestos-free brake pads were finally developed, for example, based on mineral, glass, carbon, Metal, acrylic or aramid fibers.
Ein typischer Reib- bzw. Bremsbelag besteht – abgesehen von organischen Bindemitteln, von organischen und metallischen Fasern und von Metall pulvern – zu einem großen Teil aus Kohlenstoffträgern, wie z. B. natürlichen und synthetischen Graphiten, Elektrographiten, Rußen, Kohlenstoff-Fasern, carbonisierten Koksen aus der Steinkohle- und der Erdölindustrie, aus Molybdändisulfid und aus natürlichen und synthetischen, anorganischen oxidischen Rohstoffen. Aus dem Zusammenspiel dieser Materialien, welche schleifende und schmierende Eigenschaften haben, erhält man letztlich einen kontrollierten Reib- bzw. Bremsvorgang. Eine überragende Rolle in Reibbelägen nehmen Molybdändisulfid (MoS2) und Kohlenstoffträger wie natürliche und synthetische Graphite, Elektrographite, Ruße, Kohlenstoff-Fasern, carbonisierte Kokse aus der Steinkohle- und der Erdölindustrie ein, da mit diesen Materialien die Reibeigenschaften bestimmt werden können. Ein Nachteil dieser herkömmlichen Reibbeläge besteht jedoch insbesondere darin, daß diese Materialien mit organischen Bindemitteln in dem Reibwerkstoff gebunden werden müssen. Da bei Reibbelägen während des Einsatzes aber erhebliche Temperaturen auftreten können, führen diese unter Umständen durch Zerstörung oder durch Nachgeben der organischen Bindemittel zum vorzeitigen Verschleiß des Bremsbelages. Weiterhin kommt hinzu, daß die Einarbeitung von größeren Molybdändisulfid- oder Kohlenstoffträgermengen zu produktions- und materialtechnischen Schwierigkeiten führen kann.A typical friction or brake lining is - apart from organic binders, organic and metallic fibers and metal powders - to a large extent from carbon carriers such. Natural and synthetic graphites, electrographites, carbon blacks, carbonized cokes from the coal and petroleum industries, from molybdenum disulfide and from natural and synthetic, inorganic oxidic raw materials. The interaction of these materials, which have abrasive and lubricating properties, ultimately results in a controlled friction or braking process. An outstanding role in friction linings is occupied by molybdenum disulphide (MoS 2 ) and carbon carriers such as natural and synthetic graphites, electrographites, carbon blacks, carbon fibers, carbonized cokes from the hard coal and petroleum industries, since these materials can be used to determine frictional properties. However, a disadvantage of these conventional friction linings is, in particular, that these materials must be bound with organic binders in the friction material. However, since considerable temperatures can occur during friction linings during use, they may lead to premature wear of the brake lining due to destruction or yielding of the organic binders. In addition, the incorporation of larger molybdenum disulphide or carbon carrier amounts can lead to production and material difficulties.
Die
Weiterhin betrifft die US-A-4 732 878 ein Verfahren zur Herstellung von Keramikgegenständen, die aus einer kontinuierlichen Aluminiumoxid/Siliciumdioxid-Phase, einer diskontinuierlichen Kohlenstoffphase und gegebenenfalls einer weiteren diskontinuierlichen Phase aus Siliciumcarbid bestehen, wobei die Herstellung der in eine nachfolgende thermische Behandlung eingehenden Ausgangsmatrix durch einen Sol/Gel-Prozeß erfolgt.Farther For example, US-A-4,732,878 relates to a process for making ceramic articles which from a continuous alumina / silica phase, a discontinuous carbon phase and optionally another discontinuous phase consist of silicon carbide, wherein the Preparation of incoming in a subsequent thermal treatment Starting matrix is done by a sol / gel process.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Materialien bereitzustellen, welche sich insbesondere zur Herstellung von Reib- oder Bremsbelägen eignen und die zuvor geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermeiden. Des weiteren sollten solche Materialien aufgrund ihrer Eigenschaften, insbesondere aufgrund ihrer Wärmebeständigkeit, auch für andere Anwendungen geeignet sein, beispielsweise für Feuerfestmaterialien bzw. feuerfeste Erzeugnisse.The object of the present invention is to provide a process for producing materials len, which are particularly suitable for the production of friction or brake linings and avoid the disadvantages of the prior art previously described. Furthermore, due to their properties, in particular because of their heat resistance, such materials should also be suitable for other applications, for example for refractory materials or refractory products.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren, das zu Materialien führt, welche sich insbesondere hervorragend zur Herstellung von Brems- bzw. Reibbelägen mit verbesserten Eigenschaften und zur Herstellung von Feuerfestmaterialien bzw. feuerfesten Erzeugnissen eignen.The inventive task will be solved by the method according to the invention described below, which results in materials leads, which is particularly suitable for the production of brake or friction linings with improved properties and for the production of refractory materials or refractory products.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Granulaten oder Formkörpern, insbesondere für die Herstellung von Reib- bzw. Bremsbelägen und von Feuerfestmaterialien bzw. feuerfesten Erzeugnissen, welches durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
- (a) Vor- und Aufbereitung einer Rohstoffmischung, enthaltend, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Ausgangsmischung, neben 10 bis 95 Gew.-% eines pulverförmigen, feinteiligen amorphen Siliciumdioxids 2 bis 50 Gew.-% Kohlenstoff oder bis zu 30 Gew.-% mindestens einer anorganischen Molybdänverbindung, wobei die spezifische Oberfläche (BET) des Siliciumdioxids wenigstens 15 m2/g beträgt und als Siliciumdioxid Silica Fume in Form eines ultrafeinen amorphen SiO2-Staubes mit einem amorphen SiO2 Gehalt von 85 bis 98 Gew.-% und einer Partikelgröße bis 0,2 μm eingesetzt wird;
- (b) Verdichten und Formgebung der so erhaltenen Mischung;
- (c) Trocknung der verdichteten und geformten Mischung bei Temperaturen von 50°C bis 300°C und für eine Dauer von 0,5 bis 10 Stunden; und schließlich
- (d) keramischer Brand der getrockneten Mischung bei Temperaturen von 700°C bis 1.700°C für eine Dauer von 0,5 bis 6 Stunden unter solchen Bedingungen, daß im wesentlichen keine Oxidation des Kohlenstoffs erfolgt oder eine Reaktion der anorganischen Molybdänverbindung mit den anderen Bestandteilen der Mischung eintritt und gleichzeitig eine keramische und/oder chemische Verfestigung der Mischung durch Versinterung eintritt, so daß der Kohlenstoff oder die anorganische Molybdänverbindung in eine keramisch versinterte Matrix eingelagert werden.
- (a) preparation and preparation of a raw material mixture comprising, in each case based on the total weight of the starting mixture, in addition to 10 to 95% by weight of a pulverulent, finely divided amorphous silica 2 to 50% by weight of carbon or up to 30% by weight at least one inorganic molybdenum compound, wherein the specific surface area (BET) of the silica is at least 15 m 2 / g and as silica fume in the form of an ultrafine amorphous SiO 2 dust with an amorphous SiO 2 content of 85 to 98 wt .-% and a particle size is used to 0.2 microns;
- (b) compacting and shaping the mixture thus obtained;
- (c) drying the compacted and formed mixture at temperatures of 50 ° C to 300 ° C and for a period of 0.5 to 10 hours; and finally
- (d) ceramic firing of the dried mixture at temperatures of 700 ° C to 1700 ° C for a period of 0.5 to 6 hours under such conditions that substantially no oxidation of the carbon occurs or reaction of the inorganic molybdenum compound with the other ingredients the mixture occurs and at the same time a ceramic and / or chemical solidification of the mixture occurs by sintering, so that the carbon or the inorganic molybdenum compound are incorporated into a ceramic sintered matrix.
In Verfahrensschritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zunächst die Vor- und Aufbereitung der Rohstoffmischung, die neben pulverförmigem, feinteiligem amorphem Siliciumdioxid in Form von Silica Fume auch Kohlenstoff oder mindestens eine anorganische Molybdänverbindung, insbesondere Molybdändisulfid, enthält.In Process step (a) of the process according to the invention takes place first Preparation and preparation of the raw material mixture, in addition to powdered, finely divided amorphous silica in the form of silica fume as well Carbon or at least one inorganic molybdenum compound, especially molybdenum disulfide, contains.
Die Vor- und Aufbereitung der Rohstoffmischung in Schritt (a) erfolgt im allgemeinen nach an sich gängigen Methoden. Bei der Vor- und Aufbereitung der Rohstoffmischung werden insbesondere die einzelnen Mischungskomponenten auf die gewünschte Teilchengröße zerkleinert, sofern sie in hiervon abweichenden Größen vorliegen, und homogen miteinander vermischt.The Preparation and preparation of the raw material mixture in step (a) takes place in general after per se Methods. During the preparation and preparation of the raw material mixture in particular, comminutes the individual mixture components to the desired particle size, if they are in different sizes, and homogeneous mixed together.
Erfindungsgemäß kann insbesondere entweder eine Halbnaß- oder aber vorzugsweise eine Naßaufbereitung unter üblichen Bedingungen durchgeführt werden. Bei der Halbnaßaufbereitung werden alle Mischungskomponenten getrocknet, sofern sie nicht bereits im trockenen Zustand vorliegen, dann gegebenenfalls zerkleinert, sofern die Teilchen nicht bereits die geeigneten Teilchengrößen aufweisen, anschließend gemischt bzw. homogenisiert und schließlich für die anschließende Verdichtung und Formgebung angefeuchtet, z. B. mit Wasser oder Naßdampf. Bei der Naßaufbereitung werden dagegen die Rohstoffe naßvermahlen (z. B. in Trommelmühlen), falls sie noch nicht die geeigneten Teilchengrößen aufweisen, oder aber beispielsweise durch Verrühren mit Wasser z. B. in Mischquirlen in wäßrige Suspensionen überführt.In particular, according to the invention either a semi-wet or preferably a wet processing under usual Conditions performed become. For semi-wet processing all mixture components are dried, if they are not already in the dry state, then optionally comminuted, unless the particles already have the appropriate particle sizes, subsequently mixed or homogenized and finally for the subsequent compaction and shaping moistened, z. B. with water or wet steam. In wet processing In contrast, the raw materials are wet-ground (eg in drum mills), if they do not yet have the appropriate particle sizes, or for example by stir with water z. B. converted into mixed whiskers in aqueous suspensions.
Die Methoden zur Vor- und Aufbereitung von keramischen Rohstoffmischungen sind dem Fachmann geläufig. Für weitere Einzelheiten kann auf einschlägige Lehr- und Fachbücher verwiesen werden, z. B. auf das aus der Reihe "Werkstoffe und Bauelemente der Elektrotechnik" stammende Fachbuch von H. Schaumburg "Keramik", Verlag B. G. Teubner Stuttgart, 1994.The Methods for the preparation and preparation of ceramic raw material mixtures are familiar to the expert. For further Details may be relevant Textbooks and reference books be referenced, for. B. on the from the series "Materials and components of electrical engineering" originating textbook by H. Schaumburg "Keramik", publisher B.G. Teubner Stuttgart, 1994.
Wie zuvor beschrieben, enthält die Rohstoffmischung pulverförmiges, feinteiliges amorphes Siliciumdioxid in Form von Silica Fume sowie Kohlenstoff oder mindestens eine anorganische Molybdänverbindung, insbesondere Molybdändisulfid.As previously described the raw material mixture powdery, fine-particle amorphous silica in the form of silica fume as well Carbon or at least one inorganic molybdenum compound, in particular Molybdenum disulfide.
Als Siliciumdioxid wird erfindungsgemäß ein pulverförmiges, feinteiliges amorphes Siliciumdioxid verwendet. Der Gehalt an amorphem Siliciumdioxid beträgt dabei mindestens 85 Gew.-%. Erfindungsgemäß besonders geeignetes Siliciumdioxid besitzt eine absolute Dichte im Bereich von 2,0 bis 2,5 g/cm3, eine Schüttdichte im unverdichteten Zustand von 200 bis 400 kg/m3 oder mehr und eine Schüttdichte im verdichteten Zustand von 450 bis 800 kg/m3 oder mehr. Die spezifische Oberfläche (BET) beträgt dabei wenigstens 15 m2/g und sollte insbesondere im Bereich von 15 bis 30 m2/g oder größer liegen.As the silica according to the invention, a powdery, finely divided amorphous silica is used. The content of amorphous silica is at least 85 wt .-%. According to the invention be Particularly suitable silica has an absolute density in the range of 2.0 to 2.5 g / cm 3 , a bulk density in the uncompressed state of 200 to 400 kg / m 3 or more and a bulk density in the compacted state of 450 to 800 kg / m 3 or more. The specific surface area (BET) is at least 15 m 2 / g and should in particular be in the range of 15 to 30 m 2 / g or greater.
Wie bereits geschildert, wird als Siliciumdioxid sogenanntes Silica Fume verwendet. Silica Fume ist in der einschlägigen Fachliteratur als Fachterminus eindeutig charakterisiert und bezeichnet einen ultrafeinen amorphen SiO2-Staub, der insbesondere bei der Produktion von Siliciummetall und Ferrosiliciumlegierungen als Nebenprodukt ("by-product") des Schmelz/Reduktionsprozesses entsteht. Charakteristisch für Silica Fume ist der hohe amorphe SiO2-Gehalt von 85 bis 98 Gew.%. Die Partikelgrößen von Silica Fume liegen im allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 0,2 μm bei nahezu kugeliger Gestalt. Hinzu kommen aufgrund der geringen Teilchengröße eine außerordentlich gute Reaktivität und damit verbunden sehr hohe Festigkeitswerte in den keramisch gebrannten Endprodukten. Silica Fume wird also erfindungsgemäß als reaktionsfähiges anorganisches Material verwendet, um eine keramisch versinterte Matrix zu erzeugen. Erfindungsgemäß geeignetes Silica Fume wird beispielsweise vertrieben von der Fa. Elkem Materials unter der Bezeichnung "Elkem Microsilica®" und von der Fa. Fesil Silica AS.As already described, so-called silica fume is used as the silica. Silica Fume is clearly characterized in the relevant literature as a technical term and refers to an ultrafine amorphous SiO 2 dust, which is produced in particular during the production of silicon metal and ferrosilicon alloys as a by-product of the melting / reduction process. Characteristic of silica fume is the high amorphous SiO 2 content of 85 to 98 wt.%. The particle sizes of silica fume are generally in the range of 0.1 to 0.2 microns with a nearly spherical shape. In addition, due to the small particle size, an extremely good reactivity and, associated therewith, very high strength values in the ceramic-fired end products. Thus, according to the invention, silica fume is used as a reactive inorganic material to produce a ceramic sintered matrix. According to the invention suitable Silica Fume, for example, sold by the company. Elkem Materials under the designation "Elkem Micro Silica ®" and by the company. Fesil silica AS.
Der Gehalt an pulverförmigem, feinteiligem amorphem Siliciumdioxid in der Ausgangs- bzw. Rohmischung kann in weiten Grenzen variieren. Erfin dungsgemäß beträgt der Gehalt an Siliciumdioxid in der Ausgangsmischung 10 bis 95 Gew.-%, insbesondere 15 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 85 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Ausgangsmischung.Of the Content of powdery, finely divided amorphous silica in the starting or raw mixture can vary within wide limits. Inven tion according to the content of silica in the starting mixture 10 to 95 wt .-%, in particular 15 to 90 Wt .-%, preferably 20 to 85 wt .-%, based on the total weight the starting mixture.
Neben pulverförmigem, feinteiligem amorphem Siliciumdioxid enthält die Ausgangsmischung noch Kohlenstoff oder mindestens eine anorganische Molybdänverbindung, insbesondere Molybdändisulfid.Next powdered, finely divided amorphous silica, the starting mixture still contains carbon or at least one inorganic molybdenum compound, in particular molybdenum disulfide.
Erfindungsgemäß geeigneter Kohlenstoff ist insbesondere ausgewählt aus der Gruppe von Graphiten wie natürlichen und synthetischen Graphiten, insbesondere in Form von Graphitflocken und/oder Graphitstaub (z. B. Elektrographit), Rußen aller Art, Kohlenstoff-Fasern, Koksen wie z. B. carbonisierten Koksen aus der Steinkohlen- oder Erdölindustrie (z. B. Petrol- oder Steinkohlenkoks) und Mischungen der zuvor genannten Verbindungen.According to the invention suitable Carbon is especially selected from the group of graphites such as natural and synthetic graphites, in particular in the form of graphite flakes and / or graphite dust (eg electrographite), carbon blacks of all kinds, carbon fibers, Cokes such. B. carbonized cokes from the coal or oil industry (eg, petroleum or hard coal coke) and mixtures of the aforementioned compounds.
Der Gehalt an Kohlenstoff in der Ausgangs- bzw. Rohmischung kann in weiten Grenzen variieren. Erfindungsgemäß beträgt der Gehalt an Kohlenstoff in der Ausgangsmischung 2 bis 50 Gew.-%, insbesondere 5 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Ausgangsmischung.Of the Content of carbon in the raw mixture can be in wide limits vary. According to the invention, the content of carbon in the starting mixture 2 to 50% by weight, in particular 5 to 40% by weight, preferably 5 to 30 wt .-%, based on the total weight of Starting mixture.
Wenn die Ausgangsmischung eine anorganische Molybdänverbindung enthält, wird insbesondere ein Molybdänmineral bzw. Molybdänerz, vorzugsweise Molybdändisulfid (MoS2, Molybdänit, Molybdänglanz) eingesetzt. Molybdändisulfid ist das häufigste Molybdänmineral und gleichzeitig das technisch bedeutsamste Molybdänerz. Es zeichnet sich insbesondere durch seine durch das Schichtengitter bedingten, dem Graphit ähnlichen Gleiteigenschaften aus.If the starting mixture contains an inorganic molybdenum compound, in particular a molybdenum mineral or molybdenum ore, preferably molybdenum disulfide (MoS 2 , molybdenite, molybdenum luster) is used. Molybdenum disulfide is the most common molybdenum mineral and also the most technically significant molybdenum ore. It is characterized in particular by its due to the layer grid, the graphite-like sliding properties.
Der Gehalt an anorganischer Molybdänverbindung, insbesondere Molybdändisulfid, in der Ausgangs- bzw. Rohmischung kann in weiten Grenzen variieren. Erfindungsgemäß beträgt der Gehalt an anorganischer Molybdänverbindung, insbesondere Molybdändisulfid, in der Ausgangsmischung bis zu 30 Gew.-%, insbesondere bis zu 15 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 10 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Ausgangsmischung.Of the Content of inorganic molybdenum compound, especially molybdenum disulfide, in the starting or raw mixture can vary within wide limits. According to the invention, the content inorganic molybdenum compound, especially molybdenum disulfide, in the starting mixture up to 30 wt .-%, in particular up to 15 Wt .-%, preferably up to 10 wt .-%, particularly preferably up to 8 wt .-%, based on the total weight of the starting mixture.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Ausgangsmischung außerdem mindestens ein anorganischer oxidischer Rohstoff und/oder Mineralbestandteil zugesetzt werden.According to one particular embodiment The present invention may further provide at least an inorganic oxidic raw material and / or mineral component be added.
Diese weiteren, anderen oxidischen Rohstoffe und/oder Mineralbestandteile sollen insbesondere dazu dienen, beim keramischen Brand mit dem pulverförmigen, feinteiligen amorphen Siliciumdioxid, vorzugsweise Silica Fume, zu reagieren bzw. zu versintern oder aber als Reibbelagbestandteil in einer Form der Ausgangsmischung bzw. dem Versatz zugeführt werden, so daß sie nur als versinterte, grobe Bestandteile in der reaktiven Grundmatrix vorliegen. Mit anderen Worten werden bevorzugt solche oxidischen Rohstoffe bzw. Mineralbestandteile eingesetzt, die mit dem pulverförmigen, feinteiligen amorphen Siliciumdioxid reagieren können bzw. die keramische Matrix mitausbilden können, d. h. mit der Matrix versintern.These other, other oxidic raw materials and / or mineral components should in particular serve, during the ceramic fire with the powdered, finely divided amorphous silica, preferably silica fume, react or sinter or as a friction lining component be supplied in a form of the starting mixture or the offset, so that you only as sintered, coarse constituents in the reactive matrix available. In other words, preferred are those oxidic Raw materials or mineral constituents used with the powdery, can react fine-particle amorphous silica or the ceramic matrix can educate, d. H. sinter with the matrix.
An anorganischen Materialien und/oder oxidischen Mineralgemischen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Granulate und Formkörper werden bevorzugt feingemahlene, synthetische und natürliche Rohstoffe eingesetzt, die als aufbereitete Rohstoffe erhältlich sind. Insbesondere werden Rohstoffe verwendet, die schon gegenwärtig in Reibbelägen zum Tragen kommen. Im wesentlichen sind dies die folgenden Stoffe: Sintertonerden, Tabulartonerden, Schmelzkorund (sogenannter Edelkorund), Normalkorund, gebrannte Bauxite, Schmelz- und Sintermullit, Andalusit, Kyanit, Sillimanit, Disthen, Staurolith, Schamotten, Tone, Metakaolin, Bentonite, Diatomeen, natürliche und synthetische amorphe Kieselsäuren, Quarz, Cristobalit, Quarzglas, natürlicher Baddeleyit und synthetisches stabilisiertes und unstabilisiertes Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilikat, geschmolzener und gesinterter Zirkonmullit, Zirkonkorund, Rutil, Ilmenit, Alkali- und Erdalkalititanate, Sinter- und Schmelzspinell, Chromerz, Schmelz- und Sintermagnesia, Olivin, synthetischer Cordierit (Indialith), Talk, Serpentin, Sepiolith, Wollastonit, Xonotlit, Spodumen, Petalit, Lepidolith, Granate, Feldspäte, Nephelin, Mineralien der Pyroxen- und Amphibolgruppe, Mineralien der Glimmergruppe wie Muskovit, Biotit und Vermiculit, Zeolithe, Carbonate wie Magnesit, Calcit, Dolomit, Siderit und Rhodochrosit, Sulfate wie Baryt, Anhydrit und Gips, Apatit, Borate wie Borax Colemanit, Ulexit, Hydroboracit.Finely ground, synthetic and natural raw materials are preferably used for inorganic materials and / or oxide mineral mixtures for producing the granules and shaped bodies according to the invention used, which are available as processed raw materials. In particular, raw materials are used, which already come into play in friction linings. Essentially, these are the following substances: sintered clay, Tabulartonerden, fused corundum (normal corundum), normal corundum, calcined Bauxite, enamel and sintered mullite, andalusite, kyanite, sillimanite, disthen, staurolite, chamottes, clays, metakaolin, bentonites, diatoms, natural and synthetic amorphous silicas, quartz, cristobalite, quartz glass, natural baddeleyite and synthetic stabilized and unstabilized zirconia, zirconium silicate, fused and sintered zircon mullite, zircon corundum, rutile, ilmenite, alkali and alkaline earth titanates, sintered and melted spinel, chrome ore, fused and sintered magnesia, olivine , synthetic cordierite (indialite), talc, serpentine, sepiolite, wollastonite, xonotlite, spodumene, petalite, lepidolite, garnets, feldspars, nepheline, minerals of the pyroxene and amphibole group, minerals of the mica group such as muscovite, biotite and vermiculite, zeolites, carbonates such as Magnesite, calcite, dolomite, siderite and rhodochrosite, sulf such as barite, anhydrite and gypsum, apatite, borates such as borax colemanite, uxlex, hydroboracite.
Der Gehalt an anorganischem oxidischem Rohstoff und/oder Mineralbestandteil in der Ausgangsmischung kann in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen beträgt der Gehalt an anorganischem oxidischem Rohstoff und/oder Mineralbestandteil in der Ausgangsmischung 5 bis 70 Gew.-%, insbesondere 10 bis 65 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Ausgangsmischung.Of the Content of inorganic oxidic raw material and / or mineral constituent in the starting mixture can vary widely. In general is the content of inorganic oxidic raw material and / or mineral constituent in the starting mixture 5 to 70% by weight, in particular 10 to 65% by weight, preferably 15 to 60 wt .-%, based on the total weight of Starting mixture.
Des weiteren können der Ausgangsmischung außerdem Gesteinsmehle, anorganische Fasern wie Quarzglasfasern, Aluminiumoxidfasern, Glasfasern, Aluminiumsilikatfasern oder Basaltfasern, Gesteinswollen, Schlacken, Flugaschen, Glaser, Fritten, Zemente wie Tonerdeschmelzzemente und Portlandzemente zugesetzt werden.Of others can the starting mix as well Minerals, inorganic fibers such as quartz glass fibers, alumina fibers, Glass fibers, aluminum silicate fibers or basalt fibers, rock wool, Slags, fly ash, glazes, frits, cements such as alumina cements and Portland cements are added.
Ebenso können die erfindungsgemäßen Granulate und Formkörper auch Carbide und Nitride enthalten, wie etwa Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Borcarbid, Bornitrid, Titancarbid u. a. Diese können entweder direkt der Ausgangsmischung zugesetzt werden oder aber beim keramischen Brand in situ ausgehend von geeigneten Ausgangsverbindungen generiert werden.As well can the granules of the invention and shaped bodies also contain carbides and nitrides, such as silicon carbide, silicon nitride, Boron carbide, boron nitride, titanium carbide and the like. a. These can either be directly from the starting mixture be added or starting from the ceramic fire in situ be generated from suitable starting compounds.
Um besonders verschleißfeste Endprodukte zu erhalten, ist es empfehlenswert, daß die Ausgangsmischung Teilchen der jeweiligen Mischungsbestandteile umfaßt, deren mittlere Teilchendurchmesser – im Falle der übrigen matrixbildenden Materialien, insbesondere der oxidischen Rohstoffe und/oder Mineralbestandteile, soweit vorhanden – höchstens 0,2 mm betragen und insbesondere ≤ 100 μm, vorzugsweise ≤ 50 μm oder weniger, sind. Die übrigen Mischungsbestandteile, insbesondere der Kohlenstoffträger und gegebenenfalls weitere Zuschlags- und Füllstoffe (z. B. Gesteinsmehle etc.), soweit vorhanden, können aber auch deutlich größere, mittlere Teilchendurchmesser bzw. Korngrößen von bis zu 10 mm, insbesondere bis zu 5 mm, vorzugsweise bis zu 1 mm, besonders bevorzugt bis zu 0,5 mm und kleiner, aufweisen, ohne daß dies die Verschleißfestigkeit der Produkte im wesentlichen beeinflußt.Around especially wear-resistant To obtain final products, it is recommended that the starting mixture Particles of the respective mixture components, whose mean particle diameter - in Trap of the rest matrix-forming materials, in particular the oxidic raw materials and / or mineral constituents, if present - not more than 0,2 mm and in particular ≦ 100 μm, preferably ≦ 50 μm or less, are. The remaining Blend components, in particular the carbon carrier and optionally further additives and fillers (eg minerals etc.), if available, can but also much larger, medium Particle diameter or particle sizes of up to 10 mm, in particular up to 5 mm, preferably up to 1 mm, more preferably up to 0.5 mm and smaller, without this wear resistance of the products substantially.
Die einzelnen Mischungsbestandteile sollten unter den Verfahrensbedingungen insbesondere nicht auflösbar sein.The individual blend ingredients should be under the process conditions especially not resolvable be.
Zur Aufbereitung der Ausgangsmischung werden dieser im allgemeinen Wasser und im allgemeinen auch sogenannte Prozeßchemikalien, welche die Verarbeitbarkeit bzw. Handhabbarkeit der Rohmischung erleichtern, zugesetzt, insbesondere Verflüssigungsmittel (Verflüssiger), Plastifizierungsmittel, Dispergiermittel und/oder Bindemittel (z. B. permanente oder temporäre Bindemittel).to Preparation of the starting mixture of these are generally water and in general also so-called process chemicals, which the processability or ease of handling of the raw mixture, added, in particular thinning agent (Condenser), Plasticizers, dispersants and / or binders (eg. Permanent or temporary Binder).
Mit anderen Worten wird der trockene Versatz bzw. die trockene Ausgangsmischung zur Verarbeitung mit Wasser angefeuchtet und gegebenenfalls mit an sich bekannten Prozeßhilfsmitteln (wie z.B. Plastifizierungsmitteln, Dispergiermitteln, Verflüssigungsmitteln und temporären Bindemitteln) versetzt. Die Verwendung von Prozeßhilfsmitteln (Prozeßchemikalien) ist aber keinesfalls zwingend erforderlich.With In other words, the dry offset or the dry starting mixture moistened with water for processing and if necessary with known process aids (such as plasticizers, dispersants, liquefiers and temporary Binders). The use of process aids (process chemicals) but is by no means mandatory.
Als Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Bindemittel können beispielsweise die folgenden Verbindungen genannt werden: Natrium-, Kalium- und/oder Lithium-Wassergläser, Kieselsole, natürliche und synthetische amorphe Kieselsäuren, Portlandzemente, Tonerdezemente, Phosphate, insbesondere Alkali- und Erdalkaliphospate und Monoaluminiumphosphat, Borate, Borsäure, Tone, Kaolin, Metakaolin, Aluminiumhydroxid, Calciumhydroxid, Magnesiumsulfat, Magnesiumchlorid, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxychlorid, Natriumaluminat sowie Zirkonoxychloride, Zirkonacetate und -phosphate.When examples for according to the invention suitable Binders can for example, the following compounds are mentioned: sodium, Potassium and / or Lithium water glasses, Silica brine, natural and synthetic amorphous silicas, Portland cements, alumina cements, phosphates, in particular and alkaline earth phosphates and monoaluminum phosphate, borates, boric acid, clays, Kaolin, metakaolin, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, magnesium sulfate, Magnesium chloride, magnesium hydroxide, aluminum hydroxychloride, sodium aluminate and zirconium oxychlorides, zirconium acetates and phosphates.
Als Beispiele für erfindungsgemäß geeignete temporäre Bindemittel können alle Verbindungen genannt werden, welche dem Fachmann an sich hierfür geläufig sind, insbesondere temporäre Bindemittel auf Basis organischer Verbindungen wie z. B. Ligninsulfonate, Methylcellulosen, Gelatine etc.As examples of temporary binders suitable according to the invention, it is possible to cite all compounds which are familiar to the person skilled in the art for that purpose, in particular temporary binders Basis of organic compounds such. As lignosulfonates, methylcelluloses, gelatin etc.
Dem Verfahrensschritt (a) schließt sich dann in Verfahrensschritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Verdichten und die Formgebung der in Schritt (a) erhaltenen Mischung an.the Step (a) closes then in process step (b) of the method according to the invention the densification and the shaping of those obtained in step (a) Mix on.
Das Verdichten und die Formgebung in Schritt (b) erfolgen nach gängigen, an sich bekannten Granulierungs- und Kompaktierungsverfahren und üblichen Formgebungsverfahren. Es kann auf die allgemeine Fachliteratur verwiesen werden, beispielsweise auf das bereits zitierte Buch von H. Schaumburg.The Compression and shaping in step (b) are carried out according to common, known granulation and Kompaktierungsverfahren and conventional molding processes. It can be referred to the general literature, for example to the already cited book by H. Schaumburg.
Vorzugsweise erfolgen Verdichten und Formgebung in einem Schritt, insbesondere durch Extrusion. Jedoch ist es auch möglich, das Verdichten (Kompaktieren) und die Formgebung getrennt voneinander durchzuführen.Preferably Compacting and shaping take place in one step, in particular by extrusion. However, it is also possible to compact (compact) and to perform the shaping separately.
Rein beispielhaft seien die folgenden Verdichtungs- und/oder Formgebungsverfahren genannt: Strangpressen (Extrusion), Pelletierung (z. B. mittels Pelletierteller), Sprühtrocknung, Pressen (z. B. Trockenpressen oder isostatisches Pressen mit Granulat), Granulierung, Gießen (z. B. Spritzgießen) etc.Purely the following compaction and / or shaping methods are examples called extruding, pelletizing (eg by means of Pelletizing plate), spray-drying, Pressing (eg dry pressing or isostatic pressing with granules), Granulation, pouring (eg injection molding) Etc.
Dem Verfahrensschritt (b) schließt sich dann in Verfahrensschritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens die Trocknung der in Schritt (b) verdichteten und geformten Mischung an.the Process step (b) closes then in process step (c) of the method according to the invention the drying of the mixture compacted and shaped in step (b) at.
Die Trocknung der verdichteten und geformten Mischung erfolgt bei Temperaturen von 50°C bis 300°C. Die Trocknungsdauer liegt dabei zwischen 0,5 und 10 Stunden, insbesondere zwischen 1 und 5 Stunden, vorzugsweise zwischen 1 und 3 Stunden. Im allgemeinen erfolgt die Trocknung unter Atmosphärendruck; jedoch kann die Trocknung gegebenenfalls unter vermindertem Druck bzw. im Vakuum durchgeführt werden.The Drying of the compacted and formed mixture takes place at temperatures from 50 ° C up to 300 ° C. The drying time is between 0.5 and 10 hours, in particular between 1 and 5 hours, preferably between 1 and 3 hours. In general, the drying is carried out under atmospheric pressure; however If necessary, the drying can be carried out under reduced pressure or performed in a vacuum become.
Dem Verfahrensschritt (c) schließt sich schließlich in Verfahrensschritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens der keramische Brand der in Schritt (c) getrockneten Mischung an.the Step (c) closes finally in process step (d) of the process according to the invention, the ceramic Fire the mixture dried in step (c).
Die Schritte (c) und (d) können stufenlos bzw. kontinuierlich ineinander übergehen, z. B. durch stufenlose Temperaturerhöhung.The Steps (c) and (d) can continuously or continuously merge into each other, z. B. by stepless Temperature increase.
Der keramische Brand der in Schritt (c) getrockneten Mischung erfolgt unter solchen Bedingungen, daß keine bzw. im wesentlichen keine Oxidation des Kohlenstoffs erfolgt oder eine Reaktion der anorganischen Molybdänverbindung, insbesondere des Molybdändisulfids, mit den anderen Bestandteilen der Mischung eintritt und gleichzeitig eine keramische bzw. chemische Verfestigung der Mischung durch Versinterung erreicht wird, so daß der Kohlen stoffträger oder die anorganische Molybdänverbindung in eine keramisch versinterte Matrix auf Basis von pulverförmigem, feinteiligem amorphem Siliciumdioxid eingelagert werden.Of the ceramic firing of the mixture dried in step (c) under such conditions that no or substantially no oxidation of the carbon takes place, or a reaction of the inorganic molybdenum compound, in particular of the molybdenum disulfide, enters with the other ingredients of the mixture and at the same time a ceramic or chemical solidification of the mixture by sintering is achieved, so that the Carbon carrier or the inorganic molybdenum compound into a ceramic sintered matrix based on pulverulent, finely divided amorphous silica are stored.
Die keramische versinterte Matrix wird also ausgehend von dem pulverförmigem, feinteiligem amorphem Siliciumdioxid in Form von Silica Fume und gegebenenfalls dem anorganischen oxidischen Rohstoff bzw. Mineralbestandteil, wie zuvor definiert, durch keramische Versinterung gebildet, wobei der Kohlenstoff oder die anorganische Molybdänverbindung, insbesondere Molybdändisulfid, vorzugsweise in homogener Verteilung, in diese Matrix eingelagert sind.The ceramic sintered matrix is thus based on the powdered, finely divided amorphous silica in the form of silica fume and optionally the inorganic oxidic raw material or mineral constituent, as defined above, formed by ceramic sintering, wherein the carbon or the inorganic molybdenum compound, in particular molybdenum disulfide, preferably in homogeneous distribution, embedded in this matrix are.
Im allgemeinen wird der keramische Brand in Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem weitgehend von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff abgeschirmten, geschlossenen System durchgeführt.in the In general, the ceramic fire in step (d) of the method according to the invention in a largely oxygen, especially atmospheric oxygen shielded, closed system performed.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der keramische Brand in Schritt (d) unter inerten bzw. reduzierenden bzw. nichtoxidierenden Bedingungen, insbesondere unter Luftsauerstoffausschluß, vorzugsweise im Vakuum oder unter Schutzgasatmosphäre, durchgeführt. Als Schutzgase können insbesondere Wasserstoff, Stickstoff, Ammoniakgas und/oder Edelgase verwendet werden.According to one preferred embodiment the method according to the invention the ceramic fire in step (d) becomes inert or reducing or non-oxidizing conditions, in particular with exclusion of atmospheric oxygen, preferably in a vacuum or under a protective gas atmosphere. As protective gases can in particular hydrogen, nitrogen, ammonia gas and / or noble gases be used.
Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Granulate und Formkörper also unter Schutzgas oder unter reduziertem Druck bzw. im Vakuum gebrannt, d. h. unter Bedingungen, bei denen keine wesentliche Oxidation des Kohlenstoffs erfolgt und eine Reaktion der anorganischen Molybdänverbindung, insbesondere des Molybdändisulfids, mit den anderen Bestandteilen der Mischung eintritt, gleichzeitig aber eine keramische oder auch chemische Verfestigung des Gemisches durch Versinterung bzw. durch chemische Bindung der anorganischen Materialien bzw. der oxidischen Mineralgemische erreicht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Granulate oder Formkörper also unter Schutzgas, wie z. B. Wasserstoff, Stickstoff, Am moniakgas und Edelgase, oder im Vakuum, d. h. in einem weitgehend von Sauerstoff abgeschirmten, geschlossenen System gebrannt. Dieses System kann auch aus einem mit gekörntem Elektrographit, aus einem mit natürlichen Graphitflocken oder aus einem mit gekörnten, carbonisierten Koksen der Kohle- bzw. der Erdölindustrie gefüllten feuerfesten Behälter bestehen – nachfolgend "Einbettverfahren" genannt –, in dem die kohlenstoffhaltigen Granulate oder Formkörper eingebettet sind, so daß weder ein Vakuum angelegt noch ein gesondertes Schutzgas zugeführt werden muß. Kombinationen aus Schutzgas- und Einbettverfahren sind ebenfalls möglich.The granules and shaped bodies according to the invention are therefore preferably fired under protective gas or under reduced pressure or under reduced pressure, ie under conditions in which no substantial oxidation of the carbon takes place and a reaction of the inorganic molybdenum compound, in particular of the molybdenum disulfide, with the other constituents of the mixture , but at the same time a ceramic or chemical solidification of the mixture by sintering or by chemical bonding of the inorganic materials or the mineral oxide mixtures is achieved. In the method according to the invention, the granules or moldings are thus under inert gas, such as. As hydrogen, nitrogen, on moni akgas and noble gases, or in a vacuum, ie burned in a largely shielded from oxygen, closed system. This system may also consist of granular electrographite, natural graphite flake, or refractory container filled with granular, carbonized cokes of the coal or petroleum industry - hereinafter referred to as the "embedding method" - in which the carbonaceous granules or moldings are embedded are so that neither a vacuum applied nor a separate protective gas must be supplied. Combinations of inert gas and embedding methods are also possible.
Erfindungsgemäß wird der keramische Brand in Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Temperaturen von 700°C bis 1.700°C, insbesondere 900°C bis 1.500°C, vorzugsweise 1.000°C bis 1.350°C, durchgeführt. Die Dauer beträgt dabei erfindungsgemäß 0,5 bis 6 Stunden, insbesondere 1 bis 5 Stunden, vorzugsweise 1,5 bis 4,5 Stunden.According to the invention ceramic fire in step (d) of the process according to the invention at temperatures of 700 ° C up to 1,700 ° C, especially 900 ° C up to 1,500 ° C, preferably 1,000 ° C up to 1,350 ° C, carried out. The Duration is according to the invention 0.5 to 6 hours, especially 1 to 5 hours, preferably 1.5 to 4.5 Hours.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, in eine keramische Matrix, die zu einem nicht unerheblichen Teil aus versintertem bzw. keramisch gebrannten Siliciumdioxid in Form von Silica Fume besteht, Molybdändisulfid oder Kohlenstoff, insbesondere in Form von natürlichen oder synthetischen Graphiten, von Ruß, von Kohlenstoff-Fasern und von carbonisierten Koksen aus der Steinkohlen- bzw. aus der Erdölindustrie, auch in größeren Mengen einzuarbeiten. Dazu ist es also notwendig, unter "inerten bzw. reduzierenden Sinterbedingungen" keramische Granulate oder auch Formteile herzustellen. Dies ist zu erreichen, indem das geformte Gemisch aus Molybdändisulfid oder Kohlenstoffträger(n) und gegebenenfalls oxidischen anorganischen Materialien unter Schutzgasen und/oder in einem weitgehend geschlossenen sogenannten "Kohlebett" (Einbettverfahren) gebrannt werden.With the method according to the invention manages to turn into a ceramic matrix that is not insignificant Part of sintered or ceramic fired silica in Form of silica fume, molybdenum disulfide or carbon, especially in the form of natural or synthetic graphites, carbon black, and carbon fibers carbonated cokes from the coal and petroleum industries, too In larger quantities incorporate. For this it is necessary, under "inert or reducing Sintering conditions "ceramic Produce granules or molded parts. This is to be achieved by the molded mixture of molybdenum disulfide or carbon carrier (s) and optionally oxidic inorganic materials under protective gases and / or in a largely closed so-called "coal bed" (embedding method) be burned.
Wesentlich unterstützt wird dieses Verfahren durch die Verwendung von pulverförmigem, feinteiligem amorphem Siliciumdioxid in Form von Silica Fume. Aufgrund der geringen Teilchengröße besitzt Silica Fume eine außerordentlich gute Reaktivität, was zu sehr hohen Festigkeitswerten in den keramisch gebrannten Endprodukten führt.Essential supports this process is improved by the use of powdered, finely divided amorphous silica in the form of silica fume. by virtue of has the small particle size Silica Fume an extraordinary good reactivity, resulting in very high strength values in the ceramic fired End products leads.
Nach Kenntnis des Anmelders sind bisher noch keine Versuche unternommen worden, pulverförmiges, feinteiliges amorphes Siliciumdioxid in Form von Silica Fume in Reib- bzw. Bremsbelägen zu verwerten, insbesondere nicht in Kombination mit Molybdändisulfid oder Kohlenstoff auf Basis von natürli chen und synthetischen Graphiten, Ruß, Elektrographit, Petrol- und Steinkohlenkoksen.To Knowledge of the applicant so far no attempts have been made been, powdery, finely divided amorphous silica in the form of silica fume in Friction or brake pads to recycle, especially not in combination with molybdenum disulfide or carbon based on natural and synthetic graphites, Soot, electrographite, Petrol and coal coke.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit auch keramische Granulate oder Formkörper erhalten werden. Hierbei handelt es sich insbesondere um keramische Granulate oder Formkörper, die Kohlenstoff oder mindestens eine anorganische Molybdänverbindung, insbesondere Molybdändisulfid, eingebettet – vorzugsweise in homogener Verteilung – in einer keramischen Matrix auf Basis von gesintertem bzw. keramisch gebrannten Siliciumdioxid in Form von Silica Fume aufweisen, wobei die Granulate oder Formkörper gegebenenfalls auch noch weitere Inhaltsstoffe enthalten können. Der Gehalt an Kohlenstoff oder Molybdändisulfid in den erfindungsgemäßen Produkten liegt im Bereich von 2 bis 50 Gew.-%.With the method according to the invention can Thus, ceramic granules or moldings are obtained. in this connection these are, in particular, ceramic granules or shaped bodies which Carbon or at least one inorganic molybdenum compound, especially molybdenum disulfide, embedded - preferably in homogeneous distribution - in a ceramic matrix based on sintered or ceramic having fumed silica in the form of silica fume, wherein the granules or shaped bodies optionally may also contain other ingredients. Of the Content of carbon or molybdenum disulfide in the products according to the invention is in the range of 2 to 50 wt .-%.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen keramischen Granulate oder Formkörper zur Herstellung von Reib- oder Bremsbelägen.Another The present invention also relates to the use of according to the inventive method available ceramic granules or shaped bodies for the production of friction or brake linings.
Die Reib- oder Bremsbeläge können beispielsweise ganz aus den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Formkörpern bestehen. Hierzu müssen die Formkörper vor und/oder nach dem keramischen Brand in die Form der Reib- oder Bremsbeläge gebracht werden. Gleichermaßen können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Formkörper oder Granulate auch in die Reib- oder Bremsbeläge eingearbeitet werden, z. B. zusammen mit an sich bekannten Füllmitteln oder Bindemitteln (z. B. organische Bindemittel wie beispielsweise Phenol-Formaldehydharze oder Nitrilkautschuke, welche die erfindungsgemäßen Formteile oder Granulate zu einem Block zusammenhalten können).The Friction or brake pads can for example, completely from the method according to the invention available moldings consist. To do this the moldings before and / or after the ceramic fire in the form of the friction or Brake pads to be brought. equally can those according to the inventive method available moldings or granules are incorporated into the friction or brake pads, z. B. together with known fillers or binders (For example, organic binders such as phenol-formaldehyde resins or nitrile rubbers containing the moldings or granules according to the invention can stick together to a block).
Für die Reibbelagherstellung ergeben sich ausgehend von den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Granulaten oder Formkörpern eine Reihe von Vorteilen: Zum einen führt der Einsatz von pulverförmigem, feinteiligem amorphem Siliciumdioxid in Form von Silica Fume zu deutlichen Festigkeitssteigerungen in den resultierenden Granulaten und Formkörpern. Des weiteren ist die Fertigung der Reibbeläge aufgrund besserer Verpreßbarkeit der feuchten kohlenstoffhaltigen bzw. molybdändisulfidhaltigen keramischen Masse wesentlich effektiver. Da erfindungsgemäß viele in ihrer Zusammensetzung unterschiedliche Granulate oder Formkörper hergestellt werden können, lassen sich außerdem die Eigenschaften des resultierenden Reibbelags gezielt steuern. Dadurch, daß im Mikrobereich schleifende und schmierende Bestandteile sehr dicht und keramisch verzahnt nebeneinander liegen, kommt es schließlich zu effektiveren Bremsvorgängen. Die hohen Ober flächentemperaturen, die bei einem Bremsvorgang auftreten, werden durch den fein verteilten Graphit schnell zu kühleren Bereichen abgeleitet. Der Kohlenstoff in dem Granulat oder Formkörper wirkt aufgrund seiner Plättchen-, Nadel-, Stäbchen- oder Faserform in dem Sintermaterial rißstoppend. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß gezielt neue anorganische Verbindungen in Kombination mit Kohlenstoffträgern synthetisiert werden können.For the production of friction linings, there are a number of advantages based on the granules or shaped bodies obtainable by the process according to the invention: On the one hand, the use of pulverulent, finely divided amorphous silica in the form of silica leads to distinct increases in strength in the resulting granules and shaped bodies. Furthermore, the production of friction linings is much more effective due to better compressibility of the wet carbonaceous or molybdenum disulfide-containing ceramic mass. Since, according to the invention, many granules or shaped bodies differing in their composition can be produced, the properties of the resulting granules can also be obtained Control friction linings in a targeted manner. Due to the fact that grinding and lubricating components are located close to each other in a very dense and ceramic manner in the micro range, more effective braking processes are finally achieved. The high surface temperatures that occur during a braking process are quickly dissipated by the finely divided graphite to cooler areas. The carbon in the granule or tablet acts as a stopper due to its platelet, needle, stick or fiber shape in the sintered material. Another advantage results from the fact that targeted new inorganic compounds can be synthesized in combination with carbon carriers.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen keramischen Granulate und Formkörper zur Herstellung von Feuerfestmaterialien bzw. feuerfesten Erzeugnissen.Another The present invention also relates to the use of according to the inventive method available ceramic granules and shaped bodies for the production of refractory materials or refractory products.
Der Begriff "Feuerfestmaterialien" bzw. "feuerfeste Erzeugnisse" wird vorliegend insbesondere als Sammelbegriff für nichtmetallische Werkstoffe – jedoch einschließlich solcher, die einen Anteil an Metall enthalten (z. B. Cermets) – verwendet, die einen Segerkegel-Fallpunkt von mindestens 1.500°C haben und die bei den Dauertemperaturen von über 800°C industriell einsetzbar sind. Bei den Feuerfestmaterialien bzw. feuerfesten Erzeugnissen handelt es sich insbesondere um geformte, gebrannte oder ungebrannte (chemisch gebundene), seltener schmelzgegossene Steine oder aber um ungeformte Erzeugnisse, die entweder direkt im Anlieferungszustand oder nach Zugabe einer Flüssigkeit verwendet werden können, z. B. als Hochtemperaturwerkstoffe. Großabnehmer für Feuerfestmaterialien bzw. feuerfeste Erzeugnisse sind beispielsweise Eisen- und Stahlindustrie, ferner die Glas-, Zement-, Kalk- und Porzellanindustrie sowie die Ofen- und Herdindustrie (z. B. zur feuerfesten Auskleidung).Of the The term "refractory materials" or "refractory products" is used herein especially as a collective term for non-metallic materials - however including those containing a proportion of metal (eg cermets) - used, which have a sailing cone drop point of at least 1,500 ° C and which can be used industrially at continuous temperatures of over 800 ° C. When refractory materials or refractory products act in particular, molded, fired or unfired (chemically bound), rarely cast-molten stones or unformed Products which are either directly on delivery or after Adding a liquid can be used z. B. as high temperature materials. Major customers for refractory materials or refractory products are, for example, iron and steel industry, Furthermore, the glass, cement, lime and porcelain industry and the Furnace and stove industry (eg for refractory lining).
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele veranschaulicht, welche die vorliegende Erfindung jedoch keinesfalls beschränken sollen.The The present invention will become apparent from the following embodiments However, which illustrates the present invention in no way restrict should.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEMBODIMENTS
Beispiel 1:Example 1:
Eine
Mischung aus
Die so erhaltenen Granulate können weiter aufbereitet und beispielsweise in Körnungen gebrochen werden, wie sie z. B. für die Verarbeitung von Bremsbelägen erforderlich sind. Ebenso ist es möglich, den Elektrodengraphit durch Graphitstaub zu ersetzen und die plastische Masse durch eine enge Düse von circa 0,1 cm Durchmesser zu pressen, wobei Keramikteile entstehen, die nach den oben beschriebenen Brand- und Aufbereitungsbedingungen als feste, stengelige bis faserförmige Stifte erhalten werden. Solche Keramikformteile können beispielsweise eine verstärkende Wirkung in Reibbelägen hervorrufen. Des weiteren können diese Erzeugnisse für Feuerfestmaterialien bzw. feuerfeste Erzeugnisse eingesetzt werden.The thus obtained granules can further processed and broken, for example, in grains, such as they z. For example the processing of brake pads required are. It is also possible to use the electrode graphite to replace with graphite dust and the plastic mass by a narrow nozzle of about 0.1 cm in diameter, whereby ceramic parts arise, according to the above-described conditions of fire and treatment as solid, stem to fibrous Pins are obtained. Such ceramic moldings can, for example a reinforcing Effect in friction linings cause. Furthermore, you can these products for Refractory materials or refractory products are used.
Beispiel 2 (Vergleich):Example 2 (comparison):
Eine
Mischung aus
Beispiel 3:Example 3:
Eine
Mischung aus
Weiterhin ist es möglich, diese Granulate mit natürlichen und synthetischen Rohstoffen anzureichern. So wurden zusätzlich ca. 20 Gew.-% eines natürlichen, faserförmig ausgebildeten Wollastonitrohstoffes (aspect ratio 17:1) der Mischung zugesetzt und in der oben beschriebenen Weise gebrannt. In gleicher Weise wurden gröbere Rohstoffe von Edelkorund (Körnung 0,1 bis 0,5 mm), Schmelzmagnesia (Körnung 0,1 bis 0,3 mm), Sintermagnesia (Körnung 0,1 bis 0,5 mm), gebranntem Bauxit (Körnung 0,1 bis 0,5 mm), Zirkonsand (Körnung 0,1 bis 0,3 mm), Granat (Körnung 0,1 bis 0,3 mm), Andalusit (Körnung 0,1 bis 0,5 mm) oder Kaliumfeldspat (Körnung 0,1 bis 0,3 mm) der oben angeführten Mischung zugegeben und entsprechende Granulate bei zum Teil veränderten Brenntemperaturen und Brennzeiten hergestellt. Aufgrund der groben Kornstruktur der zugesetzten Rohstoffe tritt eine randliche Versinterung mit der Grundmatrix unter Bildung von neuen Verbindungen auf. Da die Reaktionszeiten und Reaktionstemperaturen nicht so lang und nicht so hoch sind, daß eine vollständige Umsetzung der gröberen Körner eintritt, werden "Compounds" erzielt, in denen die Eigenschaften der einzelnen Mineralien für einen Reibbelag weiterhin zum Tragen kommen. Die Menge der zugesetzten gröberen Körner ist in einem großen Bereich variabel. Auch sind Mischungen verschiedener gröberer Rohstoffe möglich. Bei allen Granulaten wird der Graphit nicht verbrannt.Farther Is it possible, these granules with natural and synthetic raw materials. So in addition approx. 20% by weight of a natural, fibrous formed wollastonite raw material (aspect ratio 17: 1) of the mixture added and fired in the manner described above. In the same Way became coarser Raw materials of fine corundum (grain size 0.1 to 0.5 mm), enamel magnesia (grain size 0.1 to 0.3 mm), sintered magnesia (grit 0.1 to 0.5 mm), burnt bauxite (grain size 0.1 to 0.5 mm), zircon sand (grain size 0.1 to 0.3 mm), garnet (grain size 0.1 to 0.3 mm), andalusite (grain size 0.1 to 0.5 mm) or potassium feldspar (grain size 0.1 to 0.3 mm) of the above cited Mixture added and corresponding granules at partially modified Burning temperatures and firing times produced. Because of the rough Grain structure of the added raw materials occurs marginal sintering with the basic matrix to form new connections. There the reaction times and reaction temperatures are not so long and are not that high that one full Implementation of the coarser grains occurs, "compounds" are achieved in which the properties of individual minerals for a friction lining continue come to fruition. The amount of coarser grains added is in a wide range variable. Also mixtures of different coarser raw materials are possible. at all granules do not burn graphite.
Der Flockengraphit in dem oben aufgeführten Grundversatz kann beispielsweise auch durch Kohlenstoff-Fasern, Graphitstaub, durch groben Elektrographit (0,2 bis 1,5 mm), Petrol- oder Steinkohlekokse ersetzt werden oder damit verschnitten werden. Weiterhin ist es möglich, Molybdändisulfid dem Versatz zuzufügen und in entsprechender Weise – wie zuvor beschrieben – zu brennen. Ebenso ist die Menge der Kohlenstoffträger und des Molybändisulfids variabel. Technisch interessante Mengen liegen insbesondere im Bereich von 5 bis 20 Gew.-% in der gebrannten Masse bzw. den gebrannten Granulaten.Of the For example, flake graphite in the basic offset listed above may also by carbon fibers, graphite dust, by coarse electrographite (0.2 to 1.5 mm), petroleum or hard coal cokes are replaced or be blended with it. Furthermore, it is possible molybdenum disulfide to inflict the misalignment and in a similar way - as previously described - too burn. Likewise, the amount of carbon carriers and molybdenum sulfide variable. Technically interesting quantities are especially in the field from 5 to 20 wt .-% in the fired or fired Granulates.
Die zuvor beschriebenen und hergestellten Granulate können anschließend aufbereitet und in eine für die Reibbelagherstellung entsprechende Korngröße gebracht werden.The previously described and produced granules can be subsequently processed and in one for the Reibbelagherstellung corresponding grain size can be brought.
Beispiel 4:Example 4:
Eine
Mischung aus
Die Masse kann beispielsweise durch andere temperaturstabile Verbindungen und Mineralien modifiziert werden. So können gröbere Körnungen z. B. aus Zirkonmullitschmelzprodukten, Sinter- und Schmelztonerde, Sinter- und Schmelzmullit, gebrannten Bauxitkörnungen, Schamottekörnungen, Andalusitkristallen oder Zirkon-, Rutil- und Ilmenitsanden der Masse in Mischung oder dem Versatz als Einzelrohstoff in Gewichtsanteilen von beispielsweise 5,00 bis 30,00 Gew.-% zugefügt werden.The Mass, for example, by other temperature-stable compounds and minerals are modified. So coarser grits z. B. Zirkonmullitschmelzprodukten, Sintered and smelted clay, sintered and enamel mullite, fired Bauxite grains, Fireclay grains, Andalusite crystals or zircon, rutile and ilmenite sands of the mass in mixture or the offset as a single raw material in parts by weight from, for example, 5.00 to 30.00 wt.% are added.
Auch läßt sich die Mischung dahingehend modifizieren, daß anstelle von Portlandzement Tonerdeschmelzzement verwendet wird, wobei Wollastonitmehl, in Kombination mit Silica Fume, ebenfalls zu Anorthit führt.Also let yourself Modify the mixture such that instead of Portland cement Use is made of alumina cement, with wollastonite flour, in combination with silica fume, also leading to anorthite.
Beispiel 5:Example 5:
Eine
Mischung aus
Beispiel 6:Example 6:
Eine
Mischung aus
Beispiel 7:Example 7:
Eine
Mischung aus
Beispiel 8:Example 8:
Eine
Mischung aus
Beispiel 9:Example 9:
Eine
Mischung aus
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