DE102008053231A1 - Concrete-free composite material used for heat and sound insulation contains a hydrophobic aerogel granulate and at least one refractory material - Google Patents
Concrete-free composite material used for heat and sound insulation contains a hydrophobic aerogel granulate and at least one refractory material Download PDFInfo
- Publication number
- DE102008053231A1 DE102008053231A1 DE102008053231A DE102008053231A DE102008053231A1 DE 102008053231 A1 DE102008053231 A1 DE 102008053231A1 DE 102008053231 A DE102008053231 A DE 102008053231A DE 102008053231 A DE102008053231 A DE 102008053231A DE 102008053231 A1 DE102008053231 A1 DE 102008053231A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- composite material
- material according
- range
- concrete
- refractory material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
- C04B14/06—Quartz; Sand
- C04B14/064—Silica aerogel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
- C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/66—Monolithic refractories or refractory mortars, including those whether or not containing clay
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/08—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by adding porous substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/10—Compositions or ingredients thereof characterised by the absence or the very low content of a specific material
- C04B2111/1037—Cement free compositions, e.g. hydraulically hardening mixtures based on waste materials, not containing cement as such
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5409—Particle size related information expressed by specific surface values
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5427—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof millimeter or submillimeter sized, i.e. larger than 0,1 mm
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen insbesondere gegen zyklische thermische Belastungen stabilen Verbundwerkstoff, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie dessen Verwendung.The The present invention relates to a particular cyclic thermal loads stable composite, a process for its production and its use.
Es gibt zahlreiche Prozesse, bei denen Hochtemperaturisolationen (> 800°C) notwendig sind, die mit sehr heißen Prozessgasen und Wasserdampf in Berührung kommen. Ein Beispiel dafür sind Solarreaktoren, in denen über Methanreformierung Wasserstoffgas gewonnen wird. Viele der konventionellen feuerfesten Werkstoffe (Schamotte, granulare Oxidmischungen) wie auch Faserkeramiken (Steinwolle, Hochtemperaturfasermatten) eignen sich für solche Anwendungen kaum, da sie entweder mit den Prozessgasen reagieren oder aber bei zyklischer Temperaturbelastung mechanisch versagen.It There are numerous processes where high temperature insulation (> 800 ° C) is necessary are those with very hot process gases and water vapor come in contact. An example of this are solar reactors, in which is recovered via methane reforming hydrogen gas. Many of the conventional refractory materials (chamotte, granular Oxide mixtures) as well as fiber ceramics (rock wool, high-temperature fiber mats) are hardly suitable for such applications, as they either react with the process gases or at cyclic temperature load mechanically fail.
Wärmedämmstoffe werden auf der Basis von oxidischen Keramiken gefertigt und sind entweder haufwerksporig dichte Werkstoffe oder eine Art Mörtel (pastöse Schamotte) oder sie sind Faserstoffe (zum Beispiel Steinwolle), Fasergewebe, die eventuell auch mit einem Schlicker getränkt und gesintert oder gebrannt werden (zum Beispiel auch Whipox®). Während die massiven feuerfesten Keramiken raschen zyklischen Temperaturwechseln kaum gewachsen sind, sind Faserstoffe hervorragend für die Wärmeisolation geeignet, leicht und mechanisch fast beliebig belastbar. Die dichten Keramiken können mit sehr heißen Prozessgasen reagieren (je nach Zusammensetzung der Keramik und der Prozessgase, hier sei exemplarisch Methan betrachtet, kann das zur oberflächlichen Schädigung führen). Faserwerkstoffe sind im allgemeinen empfindlich für heißen Wasserdampf, insbesondere, wenn bei zyklischen Belastungen zwischen Raumtemperatur und 1000°C der Taupunkt unterschritten wird.Heat insulating materials are manufactured on the basis of oxide ceramics and are either dense porous materials or a type of mortar (pasty chamotte) or they are fibrous materials (for example rockwool), fiber fabrics, which may also be soaked with a slurry and sintered or fired (for example also Whipox ® ). While the massive refractory ceramics are hardly able to cope with rapid cyclic temperature changes, fibrous materials are excellently suited for thermal insulation, light and mechanically almost any loadable. The dense ceramics can react with very hot process gases (depending on the composition of the ceramics and the process gases, here, for example, methane is considered, this can lead to superficial damage). Fiber materials are generally sensitive to hot water vapor, especially when cyclic loads between room temperature and 1000 ° C, the dew point is exceeded.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit zu entwickeln, der zyklische thermische Belastungen, insbesondere bis zu einer Temperatur von 850°C, problemlos erträgt.It is thus an object of the present invention, a material to develop with low thermal conductivity, the cyclic thermal loads, in particular up to one Temperature of 850 ° C, easily endures.
Gelöst wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in einer ersten Ausführungsform durch einen betonfreien Verbundwerkstoff, welcher hydrophobes Aerogelgranulat und mindestens einen Feuerfeststoff enthält.Solved The object underlying the present invention is in a first embodiment by a concrete-free composite material, which hydrophobic airgel granules and at least one refractory material contains.
Aerogele im Sinne der Erfindung umfassen kolloidale Substanzen, die geliert und getrocknet werden. Sie haben eine geringere Dichte und hohe, offene Porosität. Sie bestehen nur zu circa 1 bis 15 Vol.-% aus einem Feststoff, während der Rest ihres Volumens durch das sie umgebende Gas beziehungsweise auch Vakuum ausgefüllt wird, das heißt sie besitzen eine hohe Oberfläche (bis zu 1000 m2/g). Anorganische Aerogele sind üblicherweise von sich aus hydrophile Aerogele und gelten als eines der leichtesten Materialien und als einer der besten Wärmisolatoren.Aerogels according to the invention include colloidal substances which are gelled and dried. They have a lower density and high, open porosity. They consist only to about 1 to 15 vol .-% of a solid, while the rest of their volume is filled by the surrounding gas or vacuum, that is, they have a high surface area (up to 1000 m 2 / g). Inorganic aerogels are usually hydrophilic aerogels by themselves and are considered one of the lightest materials and one of the best thermal insulators.
Aerogelgranulate werden insbesondere durch das Mahlen von Aerogelmonolithen gewonnen. Hydrophob im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet wasserabstoßend, dass heißt das eingesetzte Aerogelgranulat zeigt eine ausgeprägte Wechselwirkung mit polaren Lösemitteln wie Wasser. So haben die eingesetzten hydrophoben Aerogelgranulate einen Benetzungswinkel mit Wasser von ≥ 160°.Aerogelgranulate are obtained in particular by the milling of airgel monoliths. Hydrophobic in the sense of the present invention means water-repellent, that is, the used airgel granules shows a pronounced Interaction with polar solvents such as water. Have so the hydrophobic airgel granules used have a wetting angle with water of ≥ 160 °.
Hydrophobe Aerogelgranulate können vielfach aus hydrophilen Aerogelgranulaten durch eine hydrophobisierende Behandlung letzterer gewonnen werden. Anorganische, das heißt meist oxydische, Aerogele enthalten so zum Beispiel vielfach noch freie OH-Gruppen und sind somit hydrophil. Durch eine hydrophobisierende Behandlung wie zum Beispiel eine Veretherung unter Einsatz von Trimethylsilylchlorid (TMSCI) können so hydrophile in hydrophobe Aerogele/Aerogelgranulate umgewandelt werden.hydrophobic Airgel granules can often consist of hydrophilic airgel granules be obtained by a hydrophobizing treatment latter. Inorganic, that is usually containing oxidic, aerogels For example, many still free OH groups and are therefore hydrophilic. By a hydrophobizing treatment such as etherification using trimethylsilyl chloride (TMSCI) so hydrophilic converted into hydrophobic aerogels / airgel granulates become.
Feuerfeststoffe sind metallische und keramische Materialien für Einsatztemperaturen (ab 300°C) über 600°C bis über gegebenenfalls 1700°C, die in direktem Wärmekontakt zu einem Hochtemperaturprozess (zum Beispiel Schmelzen von Metallen oder Glas; Brennen von Keramik) und zu seinen thermischen Folge- und Nebenprozessen (zum Beispiel Formgebung, Wärmebehandlung, et cetera) stehen.Refractories are metallic and ceramic materials for operating temperatures (from 300 ° C) over 600 ° C to about optionally 1700 ° C, which are in direct thermal contact with a high-temperature process (for example, melting of metals or glass, firing of ceramics) and its thermal and secondary processes (for example, shaping, heat treatment, et cetera).
Hauptanwendungszweck der Feuerfeststoffe sind also Ofenauskleidungen der Eisen- und Stahl-, Glas-, Aluminium-, Zement- und keramischen Industrie sowie formgebende Werkzeuge in den genannten Industriezweigen. Dabei spielt bei der Auswahl der für einen Prozess geeigneten Werkstoffe nicht nur die Temperatur eine wichtige Rolle sondern auch die Atmosphäre, die minimale zeitliche Haltbarkeit beziehungsweise Einsatzfähigkeit, die chemische Beständigkeit, die erreichbare mechanische Festigkeit und andere mehr.Main purpose of the refractories are thus furnace linings of iron and steel, glass, Aluminum, cement and ceramic industries as well as shaping Tools in the mentioned industries. It plays in the Selection of suitable materials for a process not only temperature plays an important role but also the atmosphere, the minimum temporal durability or operational capability, the chemical resistance, the achievable mechanical Strength and other more.
Die Hauptkomponenten anorganischer nichtmetallischer Feuerfeststoffe (Keramik und Glas, Glaskeramik, Glasfasern und Mineralfasern) sind die Oxide SiO2, Al2O3, MgO, CaO, ZrO2 und Cr2O3. Zudem sind Kohlenstoff und Siliziumcarbid (SiC) wichtige Komponenten. Außerdem muss man die sogenannten Refraktärmetalle (Molybdän, Wolfram) sowie die Platingruppenmetalle (Edelmetalle) und ihre Legierungen auf Grund ihrer hohen Schmelzgruppe und ihrer chemischen Beständigkeit gegenüber vielen Schlacken und Schmelzen zu den Feuerfeststoffen zählen. Beispiele geeigneter Feuerfeststoffe umfassen Quarzsand, Olivin, Chromerzsand, Zirkonsand, Vermiculite und künstliche Formstoffe wie zum Beispiel Cerabeads, oder Aluminiumsilikathohlkugeln (sogenannte Microspheres).The main components of inorganic nonmetallic refractories (ceramics and glass, glass-ceramic, glass fibers and mineral fibers) are the oxides SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, CaO, ZrO 2 and Cr 2 O 3 . In addition, carbon and silicon carbide (SiC) are important components. In addition, the so-called refractory metals (molybdenum, tungsten) and the platinum group metals (precious metals) and their alloys must be counted among the refractories due to their high melting point and their chemical resistance to many slags and melts. Examples of suitable refractory materials include quartz sand, olivine, chrome ore sand, zircon sand, vermiculites and artificial molding materials such as cerabeads, or aluminum silicate spheres (so-called microspheres).
Es hat sich nun überraschend gezeigt, dass ein solcher betonfreier Verbundwerkstoff nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, sich gleichzeitig aber auch durch eine besondere Stabilität gegenüber zyklischen Temperaturänderungen auszeichnet.It has now surprisingly found that such a concrete-free Composite only a low thermal conductivity owns, but at the same time by a special stability distinguished from cyclic temperature changes.
Kennzeichnend für den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff ist also unter anderem das Fehlen von Beton als einen der Bestandteile, wobei man unter Beton ein Gemisch aus Zement, Gesteinskörnung beziehungsweise Betonzuschlag (Sand und Kies oder Split) und Anmachwasser (sowie gegebenenfalls Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel) versteht.characteristic for the composite material according to the invention is, among other things, the lack of concrete as one of the ingredients, wherein under concrete a mixture of cement, aggregate or concrete surcharge (sand and gravel or split) and mixing water (and, where appropriate, concrete admixtures and concrete admixtures).
Bevorzugt weist der Feuerfeststoff einen Korund-Gehalt von ≥ 80, besonders bevorzugt ≥ 90 Gew.-% auf.Prefers the refractory material has a corundum content of ≥ 80, particularly preferably ≥ 90% by weight.
Bevorzugt weist der Feuerfeststoff einen CaO-Gehalt von ≥ 3, besonders bevorzugt ≥ 4 Gew.-% auf.Prefers the refractory material has a CaO content of ≥ 3, especially preferably ≥ 4 wt .-% on.
Geringe Zusätze von SiO2, CaO, TiO2 (je Oxid bis zu 5 Gew.-%) zum reinen Korund erniedrigen die notwendige Sintertemperatur und erhöhen die Dichtigkeit der Werkstoffe.Small additions of SiO 2 , CaO, TiO 2 (per oxide up to 5 wt .-%) to pure corundum lower the necessary sintering temperature and increase the tightness of the materials.
Bevorzugt liegt der Anteil des Aerogelgranulats im Verbundwerkstoff in einem Bereich von 40 bis 70, besonders bevorzugt von 50 bis 60 Volumen-%. Eine höhere Menge Aerogelgranulat führt zu Werkstoffen mit sehr geringen Festigkeiten, während eine zu geringe Menge Werkstoffe zu hoher Dichte erzeugt und eine starke Makrosegregation der Aerogelpartikel zulässt.Prefers the proportion of airgel granules in the composite material is in one Range from 40 to 70, more preferably from 50 to 60% by volume. A higher amount of airgel granules leads to materials with very low strengths, while one too low Quantity of high-density materials produced and a strong Macrosegregation the airgel particle allows.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Aerogelgranulat
- a) eine Korngröße in einem Bereich von 0,5 bis 4 mm und/oder
- b) einen Porendurchmesser in einem Bereich von 15 bis 25 nm und/oder
- c) eine Porosität von ≥ 90% und/oder
- d) eine Dichte in einem Bereich von 90 bis 100 kg/m3 und/oder
- e) eine Wärmeleitfähigkeit bei 25°C von ≤ 0,020, bevorzugt ≤ 0,018 W/(m·K), und/oder
- f) eine BET-Oberfläche in einem Bereich von 600 bis 800 m2/g aufweist.
- a) a grain size in a range of 0.5 to 4 mm and / or
- b) a pore diameter in a range of 15 to 25 nm and / or
- c) a porosity of ≥ 90% and / or
- d) a density in a range of 90 to 100 kg / m 3 and / or
- e) a thermal conductivity at 25 ° C of ≤ 0.020, preferably ≤ 0.018 W / (m · K), and / or
- f) has a BET surface area in a range of 600 to 800 m 2 / g.
Vorteil der geringen Dichte ist, dass die Aerogele im Werkstoff wirken wie Poren und damit die Gesamtdichte herabsetzen. Die geringe Wärmeleitfähigkeit bewirkt eine geringe Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffes. Die Hydrophobizität bewirkt eine geringe Reaktivität des Verbundwerkstoffes mit Wasserdampf.advantage the low density is that the aerogels in the material act like Reduce pores and thus the total density. The low thermal conductivity causes a low thermal conductivity of the composite material. The hydrophobicity causes a low reactivity of the composite with water vapor.
Bevorzugt weist der Verbundwerkstoff eine Bruchfestigkeit im 3-Punkt-Biegeversuch von ≥ 40, besonders bevorzugt ≥ 45 MPa auf.Prefers the composite has a breaking strength in the 3-point bending test of ≥ 40, more preferably ≥ 45 MPa.
Bevorzugt weist der Verbundwerkstoff eine Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von 0,15 bis 0,25 W/(m·K) auf.Prefers the composite material has a thermal conductivity in a range of 0.15 to 0.25 W / (m · K).
Bevorzugt weist der Verbundwerkstoff eine Dichte von ≤ 1100 kg/m3 auf.The composite material preferably has a density of ≦ 1100 kg / m 3 .
Im erfindungsgemäßen Verbundswerkstoff lassen sich bis zu 50 Vol.-%, in besonderen Fällen sogar bis zu 70 Vol.-% des Feuerfeststoffes durch hydrophobes Aerogelgranulat ersetzen. Auf Grund der verschwindend geringen Dichte des hydrophoben Aerogelgranulats im Vergleich zum Feuerfeststoff kann somit eine Reduktion der Dichte des massiven Feuerfeststoffes um circa 50% erreicht werden.in the Composite material of the invention can be up to 50 vol.%, in special cases even up to 70 Vol .-% of the refractory material replaced by hydrophobic airgel granules. Due to the negligible density of the hydrophobic airgel granules Compared to the refractory material can thus reduce the density of the massive refractory material can be achieved by about 50%.
Der Zusatz des hydrophoben Aerogelgranulats bedingt darüber hinaus eine bedeutende Reduktion der Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu solchen massiven Feuerfeststoffen, die aus dem Feuerfeststoff alleine bestehen (entsprechende Wärmeleitfähigkeiten liegen hier bei Werten um 0,6 W/(m·K)).Of the Addition of the hydrophobic airgel granules conditionally about In addition, a significant reduction in thermal conductivity compared to such massive refractories, which are made from the refractory material exist alone (corresponding thermal conductivities here are values around 0.6 W / (m · K)).
Überraschend ist nun, dass durch den Zusatz des hydrophoben Aerogelgranulats eine deutliche Steigerung der Bruchfestigkeit im Vergleich zum Verbundwerkstoff ohne hydrophobes Aerogelgranulat erreicht werden kann.Surprised is now that by the addition of hydrophobic airgel granules a significant increase in breaking strength compared to the composite material can be achieved without hydrophobic airgel granules.
In einer zweiten Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, durch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man das hydrophobe Aerogelgranulat und den Feuerfeststoff gegebenenfalls unter Zusatz üblicher Dispergiermittel und/oder Verflüssiger in Wasser mischt, man aus der erhaltenen Suspension einen Formkörper herstellt und diesen sintert.In A second embodiment is the basis of the invention solved by a process for manufacturing the composite material according to the invention, which characterized in that the hydrophobic airgel granules and the refractory optionally with the addition of conventional Dispersing agent and / or condenser in water, it produces a shaped body from the resulting suspension and this sinters.
Bevorzugt trocknet man den Formkörper zunächst bei Raumtemperatur und sintert später bei einer höheren Temperatur, insbesondere bei einer Ofentemperatur von ≥ 850°C.Prefers first drying the shaped body at room temperature and later sinters at a higher temperature, especially at a furnace temperature of ≥ 850 ° C.
Die Sintertemperatur sollte nach Möglichkeit höher sein als die spätere maximale Anwendungstemperatur, damit eine Änderung des Geometrie des Werkstückes während des Betriebs vernachlässigt werden kann.The Sintering temperature should be higher if possible its as the later maximum application temperature, with it a change in the geometry of the workpiece during of the operation can be neglected.
In einer dritten Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes zur Wärmedämmung und/oder -isolation.In A third embodiment is the basis of the invention lying solved task, by the use of the invention Composite for thermal insulation and / or insulation.
Dabei können im Verlauf der Wärmedämmung und/oder -isolation Temperaturschwankungen von 500 K oder mehr auftreten.there can in the course of thermal insulation and / or -isolation temperature fluctuations of 500 K or more occur.
Dies belegt nicht nur die hervorragenden wärmedämmenden Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes sondern auch dessen hohe Stabilität gegenüber thermischen Belastungen.This not only proves the excellent thermal insulation Properties of the composite material according to the invention but also its high stability thermal loads.
Ausführungsbeispiele:EXAMPLES
Beispiel 1:Example 1:
Als Feuerfeststoff wurde der Feuerleichtbeton Carath® FL-1800 der Firma Rath und als hydrophobes Aerogelgranulat das translucente Aerogel TLD 302® der Cabot Nanogel GmbH verwendet.As a refractory material was of lightweight refractory concrete Carath ® FL-1800 the firm Rath and the translucent airgel TLD used as hydrophobic airgel 302 ® Cabot Nanogel GmbH.
Dieses
hydrophobe Aerogel hatte die folgenden physikalischen Eigenschaften:
Die
folgende Tabelle zeigt die chemische Zusammensetzung der in den
Beispielen 1 und 2 eingesetzten Feuerfeststoffen:
Die Materialien wurden mit Leitungswasser gemischt und mit Betonverflüssiger (BV) der Firma Remmers versetzt. Verwendet wurden 1200 ml Wasser, 4 ml BV, 5 kg Carath FL-1800®, so dass ein Gesamtvolumen von 2,8 l resultierte. Dazu gegeben wurde ein gleiches Volumen Aerogelgranulat. Daraus wurden Platten der Abmessungen 15 × 15 × 6 cm gegossen, 48 Stunden bei Raumtemperatur und anschließend bei 70°C für 24 Stunden im Ofen getrocknet. Danach wurden die Platten ausgeschaltet und 96 Stunden bei 100°C weiter getrocknet. Anschließend wurden die Platten in 3 Stunden auf 850°C Ofentemperatur aufgeheizt und 16 Stunden bei 850°C Ofentemperatur gebrannt. Nach dem Brennen hatten die Platten eine Dichte von 1050 kg/m3. Die Bruchfestigkeit im 3-Punkt-Biegeversuch betrug 45 MPa.The materials were mixed with tap water and mixed with concrete liquefier (BV) from Remmers. Were used 1200 ml of water, 4 ml of BV 5 kg Carath FL-1800 ®, so that resulted in a total volume of 2.8 l. To this was added an equal volume of airgel granules. From this plates of dimensions 15 × 15 × 6 cm were poured, 48 hours at room temperature and then dried at 70 ° C for 24 hours in the oven. Thereafter, the plates were turned off and further dried at 100 ° C for 96 hours. Subsequently, the plates were heated to 850 ° C oven temperature in 3 hours and baked at 850 ° C oven temperature for 16 hours. After firing, the plates had a density of 1050 kg / m 3 . The breaking strength in the 3-point bending test was 45 MPa.
Beispiel 2:Example 2:
Als Feuerfeststoff wurde der Feuerleichtbeton Carath® FL-1450 PR der Firma Rath verwendet. Das hydrophobe Aerogelgranulat war das Gleiche wie in Beispiel 1. Es werden Bruchfestigkeiten im Biegeversuch von 35 bis 45 MPa erreicht.As a refractory material, the light-weight concrete Carath ® FL-1450 PR from Rath was used. The hydrophobic airgel granules were the same as in Example 1. Breaking strengths in the bending test of 35 to 45 MPa are achieved.
Im
gebrannten Zustand wurden in beiden Fällen ähnliche
Ergebnisse erhalten:
Die Wärmeleitfähigkeit
wurde bei beiden Verbundwerkstoffen zu 0,2 ± 0,05 W/(m·K)
bestimmt. Verglichen mit den Wärmeleitfähigkeiten
der reinen Feuerfeststoffe, die bei 0,6 beziehungsweise 0,7 W/(m·K)
liegt, zeigt sich, dass die Wärmeleitfähigkeit
im erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff deutlich
reduziert ist.In the fired state, similar results were obtained in both cases:
The thermal conductivity was determined to be 0.2 ± 0.05 W / (m · K) for both composites. Compared with the thermal conductivities of the pure refractories, which is 0.6 and 0.7 W / (m · K) respectively, it can be seen that the thermal conductivity in the composite material according to the invention is markedly reduced.
In zahlreichen weiteren Versuchen zeigte sich, dass Verbundwerkstoffe, poren- und rissfrei bis zu einem Gehalt von 50% erzeugt werden können, wenn das Mischungsverhältnis variiert wird, insbesondere durch Zugabe eines höheren Wasseranteils. Ein Aerogelanteil bis zu 70% ist ebenfalls möglich, wenngleich etwas schwieriger mikrorissfrei umzusetzen.In numerous other tests showed that composites, can be generated without pores and cracks up to a content of 50%, when the mixing ratio is varied, in particular by adding a higher water content. An airgel component up to 70% is also possible, albeit a bit more difficult implement microcrack-free.
Mit den Werkstoffen aus beiden Beispielen wurden thermische Zyklentest durchgeführt. Folgende Temperaturverläufe wurden 5 bis 10 mal periodisch wiederholt: Aufheizen von Zimmertemperatur auf 850°C Ofentemperatur mit Aufheizraten von 10°C/ min und halten bei 850°C Ofentemperatur für 8 Stunden, danach Ofenabschaltung bis Zimmertemperatur erreicht war. Gesamtdauer je Zyklus: 18 Stunden. Die Ver bundwerkstoffe hatten diese Art des thermischen Lastwechsels rissfrei überstanden.With The materials from both examples were thermal cycle test carried out. The following temperature profiles were Periodically repeated 5 to 10 times: heating at room temperature to 850 ° C oven temperature with heating rates of 10 ° C / min and hold at 850 ° C oven temperature for 8 Hours, then oven shutdown was reached until room temperature. Total duration per cycle: 18 hours. The composites had this type of thermal load change survived crack-free.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 102006033061 A1 [0004] DE 102006033061 A1 [0004]
- - DE 102004046495 A1 [0005] - DE 102004046495 A1 [0005]
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810053231 DE102008053231B4 (en) | 2008-10-25 | 2008-10-25 | Thermally stable concrete-free composite material, process for its production and use of the composite material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810053231 DE102008053231B4 (en) | 2008-10-25 | 2008-10-25 | Thermally stable concrete-free composite material, process for its production and use of the composite material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102008053231A1 true DE102008053231A1 (en) | 2010-04-29 |
DE102008053231B4 DE102008053231B4 (en) | 2010-09-30 |
Family
ID=42055087
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200810053231 Active DE102008053231B4 (en) | 2008-10-25 | 2008-10-25 | Thermally stable concrete-free composite material, process for its production and use of the composite material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102008053231B4 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3055831A (en) * | 1961-09-25 | 1962-09-25 | Johns Manville | Handleable heat insulation shapes |
EP0672635A1 (en) * | 1994-03-18 | 1995-09-20 | Basf Aktiengesellschaft | Molded bodies containing silica-aerogel particles and process for their manufacture |
DE102004046495A1 (en) | 2004-09-23 | 2006-04-06 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Composite material containing hydrophobic aerogel particles, inorganic binder and inorganic dispersing agent, used for fire protection and heat insulation, has specific amount of aerogel particles out of direct contact with inorganic binder |
DE102006033061A1 (en) | 2006-07-14 | 2008-01-17 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Sound protection element used in the building industry comprises a reinforced concrete core with a surface coating containing a fireproof lightweight aggregate |
DE102006056093A1 (en) * | 2006-11-17 | 2008-05-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Core material, useful for sand- and mold-casting, preferably light metal casting of alloys of e.g. aluminum, comprises aerogel and a core additive material from jet sand and/or spherical sand of homogeneous filled spherical grains |
-
2008
- 2008-10-25 DE DE200810053231 patent/DE102008053231B4/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3055831A (en) * | 1961-09-25 | 1962-09-25 | Johns Manville | Handleable heat insulation shapes |
EP0672635A1 (en) * | 1994-03-18 | 1995-09-20 | Basf Aktiengesellschaft | Molded bodies containing silica-aerogel particles and process for their manufacture |
DE102004046495A1 (en) | 2004-09-23 | 2006-04-06 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Composite material containing hydrophobic aerogel particles, inorganic binder and inorganic dispersing agent, used for fire protection and heat insulation, has specific amount of aerogel particles out of direct contact with inorganic binder |
DE102006033061A1 (en) | 2006-07-14 | 2008-01-17 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Sound protection element used in the building industry comprises a reinforced concrete core with a surface coating containing a fireproof lightweight aggregate |
DE102006056093A1 (en) * | 2006-11-17 | 2008-05-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Core material, useful for sand- and mold-casting, preferably light metal casting of alloys of e.g. aluminum, comprises aerogel and a core additive material from jet sand and/or spherical sand of homogeneous filled spherical grains |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Strahlmittel Produktdatenblatt Normalkorund, Web-Shop: www.sandstrahlmittel.ch * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102008053231B4 (en) | 2010-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3004712C2 (en) | Unfired refractory carbon brick | |
EP1741685B1 (en) | Porous beta-SiC containing shaped ceramic body and method of making it. | |
EP3523264B1 (en) | Method for producing a porous sintered magnesia, backfill for producing a heavy-clay refractory product with a granulation from the sintered magnesia, product of this type, and method for the production thereof, lining of an industrial furnace and industrial furnace | |
DE102010009146B4 (en) | Plastic refractory compound and refractory mortar and their use | |
EP3371129B1 (en) | Sintered zirconia mullite refractory composite material, method for the production thereof and use of the same | |
EP2329195B1 (en) | Material mixture for producing a fire-retardant material, fire-retardant moulding body and method for its manufacture | |
DE102010009148B4 (en) | Heat-insulating refractory high temperature resistant molding | |
DE102010009144B4 (en) | Heat-insulating refractory molding | |
EP2813481B1 (en) | Formulation for producing an unshaped refractory ceramic product, method for the preparation of a fired refractory ceramic product, a fired refractory ceramic product as well as the use of an unshaped refractory ceramic product | |
EP1741687A1 (en) | Porous ß-SiC containing shaped ceramic body and method of making it. | |
DE3527789A1 (en) | LARGE-CERAMIC MOLDED BODY, METHOD FOR PRODUCING IT AND ITS USE | |
EP1787967B1 (en) | Process for the manufacture of a burnt shaped body for a refractory lining | |
DE102010009142A1 (en) | Plastic refractory high temperature resistant compound and refractory high temperature resistant mortar | |
DE102006040270A1 (en) | Burnt refractory product | |
EP2103578B1 (en) | Construction unit for set-up of an exhaust made from a reaction hardened fibre composite material | |
WO2009071162A1 (en) | Fireproof ceramic mix, fireproof ceramic molded body formed of said mix, and the use thereof | |
DE102008053231B4 (en) | Thermally stable concrete-free composite material, process for its production and use of the composite material | |
EP0767765B1 (en) | SiC MOULDED BODY | |
EP1899648A2 (en) | Molding compound for producing a refractory lining | |
DE102012014225B4 (en) | Adhesive for highly porous ceramics | |
DE202017007171U1 (en) | Porous sintered magnesia, batch for the production of a coarse-ceramic refractory product with a grain from the sintered magnesia, such product and delivery of an industrial furnace and industrial furnace | |
DE102020006598A1 (en) | Refractory ceramic material based on La2O3 and method for its production | |
DE102012003478B4 (en) | Use of an oxide ceramic material made of CaZrO3 as a lining material for gasification plants | |
WO2012062913A1 (en) | Lining material for gasification plants consisting of an alkali corrosion-resistant and thermal cycling-resistant chromium oxide- and carbon-free oxide ceramic material and use thereof | |
EP3511306B1 (en) | Thermally stable and cyclically stressable ultra-high strength concrete component |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R084 | Declaration of willingness to licence |