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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein reaktives, flüssiges Bindemittel,
geeignet für die
Bindung von Keramikpartikeln zur Herstellung von keramischen Erzeugnissen,
insbesondere feuerfesten, keramischen Erzeugnissen, aus Keramikpulver.
Der Gegenstand der Erfindung betrifft ferner die Verwendung des
Bindemittels und ein Verfahren zur Herstellung vorgenannter keramischer
Erzeugnisse, sowie keramische Erzeugnisse als solche, wobei feuerfeste,
keramische Erzeugnisse erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind.
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Feuerfeste
Keramikerzeugnisse, nahstehend auch als „FF-Werkstoffe" bezeichnet, werden
zum Schutz vor hohen Temperaturen in zahlreichen Industrieanlagen
eingesetzt. Die wichtigsten feuerfesten Werkstofftypen sind:
- – Geformte
dichte Erzeugnisse, mit einer Porosität ≤ 45 Vol.%, wie Steine und Bauteile,
- – Geformte
wärmedämmende Erzeugnisse,
mit einer Porosität ≥ 45 Vol.%,
wie Feuerleichtsteine,
- – Ungeformte
feuerfeste Erzeugnisse, wie Feuerbetone, Rammmassen, Spritzmassen,
Stampfmassen und dergleichen,
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Herkömmliche
feuerfeste Erzeugnisse werden aus pulverigen Rohstoffen hergestellt.
Die Korngröße der Pulver
liegt dabei in einem relativ breiten Bereich, zwischen einigen Mikrometer
bis mehreren Millimetern. Vereinzelt werden auch Rohstoffe mit einer
Partikelgröße > 10 mm verwendet. Entsprechend
werden die Pulver als grobkörnige,
mittelkörnige,
feinkörnige,
und feinstkörnige
Kornfraktion bezeichnet.
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Aus
dem Stand der Technik sind feste, verzweigte oder vernetzte, hochmolekulare
organomodifizierte Siloxane oder feste Phenylmethylpolysiloxane
bekannt.
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Die
WO 93/01146 betrifft ein Bindemittel für thermoplastische Formmassen,
enthaltend mindestens ein thermoplastisches Siliconharz, mit einer
Erweichungstemperatur zwischen 30° C
und 200° C,
für die
Herstellung von Formteilen aus Keramik oder Metall aus entsprechenden
Keramik- oder Metallpulvern. Solche thermoplastischen Formmassen
finden u.a. Anwendung bei Verfahren wie Spritzgießen, Extrudieren
oder Warmpressen, bei denen ein temperaturabhängiges Fließverhalten notwendig ist. Die
angegebenen Siliconharze werden erfindungsgemäß bevorzugt ohne Katalysatoren
eingesetzt, so dass eine weitere Vernetzung und Härtung während des
Formgebungsprozesses unterbleibt.
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Die
Verwendung dieser vorstehend genannten festen Siloxanverbindungen
als Keramikbindemittel, hat den Nachteil, dass sich sehr homogene
Mischungen mit keramischen Materialien nicht oder nur unzureichend
herstellen lassen. Außerdem
wird bei Verwendung solcher Bindemittel keine ausreichend hohe Grünfestigkeit
des geformten Keramikerzeugnisses aus Keramikpartikeln ohne eine
Temperaturbehandlung bei höheren
Temperaturen, erhalten. Ein weiterer Nachteil der im Stand der Technik
bekannten Bindemittel ist, dass man sehr hohe Brenntemperaturen, üblicherweise
von oberhalb 1000° C
benötigt,
um feuerfeste Keramikerzeugnisse mit ausreichenden mechanischen
Eigenschaften wie Kaltdruckfestigkeit zu erreichen. Darüber hinaus
benötigt
man hohe Drücke
und lange Brennzeiten, was mit einem hohen Energieaufwand verbunden
ist.
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Ferner
betrifft die WO 93/01146 ein Bindemittel für thermoplastische Formmassen,
wobei die Formmassen ausschließlich
oberhalb der Erweichungstemperatur des Siliconharzes plastisch verarbeitet
werden und unter Druck in Formen, deren Temperatur unterhalb der
Erweichungstemperatur des Siliconharzes liegt, eingebracht werden.
Geformte, keramische Erzeugnisse mit einer ausreichenden Grünfestigkeit
lassen sich gemäß der Lehre
der WO 93/01146 bei einer nicht plastischen Verarbeitung, beispielsweise
uniaxial, isostatisch, mit Schlickerguss, durch Stampfen, Spritzen,
insbesondere bei Temperaturen unterhalb der Erweichungstemperatur
des Siliconharzes oder dergleichen, nicht herstellen. Außerdem lassen
sich mit dem in der WO 93/01146 beschriebenen Bindemittel und Verfahren
ungeformte keramische Erzeugnisse, insbesondere feuerfeste Werkstoffe,
nicht herstellen.
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Überraschenderweise
wurde nunmehr gefunden, dass sich Keramikerzeugnisse, insbesondere
feuerfeste Keramikerzeugnisse, bereits bei niedrigen Behandlungstemperaturen
zur Verfügung
stellen lassen, die eine unerwartet hohe Kaltdruckfestigkeit aufweisen.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird durch ein reaktives, flüssiges
Keramikbindemittel gelöst,
welches zur Herstellung von keramischen Erzeugnissen, insbesondere
feuerfesten Keramikerzeugnissen, aus Keramikpulver, geeignet ist,
wobei das reaktive, flüssige
Keramikbindemittel organomodifizierte Siloxanverbindungen aufweist,
wobei die organomodifizierten Siloxanverbindungen Organoalkoxysiloxaneinheiten
gemäß der allgemeinen
Formel (I)
aufweisen, worin
R
1 = Alkylrest und/oder Arylrest,
R
2 = H und/oder Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
a ≥ 0 und ≤ 2 und
b > 0 und ≤ 3,
mit
der Maßgabe,
dass a + b ≥ 1
und ≤ 4 ist.
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Bei
der Formel (I) handelt es sich um eine durchschnittliche Formel
der Organoalkoxysiloxaneinheiten der flüssigen, organomodifizierten
Siloxanverbindung.
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Der
Anteil H für
R2 kann ≥ 0
% und ≤ 10
%, bevorzugt ≥ 0
% und ≤ 5
%, besonders bevorzugt ≥ 0
% und ≤ 1
%, und insbesondere bevorzugt 0% sein.
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Der
Begriff „keramisches
Erzeugnis" bzw. „Keramikerzeugnis" umfasst unter anderem
keramische Massen, formstabile Keramikkörper sowie feuerfeste keramische
Erzeugnisse.
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Bevorzugt
weist das reaktive, flüssige
Keramikbindemittel wenigstens eine flüssige organomodifizierte Siloxanverbindung
auf, wobei die flüssige,
organomodifizierte Siloxanverbindung Organoalkoxysiloxaneinheiten
gemäß der allgemeinen
Formel (I) aufweist.
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Der
Begriff „flüssig", wie in der vorliegenden
Erfindung gebraucht, hat die Bedeutung, dass die entsprechende Substanz,
insbesondere die flüssige,
organomodifizierte Siloxanverbindung oder das entsprechende Gemisch
bei Raumtemperatur, d.h. 25° C,
flüssig
ist.
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Vorzugsweise
kann vorgesehen sein, dass die Substituenten R1 und/oder
R2 der Organoalkoxysiloxane des flüssigen,
organomodifizierten Silioxanverbindung/en, wie nachstehend definiert
sind, worin
R1 = Phenyl und/oder C1-C16-Alkylrest sind,
vorzugsweise ist R1 = C1-C12-Alkylrest, weiter bevorzugt ist R1 = C1-C8-Alkylrest,
besonders bevorzugt ist R1 = C1-C4-Alkylrest, wobei am meisten bevorzugt ist
R1 = Methyl und/oder Ethyl; und/oder
R2 = H, Methyl, Ethyl, Propyl, Iso-Propyl,
Butyl, tert-Butyl, wobei Methyl und/oder Ethyl am meisten bevorzugt sind.
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Es
kann weiterhin erfindungsgemäß bevorzugt
sein, dass a = 0,5 bis 1,8 ist, vorzugsweise ist a = 0,7 bis 1,7,
und weiter bevorzugt ist a = 1,0 bis 1,5, mit der Maßgabe, dass
a + b ≤ 4
und vorzugsweise a + b ≤ 3
ist.
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Außerdem kann
erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass b = 0,1 bis 2,5 ist, vorzugsweise ist b = 0,2 bis 2,3,
noch weiter bevorzugt ist b = > 0,3
bis 2,0 und besonders bevorzugt ist b = > 0,3 bis 1,2, mit der Maßgabe, dass
a + b ≤ 4
und vorzugsweise a + b ≤ 3
ist.
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Die
reaktiven, flüssigen
erfindungsgemäßen organomodifizierten
Siloxanverbindungen können
ein Molekulargewicht von 100 bis 100.000, vorzugsweise 250 bis 80.000,
bevorzugt 500 bis 60.000, noch bevorzugt 750 bis 50.000 und besonders
bevorzugt 1.000 bis 30.000 aufweisen.
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Ferner
kann das erfindungsgemäße, reaktive,
flüssige
Keramikbindemittel ein Lösungsmittel
enthalten, ausgewählt
aus der Gruppe, umfassend organische Lösungsmittel, vorzugsweise flüssige Kohlenwasserstoffe,
insbesondere mit einem Siedepunkt zwischen 40° C bis 100° C, Alkohol und/oder Aceton.
Durch den Zusatz von Lösemitteln
lässt sich
beispielsweise die Mischbarkeit mit Keramikpulver verbessern.
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Es
kann bevorzugt sein, dass das reaktive, flüssige Keramikbindemittel, insbesondere
ein Keramikbindemittel enthaltend flüssige, organomodifizierten
Siloxanverbindungen, in einer Mischung mit Wasser, besonders bevorzugt
als eine wässrige
Emulsion, eingesetzt wird. Durch die Verwendung einer wässrigen
Emulsion in Kombination mit dem Keramikpulver lässt sich beispielsweise eine
bereits bei Raumtemperatur vergussfähige oder spritzfähige Masse
herstellen.
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Zur
Verbesserung der Eigenschaften beispielsweise in Bezug auf Verarbeitbarkeit,
Handhabung, Trocknungsvorgang, Brennvorgang, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit
und/oder Oxidationsbeständigkeit, der
keramischen Masse und/oder Keramikerzeugnisses, kann dem Keramikbindemittel
mindestens ein Additiv zugesetzt sein, wobei dieses Additiv unterschiedlich
zu der organomodifizierten Siloxanverbindung(en) auf Basis der Formel
(I) ist und ausgewählt
ist aus der Gruppe umfassend ein anorganisches Bindemittel, ein
anorganisches Salz der Schwefelsäure,
ein anorganisches Salz der Salzsäure,
ein anorganisches Salz der Phosphorsäure, Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat,
Monoaluminiumphosphat, Alkaliphosphat, Alkalisilikat, Wasserglas,
ein organisches Bindemittel, Zellulosederivat, Polyvinylalkohol,
Wasser, organische Lösungsmittel, Formentrennmittel,
Stabilisatoren, organische Pigmente, anorganische Pigmente, nichtoxidische
Stoffe, vorzugsweise Kohlenstoff, Metallpulver, Metallfasern, Keramikfasern,
Glasfasern, Naturfasern, Kunststofffasern, Metalloxide, Boride,
Carbide, Nitride, Oxynitride, Oxycarbide, Silicide, Polymere, Katalysator
und/oder Carbonfasern Bevorzugt kann der Zusatz von sehr reaktiven
nanoskaligen, oxidischen und/oder nichtoxidischen Pulvern und besonders
bevorzugt kann der Zusatz von Nano-Aluminiumoxid und/oder von seinen Precursoren sein.
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Weitere
Additive, die erfindungsgemäß besonders
zur Verbesserung der Verarbeitkeit, Handhabung, Gründichte
und -festigkeit usw., verwendbar sind, umfassen Abbindeverzögerer, Abbindebeschleuniger, Presshilfsmittel,
Gleitmittel, Stellmittel, Entschäumer,
Verflüssiger,
Sintermittel und dergleichen
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Besonders
bevorzugt ist die Verwendung von flüssigen, organomodifizierten
Siloxanverbindungen des erfindungsgemäßen Bindemittels in Kombination
mit weiteren Additiven, wie organische und/oder anorganische Bindemittel,
Wasser, organische Lösungsmittel,
funktionelle Zusatzstoffe wie Kohlenstoff, Boride, Metallpulver,
Carbide, Silizide, Oxide und dergleichen.
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Ebenfalls
kann die Verwendung von Keramikbindemittel in Kombination mit hydraulischen
Bindemitteln, wie hydratisierbares Aluminiumoxid (sog. Rho-Aluminiumoxid),
Calciumaluminat-Zement, Portlandzement, Gips gegebenenfalls mit
Wasser in variablen Mengen, vorteilhaft sein.
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Dem
Keramikbindemittel kann bevorzugt nanoskalige Metalloxide, bevorzugt
nanoskaliges Aluminiumoxid, zugesetzt sein, was zu einer verbesserten
Kaltdruckfestigkeit von Keramikerzeugnissen führen kann.
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Es
wurde ferner überraschend
gefunden, dass die Verwendung des erfindungsgemäßen, reaktiven, flüssigen Keramikbindemittels,
in Verbindung mit einem Keramikpulver bereits bei niedrigen Brenntemperaturen
zu stabilen, insbesondere feuerfesten, Keramikerzeugnissen führt.
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Feuerfeste
keramische Erzeugnisse, werden allgemein und in der Beschreibung
der vorliegenden Erfindung auch als feuerfeste keramische Werkstoffe
oder FF-Werkstoffe bezeichnet.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass keramische
Erzeugnisse mit einer ausreichenden Grünfestigkeit, durch Verwendung
des erfindungsgemäßen, reaktiven,
flüssigen
Keramikbindemittels bei Temperaturen < 30° C,
vorzugsweise bei Raumtemperatur, hergestellt werden können.
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Vorteilhaft
ist, dass sich durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Keramikbindemittel
die Brenntemperatur und/oder die Brennzeit und damit der Energiebedarf
bei der Herstellung von Keramikerzeugnissen, insbesondere feuerfesten
Erzeugnissen, senken lassen. Außerdem
lässt sich
bei Verwendung fossiler Energieträger, bedingt durch den geringeren
Energiebedarf, der CO2- und NOx-Ausstoß reduzieren.
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Es
wurde auch beobachtet, dass sich die Brennzeiten, zumindest in den
meisten Fällen,
verkürzen
lassen, ohne dass es hinsichtlich der Materialeigenschaften insbesondere
der Festigkeit der unter Verwendung der erfindungsgemäßen Keramikbindemittel
hergestellten Keramikerzeugnisse im Vergleich zu konventionellen
d.h. nach dem Stand der Technik hergestellten feuerfesten Keramikerzeugnisse
nachteilig wäre.
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Ferner
wurde in vorteilhafter Weise beobachtet, dass es bei Verwendung
des erfindungsgemäßen, reaktiven,
flüssigen
Keramikbindemittels im Temperaturbereich zwischen beispielsweise
100° C und
1000° C, vorzugsweise
200° C und
800° C,
zu keinem oder allenfalls nur einem geringen Abfall der Werkstofffestigkeit, d.h.
Kaltdruckfestigkeit [MPa], kommt.
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Die
Verwendung des erfindungsgemäßen, reaktiven,
flüssigen
Keramikbindemittels kann zu keiner bzw. keiner signifikanten Bildung
niedrig schmelzender Phasen in der Keramik während des Herstellungsverfahrens
führen.
Dies ist Vorteilhaft, da das Auftreten solcher Phasen sehr nachteilig
für die
Werkstoffeigenschaften, insbesondere im Hinblick auf deren Stabilität bei hohen
Temperaturen ist.
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Noch
ein Vorteil des erfindungsgemäßen, reaktiven,
flüssigen
Keramikbindemittels ist es, dass es mit oder ohne Wasserzusatz dem
Keramikerzeugnis eine hohe Formfestigkeit verleiht und deshalb auch
für Hydratation
anfällige
Keramikerzeugnisse, beispielsweise basische FF-Werkstoffe, bevorzugt
verwendbar ist.
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Keramikerzeugnisse
schließen
im Sinne dieser Erfindung auch getrocknete, getemperte und/oder
gebrannte Keramikerzeugnisse ein. Der Begriff Keramikerzeugnis,
wie in der vorliegenden Beschreibung gebraucht, umfasst auch sogenannte
Grünkörper. Insbesondere
umfasst der Begriff Keramikerzeugnis hitzebeständige und/oder feuerfeste Keramikerzeugnisse
(FF-Werkstoffe). Des weiteren werden unter einem Keramikerzeugnis
auch Erzeugnisse, wie Formkörper
und Werkstoffe, verstanden, bei denen es sich um einen sogenannten
Verbundwerkstoff handelt, d.h. die aus einem keramischen Werkstoff
und mindestens einem anderem Werkstoff bzw. einer anderen Phase
aufgebaut sind. Diese können
auch als wenigstens eine keramische Schicht, vorzugsweise eine keramische
Oberflächenbeschichtung vorliegen.
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Mittels
des erfindungsgemäßen, reaktiven,
flüssigen
Keramikbindemittels lassen sich geformte und ungeformte keramische
Erzeugnisse, insbesondere hitzebeständige und/oder feuerfeste,
ungebrannte und/oder gebrannte keramische Formkörper, ungeformte feuerfeste
Erzeugnisse, beispielsweise Betone, Stampfmassen, Gießmassen,
Beschichtungen oder Überzüge mit ausgezeichneten
physikalischen und mechanischen Eigenschaften und verbesserten Herstellungsparametern
erhalten.
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Unter
Herstellungsparametern sind erfindungsgemäß insbesondere die Parameter
zur Herstellung der ungeformten Erzeugnisse, der ungebrannten Erzeugnisse,
der Grünkörper, sowie
der gebrannten Keramikerzeugnisse zu verstehen.
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Das
erfindungsgemäße, reaktive,
flüssige
Keramikbindemittel kann dem Keramikpulver, bezogen auf das Gesamtgewicht
des Keramikpulvers, mit einem Gewichtsanteil von 0,01 Gew.-% bis
70 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 Gew.-% bis 50 Gew.-% und bevorzugt
von 0,1 Gew.-% bis 30 Gew.-% zugesetzt werden.
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Es
hat sich in überraschenderweise
gezeigt, dass das reaktive, flüssige
Keramikbindemittel bereits in deutlich geringeren Mengen, bezogen
auf das keramische Pulver, wirksam ist, als die aus dem Stand der
Technik bekannten Verbindungen. Deutliche Effekte können bereits
mit Mengen der organomodifizierten Siloxanverbindungen von weniger
als 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Keramikpulvers,
erzielt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt
sind Mengen der organomodifizierten Siloxanverbindungen im Bereich
von 0,05 Gew.-%
bis < 10 Gew.-%,
insbesondere 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 Gew.-%
bis 3 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Menge an keramischem Pulver.
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Wenn
die Menge der hinzugegebenen organomodifizierten Siloxanverbindungen
unter 0,01 Gew.-% liegt, ist es sehr schwierig, ein gebranntes Erzeugnis
mit hoher Festigkeit zu erhalten, während bei einer Zugabe von
mehr als 10 Gew.-%, insbesondere mehr als 15 Gew.-% der organomodifizierten
Siloxanverbindungen, ein Anschwellen des gebrannten Erzeugnisses
beobachtet werden kann, wodurch seine Festigkeit und Gefügedichte
beeinträchtigt
werden kann.
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Erfindungsgemäß lässt sich
das reaktive, flüssige
Keramikbindemittel zur Herstellung von keramischen Erzeugnissen,
insbesondere von geformten und ungeformten, gebrannten und ungebrannten
feuerfesten, keramischen Erzeugnissen, aus Keramikpulver/n verwenden.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine keramische
Masse, die erfindungsgemäßes Keramikbindemittel
und Keramikpulver aufweist.
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Die
Keramikmassen können
direkt verwendet werden oder zuerst zu Pulvern oder Granulaten verarbeitet
werden.
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In überraschender
Weise wurde außerdem
gefunden, dass sich Keramikmassen enthaltend die flüssigen organomodifizierten
Siloxanverbindungen, bereits bei Temperaturen unterhalb der Erweichungstemperatur
von festen, organomodifizierten Siloxanverbindungen, verarbeiten
lassen.
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Erfindungsgemäß kann es
daher bevorzugt sein, Keramik, enthaltend Keramikpulver und erfindungsgemäßes Keramikbindemittel
lediglich unter Druck zu verarbeiten.
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Die
erfindungsgemäßen Keramikmassen
können
zur Herstellung von geformten und ungeformten Keramikerzeugnissen,
sowie zur Herstellung von gebrannten als auch ungebrannten Keramikerzeugnissen
verwendet werden.
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Bevorzugt
für die
Herstellung der Keramikmassen verwendbare Keramikpulver können ausgewählt sein
aus der Gruppe umfassend grobkörnige,
mittelkörnige,
feinkörnige
und/oder feinstkörnige
keramische Partikel. Geeignete Keramikpartikel können alle typischen, oxidischen,
nichtoxidischen, saueren, oder basischen Keramikrohstoffe sowie
Mischungen davon umfassen. Besonders bevorzugt sind Keramikerzeugnisse auf
Al2O3-Basis. Auch
Mischungen dieser Rohstoffe können
vorliegen.
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Besonders
geeignet verwendbare keramische Pulver, insbesondere Mischungen
keramischer Pulver sowie deren Rohstoffe umfassen:
Oxide, wie
BeO, MgO, Al2O3, SiO2, CaO, TiO2, Cr2O3, MnO, Fe2O3, ZnO, SrO, Y2O3,
BaO, CeO2, UO2; und/oder
Carbide, wie Be2C, Be4C, Al4C3, SiC,
TiC, Cr3C2, Mn3C, Fe3C, SrC2, YC2, ZrC, NbC, Mo2C, BaC2, CeC2, HfC,
TaC, WC, UC; und/oder
Nitride, wie Be3N2, BN, Mg3N2, AlN, Si3N4,
Ca3N2, TiN, VN, CrN, Mn3N2, Sr3N2, ZiN, NbN, Mo3N2, HfN, TaN, WN2,
UN; und/oder
Boride, wie AlB4, CaB6, TiB2, VB2, CrB2, MnB,
FeB, CoB, NiB, SrB6, YB6, ZrB2, NbB2, MoB2, BaB6, LaB6, CoB6, HfB2,
TaB2, WB, T UB4; und/oder
Silicide, wie CaSi, Ti5Si3, V5Si3,
CrSi2, FeSi, CoSi, ZrSi2, NbSi2, MoSi2, TaSi2, WSi2; und/oder Mischungen der
vorgenannten keramischen Stoffe.
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Weitere
keramische Partikel die eingesetzt werden können, umfassen oxidische und
nichtoxidische Verbindungen, Mischphasen usw., beispielsweise, Mullit
(Al6Si2O13), Mischkristalle aus dem System Al2O3-Cr2O3, MgSiO4, CaSiO4, ZrSiO4, MgAl2O4, CaZrO3, SIALON, ALON, und/oder B4C-TiB2.
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Außerdem können keramische
Partikel mit nicht stöchiometrischer
Zusammensetzung, wie TiOx-Silicate, Gläser und keramische Materialien
mit einer Metallphase erfindungsgemäß verwendet werden.
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Erfindungsgemäß verwendbare
Keramikpartikel können
auch calcinierte Tonerden, reaktive Tonerden, feinstgemahlene, feuerfeste
Rohstoffe, wie Microsilica, Feuerfestton und/oder Bindeton umfassen.
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Unter
grobkörnig
sind im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Körnungen ≥ 1 mm, besonders
bevorzugt 1 mm bis 10 mm zu verstehen. Als Mittelkorn werden im
Sinne der vorliegenden Erfindung Körnungen von ≥ 0,1 mm bis ≤ 1 mm, bevorzugt
0,2 mm bis 0,5 mm, verstanden.
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Unter
feinkörnig
sind im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Körnungen
von 0,02 mm bis ≤ 0,2
mm, besonders bevorzugt 0,02 mm bis 0,1 mm zu verstehen. Diese Kornfraktion
wird üblicherweise
im technischen Sprachgebrauch auch als Mehl bezeichnet.
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Als
Feinstkorn sind, insbesondere reaktive feuerfeste Komponenten, mit
einer mittleren Korngröße ≤ 15 μm, bevorzugt ≤ 5 μm, zu verstehen.
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Zur
Erzielung guter Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen keramischen
Erzeugnisse, kann die Verwendung von Keramikmassen enthaltend Keramikbindemittel
in Kombination mit sogenannten funktionellen Zusatzstoffen, wie
oxidische und/oder nichtoxidische Mikropulver, Nanopulver, Metallpulver,
Metall-, Keramik-, Glas-, Kunststoff-Fasern und/oder -geweben, vorteilhaft
sein.
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Besonders
bevorzugt ist, wenn die Keramikmasse nanoskalige Metalloxide, bevorzugt
nanoskaliges Aluminiumoxid, aufweist.
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Es
hat sich für
einige Verfahrensschritte und/oder Anwendungszwecke als vorteilhaft
erwiesen, Korngrößen unterhalb
von 1 μm
zumindest teilweise zu verwenden oder mitzuverwenden, das heißt, nanoskalige keramische
Pulver dem keramischen Pulvergemisch zuzusetzen.
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Die
grobkörnigeren
Komponenten können
in Mengen von ≤ 100
Gew.-%, vorzugsweise in Mengen ≤ 90
Gew.-%, besonders bevorzugt in Mengen von 15 Gew.-% bis 80 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Keramikmasse, in der Keramikmasse
vorliegen.
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Die
mittelkörnigen
Komponenten können
in Mengen von ≤ 100
Gew.-%, vorzugsweise in Mengen ≤ 40 Gew.-%,
besonders bevorzugt in Mengen von 3 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht der Keramikmasse, in der Keramikmasse vorliegen.
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Die
feinkörnigen
Komponenten können
in Mengen von ≤ 100
Gew.-%, vorzugsweise in Mengen ≤ 95 Gew.-%,
besonders bevorzugt in Mengen von 5 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht der Keramikmasse, in der Keramikmasse vorliegen.
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Die
feinstkörnigen
Komponenten können
in Mengen von ≤ 100
Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von ≤ 50 Gew.-%, besonders bevorzugt
in Mengen von 0.1 Gew.-% bis 35 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Keramikmasse, in der Keramikmasse vorliegen.
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Der
Begriff „Gesamtgewicht
der Keramikmasse",
wie vorstehend gebraucht betrifft die Keramikmasse ohne Bindemittel.
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Weiterhin
bevorzugt ist, dass die Keramikmasse rieselfähig ist. Die Keramikmasse kann
ein Schüttgewicht
von 500 g/l bis 2000 g/l, vorzugsweise von 600 g/l bis 1800 g/l,
weiter bevorzugt von 700 g/l bis 1600 g/l, bevorzugt von 800 g/l
bis 1500 g/l und besonders bevorzugt von 850 g/l bis 1200 g/l aufweisen.
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Weiterhin
können
der Keramikmasse Additive, Zusatzstoffe und/oder Bindemittel, ausgewählt aus
der Gruppe umfassend organische Bindemittel, anorganische Bindemittel,
Wasser und dergleichen zugesetzt werden.
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Die
erfindungsgemäße Keramikmasse
kann in Form einer Spritzgussformmasse, Stampfmasse, Rammmasse,
Gießmasse,
Anstrichmasse oder Überzugsmasse
vorliegen.
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Das
keramische Pulver kann Korngrößen im Nanobereich
aufweisen und kann vorzugsweise aus Oxiden, Carbiden, Nitriden,
Boriden und/oder Siliciden, vorzugsweise Oxiden des Aluminiums bestehen.
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Die
erhaltene Keramikmasse kann direkt für das erfindungsgemäße Verfahren
eingesetzt werden, sie kann aber auch an Luft, unter Vakuum oder
in einer Atmosphäre
aus Inertgas, Kohlenmonoxid. Kohlendioxid, Stickstoff und/oder Kohlenwasserstoffen
calciniert und die calcinierte Formmasse pulverisiert und als keramisches,
vorzugsweise nanoskaliges, Pulver verwendet werden.
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Besonders
bevorzugt sind Keramikmassen, die keramische Pulver enthalten, wie
Magnesiumsilicate, Aluminiumsilicate, Spinelle, Siliciumdioxid,
Magnesiumoxid, Calciumoxid, Chromoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid,
Zinkoxid, Zirkonsilicat, Siliciumcarbid, SIALON. ALON, Siliciumnitrid
und/oder Mischungen davon.
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Die
Keramikmassen können
zusätzlich
Katalysatoren, übliche
Zusatzstoffe, Bindemittel und/oder Additive aufweisen. Die Keramikmassen
können
insbesondere auch geringe Mengen an Formentrennmittel, Stabilisatoren
und/oder Pigmenten enthalten.
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Ferner
kann die Verwendung von Keramikmassen enthaltend Keramikbindemittel
in Kombination mit hydraulischen Bindemitteln, wie Tonerdezement,
Portlandzement, gegebenenfalls mit Wasser in variablen Mengen, kann
ebenfalls vorteilhaft sein.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Keramikerzeugnissen, insbesondere von keramischen
FF-Werkstoffen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung von geformten Keramikerzeugnissen lässt sich ganz
allgemein in zwei Ausführungsformen
einteilen.
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Bei
der ersten Ausführungsform
kann die Formmasse, bei der es sich um eine Mischung aus dem keramischen
Pulver und dem erfindungsgemäßen Bindemittel
handelt, zuerst unter einem Druck von > 1 MPa, vorzugsweise zwischen ≥ 100 MPa und ≤ 200 MPa,
gepresst werden, um einen Formkörperrohling
bzw. Grünkörper mit
einer definierten äußeren Form
herzustellen. Das Pressen kann mittels herkömmlicher Technologien erfolgen,
beispielsweise uniaxial, isostatisch oder dergleichen. Der erhaltene
Keramikkörper
kann ohne eine weitere Temperaturbehandlung der Verwendung zugeführt bzw.
einem anschließenden
Brand unter zogen werden, wobei ein Keramikerzeugnis, vorzugsweise
ein feuerfestes Keramikerzeugnis erhalten wird.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
wird die Mischung aus dem keramischen Pulver und dem erfindungsgemäßen reaktiven,
flüssigen
Bindemittel, gleichzeitig geformt und erhitzt und/oder gebrannt
(so genanntes Heißpreßverfahren).
Hierbei wird die Mischung unter einem Druck von > 1 MPa, vorzugsweise 5 MPa bis 100 MPa,
bei einer höheren
Temperatur als die Raumtemperatur, vorzugsweise > 50 °C
gepresst. Das Pressen kann mittels herkömmlicher Technologien erfolgen,
beispielsweise uniaxial, isostatisch oder dergleichen. Der erhaltene
Keramikkörper
kann ohne eine weitere Temperaturbehandlung der Verwendung zugeführt bzw.
einem anschließenden
Brand unterzogen werden, wobei ein Keramikerzeugnis, vorzugsweise
ein feuerfestes Keramikerzeugnis erhalten wird.
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Ein
geeignetes Verfahren zur Herstellung von geformten keramischen Erzeugnissen,
insbesondere geformten feuerfesten keramischen Erzeugnissen, umfasst
die nachstehenden Schritte:
- a) Mischen von
erfindungsgemäßen reaktiven,
flüssigen
Keramikbindemittel, mit Keramikpulver zwecks Erzeugung einer Formmasse,
- b) Verfestigung der Formmasse erhalten aus Schritt a) mittels
Druckbehandlung und/oder Temperaturbehandlung, wobei ein formstabiles
keramisches Erzeugnis erhalten wird.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung von ungeformten keramischen Erzeugnissen,
insbesondere feuerfesten keramischen Erzeugnissen, umfasst die nachstehenden
Schritte:
- a) Mischen von erfindungsgemäßen Keramikbindemittel
mit Keramikpulver;
- b) ggf. Zusatz von Additiven, Hilfs- und/oder Zusatzstoffen
und/oder anderen Bindemitteln;
- c) Erzeugung einer keramischen Masse, wie Betonmasse, Gießmasse,
Stampfmasse oder Rammmasse.
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Das
reaktive, flüssige
Keramikbindemittel, insbesondere die flüssige organomodifizierte Siloxanverbindung,
kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Keramikpulvers, in der Formmasse
oder keramischen Masse mit einem Gewichtsanteil von 0,01 Gew.-%
bis 70 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 Gew.-% bis 50 Gew.-% und bevorzugt
von 0,1 Gew.-% bis 30 Gew.-% enthalten sein.
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Um
keramische Verbundmaterialien herzustellen, kann man die aus Schritt
a) des Verfahrens erhaltene Mischung auf einen formstabilen Träger aufbringen.
Anschließend
kann man dann die Keramikmasse trocknen und/oder tempern und/oder
brennen. Die Temperaturbeständigkeit
und/oder Größe des Trägermaterials ist
u.a. entscheidend ob das Verbundmaterial nur getrocknet oder weiteren
Temperaturbehandlungsschritten wie Tempern und/oder Brennen ausgesetzt
wird.
-
Dem
Keramikpulver kann, wie bereits vorstehend beschrieben, ein Additiv,
Zusatzstoff und/oder Bindemittel mit einem Gewichtsanteil von 0.01
Gew.-% bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 0.05 Gew.-% bis 30 Gew.-%
und bevorzugt von 0.1 Gew.-% bis 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht
des Keramikpulvers, zugesetzt sein.
-
Vorzugsweise
kann der aus Schritt b) erhaltene Grünkörper verfestigt werden, in
dem
- – der
Grünkörper bei
einer Temperatur von ≥ 25° C bis < 200° C getrocknet;
und/oder
- – bei
einer Temperatur von ≥ 200° C bis < 1.000° C getempert;
und/oder
- – bei
einer Temperatur von ≥ 1.000° C gebrannt
wird.
-
Bei
der Herstellung von feuerfesten Erzeugnissen kann es außerdem wichtig
sein, dass das erfindungsgemäß verwendete
Keramikbindemittel, enthaltend flüssige, organomodifizierte Siloxanverbindungen, während der
Temperaturbehandlung mit anderen Bestandteilen der Keramikmasse,
vorzugsweise der feuerfesten Keramikmasse, unter Bildung refraktärer Verbindungen
reagiert.
-
In
Feuerfest (FF)-Keramikmassen, die mit dem zugesetzten flüssigen,
organomodifizierten Siloxanverbindungen keine oder nur unzureichende
Festigkeiten bilden, kann eine ausreichende Bindungskraft durch
Zusatz eines aktiven Keramikpulvers erreicht werden. Besonders geeignet
ist dabei Aluminiumoxid. Geeignet sind auch Al-haltige Stoffe, die
nach einem Umwandlungsprozess, z.B. Oxidation, ein reaktives Aluminiumoxid bilden.
-
Die
für die
Bindung verantwortliche Reaktion zwischen keramischem Pulver und
der organomodifizierten Siloxanverbindungen des erfindungsgemäßen, reaktiven,
flüssigen
Keramikbindemittels kann bereits bei Raumtemperatur stattfinden.
Mit steigender Temperatur verfestigt sich die Bindung. Bereits nach
einer Temperaturbehandlung in mittlerem Temperaturbereich, von 400°C bis 1000 °C oder teilweise
sogar von 200°C
bis 600 °C
können
die Keramikerzeugnisse, insbesondere keramische FF-Werkstoffe, hohe
Festigkeiten erreichen, wodurch ein Hochtemperaturbrand von > 1000 °C nicht notwendig
ist.
-
Die
Festigkeit des getrockneten und/oder getemperten und/oder gebrannten
Formkörpers
kann außerdem
noch weiter erhöht
werden, indem man ihn mindestens einmal mit:
- – organomodifizierten
Siloxanverbindungen des erfindungsgemäßen, reaktiven, flüssigen Keramikbindemittels,
insbesondere mit flüssigen,
organomodifizierten Siloxanverbindungen; und/oder
- – einer
flüssigen,
polymeren Organosiliciumverbindung; und/oder
- – mit
einer Lösung
einer festen, polymeren Organosiliciumverbindung in einem Lösungsmittel;
und/oder
- – mit
einer Schmelze einer festen, polymeren Organosiliciumverbindung;
bei
Raumtemperatur und/oder unter Erhitzen imprägniert und an Luft, unter Vakuum
und/oder in einer Atmosphäre
aus Inertgas, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid. Stickstoff
und/oder Kohlenwasserstoffen auf eine Temperatur von ≥ 200° erhitzt,
nachdem der Imprägnierungsgrad,
falls erforderlich, durch Druckerhöhung gesteigert wurde.
-
Der
Zusatz von einem Lösungsmittel
zum Keramikbindemittel zur Herabsetzung der Viskosität kann den
Imprägnierungsvorgang
begünstigen.
-
Unter
einem Formkörperrohling
ist ein verwendungsfähiger
Grünkörper zu
verstehen, der eine ausreichend hohe Anfangsfestigkeit hat, um in
weiteren Prozessschritten gehandhabt oder maschinell bearbeitet werden
zu können.
-
Zusätzlich können Grünkörper vor
der Sinterung gehärtet
werden, um so noch festere Grünkörper zu erhalten.
Die Aushärtung
kann erfolgen durch:
- • Auslagerung in einer feuchten
Atmosphäre
und/oder
- • Erhitzen
auf eine Temperatur ≥ 30 °C und/oder
- • Zusatz
von an sich bekannten geeigneten Kondensationskatalysatoren, wie
Dibutylzinndilaurat oder Tetrabutyltitanat.
-
Durch
die Verwendung der erfindungsgemäßen Keramikbindemittel,
insbesondere Keramikbindemittel, wobei das reaktive, flüssige Keramikbindemittel
flüssige,
organomodifizierte Siloxanverbindungen aufweist, lässt sich
eine ausreichend hohe Grünfestigkeit
erreichen. Die hohe Formstabilität
bzw. Kalt-Druck-Festigkeit erlaubt, dass die Grünkörper vor dem letztendlichen
Temperungs- und/oder Brennvorgang weiter bearbeitet oder geformt
werden können,
ohne dass es durch die mechanische Beanspruchung zu einer Zerstörung der
Grünkörper führt.
-
Die
Grünkörper können durch übliche im
Stand der Technik bekannte Verfahren geformt werden. Die geformten
Grünkörper können, wenn
es gewünscht
ist, weiter durch maschinelle Bearbeitung verformt werden.
-
Der
Brennvorgang der Formkörper
bzw. der Keramikerzeugnisse kann so lange fortgesetzt werden, bis
kein Gewichtsverlust mehr zu beobachten ist. Die Dauer des Brennvorgangs
kann in Abhängigkeit
von der Temperatur, der Zusammensetzung der Formmasse und der Menge
der erfindungsgemäß verwendeten
Siloxane in der Formmasse variiert werden.
-
Gewichtskonstanz
ist üblicherweise
nach 1 bis 24 Stunden bei Temperaturen > 400 °C
erreicht.
-
Überraschenderweise
wurde nun gefunden, dass bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Keramikbindemittel,
insbesondere Keramikbindemittel, wobei das reaktive, flüssige Keramikbindemittel
vorzugsweise flüssige,
organomodifizierte Siloxanverbindungen aufweist, und erfindungsgemäßen Formassen
enthaltend das reaktive, flüssige
Keramikbindemittel:
- – in verhältnismäßig kürzerer Zeit bei gleichen Brenntemperaturen;
und/oder
- – bei
verhältnismäßig niedrigen
Brenntemperaturen in vergleichbaren Zeiten ein Brand von bruchfreien
keramischen Erzeugnissen mit hervorragenden physikalischen und mechanischen
Eigenschaften erzielt werden kann.
-
Die
Herstellung von geformten keramischen Erzeugnissen, wie Feuerfeststeine,
kann die folgenden Schritte umfassen:
- – Herstellung
einer homogenen keramischen Masse, insbesondere Formmasse, aus feuerfesten
keramischen Partikeln und erfindungsgemäßen Keramikbindemittel;
- – gegebenenfalls
Zusatz eines reaktiven Aluminiumoxids bzw. eines Al-haltigen Stoffes;
- – gegebenenfalls
Zusatz vom Wasser bzw. einem anderen Bindemittel und Homogenisierung
der keramischen Mischung bzw. Formmasse;
- – gegebenenfalls
Zusatz von Additiven und weitere Homogenisierung der Mischung bzw.
Formmasse;
- – gegebenenfalls
werden der Mischung Zusatzstoffe beigemischt, die in den fertigen
Steinen bestimmte Funktionen übernehmen.
Geeignete Zusatzstoffe sind beispielsweise Metallpulver, welche
die Oxidationsbeständigkeit
eines nichtoxidischen Keramikerzeugnisses, insbesondere eines keramischen
FF-Werkstoffes, verbessern;
- – Verpressen
der homogenen feuerfesten Formmasse zu definierten Steinformaten.
Bevorzugt werden Pressdrücke ≥ 100 MPa und ≤ 200 MPa;
- – Trocknen
und/oder Tempern der gepressten Steine bei Temperaturen > 50 °C; und/oder
Brennen der getrockneten und/oder getemperten Steine bei Temperaturen ≥ 400° C.
-
Die
Herstellung der ungeformten erfindungsgemäßen Feuerfest-Erzeugnisse kann
bei dem Feuerfest-Hersteller bzw. vor Ort bei dem Feuerfest-Anwender,
vorzugsweise in folgenden Schritten durchgeführt werden:
- – Herstellung
einer homogenen Keramikmasse;
- – gegebenenfalls
Zusatz eines aktiven Aluminiumoxids bzw. eines Al-haltigen Stoffes;
- – gegebenenfalls
Zusatz eines Binders, Additive und/oder Wasser und Homogenisierung
des Gemenges;
- – gegebenenfalls
Zusatz von Zusatzstoffen und weitere Homogenisierung des Gemenges.
-
Nach
Bedarf werden dieser Mischung Zusatzstoffe beigemischt, die in den
fertigen Formmassen bestimmte Funktionen übernehmen. Beispiele für Zusatzstoffe
sind Metallpulver und nichtoxidische Werkstoffe wie Kohlenstoff,
Carbide, Nitride, Silicide, Metallfaser, Kunststofffaser, Carbonfaser,
welche die Oxidationsbeständigkeit,
Festigkeit, Trocknungsverhalten, Korrosionsbeständigkeit und/oder die Temperaturwechselbeständigkeit
des Keramikerzeugnisses weiter verbessern.
-
Keramikmassen,
insbesondere homogene Keramikmassen, können mittels in der Feuerfesttechnologie
geläufigen
Techniken, wie Pressen, Gießen,
Vibrieren, Spritzen, Torkretieren, Stampfen und dergleichen zu einem
keramischen Erzeugnis, umfassend FF-Werkstoffe, monolithische Feuerfestauskleidungen
etc. verarbeitet werden.
-
Aus
den erfindungsgemäßen Formmassen,
wie Feuerfest-Formmassen, können
auch Fertigbauteile hergestellt werden. Dazu werden die wie oben
beschrieben hergestellten Formmassen in eine Metall-, bzw. Holz-,
bzw. Kunststoffform gebracht. Durch anschließendes Vibrieren, Stampfen,
Pressen usw. kann die Masse zusätzlich
verdichtet werden. Nach Aushärten
der Masse wird das Bauteil ausgeformt und bei 30° C bis 200° C getrocknet und/oder getempert.
Nach Bedarf kann das getrocknete bzw. getemperte Bauteil gebrannt werden.
Die Brennbedingungen hängen
im wesentlichen von der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung
der Feuerfest-Masse sowie der Form und Geometrie des Bauteils ab.
In der Regel ist ein Brand bei Temperaturen ≤ 1600 °C ausreichend. Nach dem Trocknen,
Tempern und/oder Brand können
die erfindungsgemäßen keramischen
Fertigbauteile, insbesondere FF-Werkstoffe, einsatzbereit sein.
-
Das
Ausmaß der
Härtung
ist von der Form des keramischen Erzeugnisses abhängig. Auf
jeden Fall wird der keramische Formkörper so weit ausgehärtet, bis
er die zur Vermeidung einer Formveränderung während des Brennvorgangs erforderliche
Festigkeit besitzt.
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Die
erfindungsgemäßen geformten
und ungeformten keramischen Erzeugnisse, wie Feuerfestwerkstoffe,
können
in den Öfen
und Anlagen der Nichteisen-Industrie, Stahlindustrie, Zementindustrie,
Glasindustrie, Müllverbrennungsanlagen
usw. eingesetzt werden.
-
Obwohl
die erfindungsgemäßen organomodifizierten
Siloxane des Keramikbindemittels vorzugsweise als Bindemittel für keramische
Massen geeignet sind, ist ihre Verwendung nicht hierauf beschränkt. Sie
können auch
in Gieß-
und Pressmassen, in Anstrichmassen für Elektroisolierungen und in
Schutzüberzugsmassen
für Metalloberflächen verwendet
werden.
-
Noch
ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft das keramische
Erzeugnis, insbesondere formstabile keramische Erzeugnis, selbst.
-
Es
wurde erfindungsgemäß gefunden,
dass man mittels Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels aus keramischem
Pulver bei Raumtemperatur oder Temperaturen von < 30° C
und Einwirkzeiten von mehreren Stunden oder Tagen, keramische Erzeugnisse,
insbesondere keramische Massen, herstellen kann, die formstabil
sein können.
Solche keramischen Erzeugnisse, insbesondere keramischen Massen,
können
bereits eine gute Kaltdruckfestigkeit aufweisen.
-
Besonders
bevorzugte keramische Erzeugnisse sind feuerfeste keramische Erzeugnisse.
-
Das
keramische Erzeugnis kann geformt oder ungeformt sein.
-
Erfindungsgemäß, unter
einem Pressdruck von 100 MPa, hergestellte formstabile keramische
Erzeugnisse können
eine Kaltdruckfestigkeit nach einer Temperaturbehandlung von 2 Stunden
bei 100° C
bis ≤ 1000° C, bevorzugt ≤ 700° C, von ≥ 15 MPa aufweisen.
-
Die
Herstellung und die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Erzeugnisse
sei nachstehend an einigen Beispielen erläutert.
-
Die
flüssigen,
organomodifizierten Siloxanverbindungen A bis D des erfindungsgemäßen Bindemittels wurden
gemäß dem Stand
der Technik hergestellt, wie er beispielsweise in DE-A1 33 12 911, EP-A1-0
124 748 und in Noll, Chemie und Technologie der Silicone (1968),
Verlag Chemie, beschrieben ist. Die Indizes beziehen sich auf die
Formel (I).
-
-
Beispiel 1
-
Bindekraft in Korundsteinen
-
Ein
hochreiner Sinterkorund, T60 erhältlich
bei der Firma ALMATIS GmbH in Ludwigshafen, mit folgendem Kornaufbau:
wurde mit 4. Gew.-Anteilen
der Verbindung A homogen gemischt. Zum Vergleich wurde eine Formmasse
mit 4 Gew.-Anteilen von Sulfitlauge (ohne Verbindung A) hergestellt.
Aus den Mischungen wurden Prüfkörper unter
einem Pressdruck von 100 MPa hergestellt und anschließend bei
600, und 1500 °C,
2 h gebrannt. Nach dem Brand besaßen die Prüfkörper folgende Kennwerte:
-
Die
Unterschiede in der Entwicklung der Kaltdruckfestigkeit in Abhängigkeit
von der Brenntemperatur in Proben mit und ohne Verbindung A sind
in 1 dargestellt.
-
Der
Zusatz von Verbindung A bewirkt eine enorme Steigerung der Festigkeit
der Keramik.
-
Beispiel 2
-
Bindekraft unterschiedlicher
Verbindungen
-
Ein
hochreiner Sinterkorund, T60 erhältlich
bei der Firma ALMATIS GmbH in Ludwigshafen, mit folgendem Kornaufbau:
wurde mit jeweils 4. Gew.-Anteilen
der Verbindung A, B, C und D homogen gemischt. Aus den Mischungen wurden
Prüfkörper unter
einem Pressdruck von 100 MPa hergestellt und anschließend bei
600 °C,
2 h gebrannt. Nach dem Brand besaßen die Prüfkörper folgende Kennwerte:
-
Der
Zusatz von Verbindungen A, B und C bewirkt eine hohe Steigerung
der Festigkeit der Korundsteine. Die Verbindung D entwickelt nach
einem Brand von 600 °C
eine erhöhte
Bindekraft bzw. Festigkeit der Korundsteine.
-
Beispiel 3
-
Bindekraft einer wässrigen
Emulsion
-
Ein
hochreiner Sinterkorund, T60 erhältlich
bei der Firma ALMATIS GmbH in Ludwigshafen, mit folgendem Kornaufbau:
wurde mit 5. Gew.-Anteilen
einer 50-%igen wässrigen
Emulsion der Verbindung B homogen gemischt. Zum Vergleich wurde
eine Formmasse mit 4 Gew.-Anteilen von Sulfitlauge (ohne Verbindung
B) hergestellt. Aus den Mischungen wurden Prüfkörper unter einem Pressdruck
von 100 MPa hergestellt und anschließend bei 600, und 1400 °C, 2 h gebrannt.
Nach dem Brand besaßen
die Prüfkörper folgende
Kennwerte:
-
Die
wässrige
Emulsion der Verbindung B eignet sich als Bindemittel für Korundsteine
-
Beispiel 4
-
Einfluss der Brenndauer
auf die Bindekraft in Korundsteinen
-
Ein
hochreiner Sinterkorund, T60 erhältlich
bei der Firma ALMATIS GmbH in Ludwigshafen, mit folgendem Kornaufbau:
wurde mit 4. Gew.-Anteilen
der Verbindung B homogen gemischt. Aus den Mischungen wurden Prüfkörper unter
einem Pressdruck von 100 MPa hergestellt und anschließend bei
1200 °C
2, 6 und 10 h gebrannt. Nach dem Brand besaßen die Prüfkörper folgende Kennwerte:
-
Die
Dauer des Brennvorgangs hat keinen relevanten Einfluss auf die Festigkeit
der Korundwerkstoffe mit Zusatz der Verbindung B.
-
Beispiel 5
-
Einfluss der Verbindung
B in Abhängigkeit
der Konzentration
-
Ein
hochreiner Sinterkorund, T60 erhältlich
bei der Firma ALMATIS GmbH in Ludwigshafen, mit folgendem Kornaufbau:
wurde mit 2, 4 und 10 Gew.-Anteilen
der Verbindung B, homogen gemischt. Aus den Mischungen wurden Prüfkörper unter
einem Pressdruck von 100 MPa hergestellt und anschließend bei
600 °C,
2 h gebrannt.
-
Nach
dem Brand besaßen
die Prüfkörper folgende
Kennwerte:
-
Beispiel 6
-
Verbesserung der Bindekraft
durch Zusatz eines aktiven Al2O3
-
Ein
hochreiner SiC-Rohstoff, SiC dunkel/dark, erhältlich bei der Firma ESK-SiC
GmbH in Frechen, mit folgendem Kornaufbau:
wurde mit 4 Gew.-Anteilen
der Verbindung A homogen gemischt. Zum Vergleich wurde auch einer
Mischung mit 10 Gew.-Anteilen von Mikro-Al2O3-Pulver, calcinierte
Tonerde CTC 50, erhältlich
bei der Firma ALMASIT in Ludwigshafen, ohne Verbindung A hergestellt.
Aus den Mischungen wurden Prüfkörper unter
einem Pressdruck von 100 MPa hergestellt und anschließend bei
600 °C und
1500 °C,
2 h gebrannt. Nach dem Brand besaßen die Prüfkörper folgende Kennwerte:
-
Der
Zusatz eines reaktiven Aluminiumoxids trägt zur einen erheblichen Steigerung
der Werkstofffestigkeit bei.
-
Beispiel 7
-
Bindekraft in Magnesiasteinen
-
Ein
hochreiner MgO-Sinter, NEDMAG, erhältlich bei der Firma NedMag
Industries B.V. in Veendam, Niederlanden, mit folgendem Kornaufbau:
wurde mit 4. Gew.-Anteilen
der Verbindung A, homogen gemischt. Zum Vergleich wurde eine Mischung
mit 4 Gew.-Anteilen von Sulfitlauge ohne Verbindung B hergestellt.
Aus den Mischungen wurden Prüfkörper unter einem
Pressdruck von 100 MPa hergestellt und anschließend bei 600, und 1500 °C, 2 h gebrannt.
Nach dem Brand besaßen
die Prüfkörper folgende
Kennwerte:
-
Der
Zusatz von Verbindung A bewirkt auch in basischen MgO-Steinn eine
erhebliche Steigerung der Festigkeit.
-
Beispiel 8
-
Bindekraft in Korundsteinen
mit Grafitzusatz
-
Ein
hochreiner Sinterkorund, T60, erhältlich bei der Firma ALMATIS
in Ludwigshafen, mit folgendem Kornaufbau:
wurde mit 4. Gew.-Anteilen
der Verbindung B, homogen gemischt. Zum Vergleich wurde ein Versatz
mit 4 Gew.-Anteilen von Sulfitlauge ohne Verbindung B hergestellt.
Aus den Mischungen wurden Prüfkörper unter einem
Pressdruck von 100 MPa hergestellt und anschließend bei 600, und 1500 °C, 2 h oxidierend
gebrannt. Nach dem Brand wurde ein Teil der Prüfkörper in der Mitte durchgeschnitten.
Die Größe des Schwarzkerns (unausgebrannter
Grafit) bezogen auf die gesamte Schnittfläche diente als Maß für die Oxidationsbeständigkeit.
-
Nach
dem Brand besaßen
die Prüfkörper folgende
Kennwerte:
-
Der
Zusatz der Verbindung B verleiht auch den kohlenstoffhaltigen Korundsteinen
eine erhebliche Festigkeit. Außerdem
zeigten die Untersuchungen, dass die Verbindung B die Oxidationsbeständigkeit
des Kohlenstoffs verbessert.
-
Beispiel 9
-
Bindemittel für Korundbetone
-
Es
wurde vier unterschiedliche Mischungen mit folgendem Kornaufbau
aufbereitet:
-
Alle
Rohstoffe sind bei der Fa. ALMATIS in Ludwigshafen erhältlich.
-
Zu
den vier Mischungen wurden 1,5 Gew.-Anteile der Verbindung A und
12 Gew.-Anteile Wasser zugesetzt. Nach Homogenisierung entstand
ein selbstfließender
Korundbeton. Aus der Mischung wurden Prüfkörper in einer Kunststoffform
gegossen und bei 80 °C
24 h, getrocknet. Die Prüfkörper wurden
anschließend bei
600, 800, 1000 und 1500 °C,
2 h gebrannt.
-
Nach
dem Brand besaßen
die Prüfkörper folgende
Kennwerte:
-
Der
Korundbeton mit einem relativ geringen Zusatz der Verbindung A zeichnet
sich durch eine hohe Festigkeit aus.
-
Beispiel 10
-
Korundstampfmasse
-
Es
wurden insgesamt vier unterschiedliche Mischung mit folgendem Kornaufbau
aufbereitet:
-
Alle
Rohstoffe sind bei der Fa. ALMATIS in Ludwigshafen erhältlich.
Zu den vier Mischungen wurden 5 Gew.-Anteile der Verbindung C gegeben.
Die Formmasse wurde nach Homogenisierung durch Schläge in einer
Stahlform verdichtet. So hergestellte Prüfkörper wurden anschließend bei
600° C,
und 1500° C,
2 h gebrannt. Nach dem Brand besaßen die vier Prüfkörper folgende
Kennwerte:
-
Die
Verbindung C eignet sich auch als wasserfreies Bindemittel zur Herstellung
von Stampfmassen sehr gut.