DE102010038204A1

DE102010038204A1 - Feuerfeste Brennofengarnitur

Info

Publication number: DE102010038204A1
Application number: DE102010038204A
Authority: DE
Inventors: Andreas Sonntag; Sándor KISS; Monika Josefa Weber
Original assignee: Imerys Magyarszag Tuzalloanyaggyarto Kft
Current assignee: Imerys Magyarszag Tuzalloanyaggyarto Kft
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2011-06-16
Also published as: CZ2010753A3; HUP1000555A2; HU1000555D0; FR2951257A1; HU229558B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennofenausstattungselement, umfassend keramische Oberflächenabschnitte, die integral mit einem keramischen Körperabschnitt sind. Die Keramikwerkstoffe der keramischen Oberflächenabschnitte und der keramischen Körperabschnitts haben passende Ausdehnungskoeffizienten, und der Keramikwerkstoff der keramischen Oberflächenabschnitte hat eine höhere Splitterfestigkeit als der Keramikwerkstoff des Körperabschnitts. Herstellungsverfahren für die Brennofenausstattungselemente sind auch offenbart.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft feuerfeste Ofenausstattungselemente und Verfahren zu deren Herstellung. Die Erfindung betrifft insbesondere Brennofenkassetten und Bodenbrennplatten für Ofenwagen für das Auflegen von Gegenständen, die im Ofen gebrannt oder thermisch behandelt werden sollen, wie zum Beispiel Dachziegel.
STAND DER TECHNIK
Bei der Herstellung von Dachziegeln wird der Ziegel zum Brennen in einem Brennofen in eine Kassette gelegt. Stapel von Kassetten, die jeweils mit einem Ziegel zum Brennen beladen sind, werden in herkömmlicher Weise auf einem geeigneten Brennofenwagen durch den Brennofen gefahren. Normalerweise verfügen die Kassetten über Fußabschnitte, welche die Kassetten in einem Stapel voneinander beabstanden und welche die untere Kassette eines Stapels vom Ofenwagen beabstanden. Bei Betrieb splittern Teile der Füße ab, wodurch sich die Lebenszeit der Füße verkürzen kann. Schäden entstehen zum Beispiel durch Hochdruck an der unteren Kassette im Stapel, hohe Punktlasten wegen kleiner Dreckpartikel unter den Füßen, mögliche punktartige Haftung zwischen den Füßen und den Aufsätzen der Ofenwagen und Unterschiede in thermischer Ausdehnung zwischen Ofenwagen und Kassette. Insbesondere verursachen Punktlasten an den Außenseiten der Füße lokale mechanische Überbelastungen und hohe Spannungskonzentrationen, welche zu den beschriebenen Absplitterproblemen führen.
Die WO 2007/132276 beschreibt Ofenausstattungen, in welchen funktionelle Hilfselemente mechanische mit einem Basiselement verbunden sind. Die Hilfselemente können aus einem unterschiedlichen keramischen Werkstoff vom Basiselement bestehen, so dass sie unterschiedliche Eigenschaften haben.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ofenausstattungselement bereitgestellt, zum Beispiel eine Brennofenkassette, umfassend integral mit einem keramischen Körperabschnitt gefertigte keramische Oberflächenabschnitte. Der Keramikwerkstoff der keramischen Oberflächenabschnitte und der Keramikwerkstoff des keramischen Körperabschnitts haben passende Ausdehnungskoeffizienten. Außerdem hat der Keramikwerkstoff der keramischen Oberflächenabschnitte einer höhere Splitterfestigkeit als der Keramikwerkstoff des Körperabschnitts.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für ein Ofenausstattungselement bereitgestellt, umfassend

(a) Herstellen eines für die Verwendung als Ofenausstattungselement geformten Keramikgrünling-Gegenstands;
(b) Sintern des Gegenstands bei hoher Temperatur zum Erhalten des Ofenausstattungselements;

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein nach dem beschriebenen Verfahren hergestelltes Ofenausstattungselement.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Ofenausstattungselements des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung in einem Brennverfahren für einen Gegenstand in einem Brennofen. Das Ofenausstattungselement kann zum Beispiel verwendet werden zum Auflegen eines Gegenstands in einem Brennofen, während der Gegenstand bei erhöhter Temperatur gebrannt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Es zeigt:
1 und 2 eine erfindungsgemäße Kassette für Dachziegel;
3 eine erfindungsgemäße Bodenbrennplatte;
4 erfindungsgemäße Bodenbrennplatten und Kassetten für Dachziegel in situ auf einem Ofenwagen;
5 ein geeignetes Testverfahren zum Messen des Höchstlastwiderstands von keramischen Werkstoffen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung;
6 einen geeigneten Sandstrahltest zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung zum Abschätzen der Abriebeigenschaften von keramischen Werkstoffen zur Verwendung in der Erfindung.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben, stellt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein feuerfestes Ofenausstattungselement bereit, umfassend integral mit einem keramischen Körperabschnitt gebildete Oberflächenabschnitte, dadurch gekennzeichnet, dass dier Keramikwerkstoffe der keramischen Oberflächenabschnitte (auch als „Füße” bezeichnet) und des keramischen Körperabschnitts passende Ausdehnungskoeffizienten haben, und dadurch, dass der Keramikwerkstoff der keramischen Oberflächenabschnitte eine höhere Splitterfestigkeit hat, als der Keramikwerkstoff des Körperabschnitts.
Mit „passenden Ausdehnungskoeffizienten” ist gemeint, dass die jeweiligen Werte der Ausdehnungskoeffizienten der Keramikwerkstoffe der Oberflächenabschnitte und des Körperabschnitts gleich oder ähnlich sind, so dass bei Betrieb das Element an den Schnittstellen zwischen den Oberflächenabschnitten und dem Körperabschnitt während des thermischen Kreislaufs rissfest ist.
Zum Beispiel können sich die jeweiligen Werte der Ausdehnungskoeffizienten der Keramikwerkstoffe der Oberflächenabschnitte und des Körperabschnitts gleich sein, oder sich um weniger als 30% unterschieden, so wie zum Beispiel um weniger als 25%, oder weniger als 20%, oder weniger als 15%, oder weniger als 10%, oder weniger als 5%.
Ausdehnungskoeffizienten können gemäß EN 821-1 1998 mit einem Nietzsch DIL 402 PC-Gerät gemessen werden.
Mit „erhöhter Splitterfestigkeit” ist gemeint, dass die keramischen Oberflächenabschnitte beständiger gegen Absplitterungen sind als der Körperabschnitt. Splitterfestigkeit kann zum Beispiel durch Bruchfestigkeit gemessen werden, und in einer Ausführungsform der Erfindung hat der Keramikwerkstoff der Oberflächenabschnitte eine Bruchfestigkeit, die größer ist, als die Bruchfestigkeit des Keramikwerkstoffs des Körperabschnitts. Bruchfestigkeit kann mit einem Bruchfestigkeitstest gemessen werden, so wie dem K_1c-Bruchfestigkeitstest mit einer Stange mit Dimensionen 15 mm (Höhe) × 20 mm (Breite) × 150 mm (Länge) und einer Kerbe mit einer Tiefe von 5,25 mm und einer Spanne von 120 mm. Ein geeigneter K_1c-Standard ist ASTM C 1421. So kann zum Beispiel der Keramikwerkstoff der Oberflächenabschnitte so ausgewählt sein, dass er einen K_1c-Bruchfestigkeitswert hat, der mindestens 10% höher ist als der K_1c-Bruchfestigkeitswert des Keramikwerkstoffs des Körperabschnitts, oder mindestens 15%, oder mindestens 20%, oder mindestens 25%, oder mindestens 30% größer als der K_1c-Bruchfestigkeitswert des Keramikwerkstoffs des Körperabschnitts.
Splitterfestigkeit kann wahlweise oder zusätzlich mit Bezug auf einen Höchstlastwiderstand quantifiziert werden, und in einer Ausführungsform der Erfindung hat der Keramikwerkstoff der Oberflächenabschnitte einen Höchstlastwiderstand, der größer ist, als der Höchstlastwiderstand des Keramikwerkstoffs des Körperabschnitts. Die Einzelheiten eines geeigneten Höchstlastwiderstandstests sind in 5 beschrieben. In diesem Test kann der Keramikwerkstoff der Oberflächenabschnitte so ausgewählt sein, dass er einen Höchstlastwiderstand hat, der mindestens 10% höher ist, als der Höchstlastwiderstand des Körperabschnitts. Wahlweise kann der Keramikwerkstoff der Oberflächenabschnitte so ausgewählt sein, dass er einen Höchstlastwiderstand hat, der mindestens 15% größer, oder mindestens 20% größer, oder mindestens 25% größer, oder mindestens 30% größer ist, als der Höchstlastwiderstand des Körperabschnitts.
Als weitere Möglichkeit kann die Splitterfestigkeit wahlweise oder zusätzlich mit Bezug auf die Biegefestigkeit des Werkstoffs quantifiziert werden, und in einer Ausführungsform der Erfindung hat der Keramikwerkstoff der Oberflächenabschnitte eine Biegefestigkeit, die größer ist, als die Biegefestigkeit des Keramikwerkstoffs des Körperabschnitts. Die Biegefestigkeit kann zum Beispiel gemäß EN-993-6 1999 gemessen werden, welches ein 3-Punkte-Test bei Zimmertemperatur ist, zum Beispiel mit dem METEFEM Bending Tester XP-01; Typ MH-1/AS 102. Eine Probengröße von 290 × 120 × 10 mm kann bei einer Spanne von 120 mm eingesetzt werden, und bei einem Ladungsfaktor von 0,15 MPa/sec. In diesem Test kann die Biegefestigkeit des Keramikwerkstoffs der Oberflächenabschnitte mindestens 30% höher sein, als die Biegefestigkeit des Keramikwerkstoffs des Körperabschnitts. Wahlweise kann der Keramikwerkstoff der Oberflächenabschnitte so ausgewählt sein, dass er eine Biegefestigkeit hat, die mindestens 40% größer, oder mindestens 50% größer ist, als die Biegefestigkeit des Keramikwerkstoffs des Körperabschnitts.
In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen bestehen der Keramikwerkstoff der Oberflächenabschnitte und der Keramikwerkstoff des Körperabschnitts aus dem selben Grundkeramikwerkstofftyp. So können zum Beispiel die Oberflächenabschnitte und der Körperabschnitt aus einen Keramikwerkstoff auf Cordierit-Basis, wahlweise im Verbund mit einem zweiten Keramikwerkstoff wie Mullit, bestehen.
Durch die Verwendung von Keramikwerkstoffen aus dem selben Grundkeramikwerkstofftyp kann Kompatibilität zwischen den Oberflächenabschnitten und dem Körperabschnitt gewährleistet werden. Zusätzlich zur Kompatibilität im Sinne der Ausdehnungskoeffizienten kann die Verwendung des selben Grundkeramikwerkstofftyps Kompatibilität im Sinne der Schrumpfung beim Trocknen des Keramikgrünlings nach Ausbildung und vor dem Sintern ermöglichen, sowie Schrumpfung des getrockneten Keramikkörpers beim Brennen. Zusätzlich handelt es sich um Kompatibilität im Sinne der chemischen Verbindung zwischen den Oberflächenabschnitten und dem Körperabschnitt an den Schnittstellen zwischen diesen Abschnitten.
Im Falle eines Cordierit/Mullit-Verbundwerkstoffs können sowohl der Keramikwerkstoff der Oberflächenabschnitte als auch der Keramikwerkstoff des Körperabschnitts eine Zusammensetzung haben, umfassend zwischen etwa 40 Gew.-% und etwa 80 Gew.-% Cordierit und zwischen etwa 2 Gew.-% und etwa 30 Gew.-% Mullit. In einer Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung zwischen etwa 50 Gew.-% und etwa 75 Gew.-% Cordierit und zwischen etwa 5 Gew.-% und etwa 25 Gew.-% Mullit. Der Restbetrag der Keramik kann aus kleineren Mengen (zum Beispiel weniger als 5 Gew.-%) anderer Keramikwerkstoffe (wie Andalusit, Spinell, Cristobalit und Quartz) sowie einer amorphen Phase bestehen.
Geeignete Cordierit/Mullit-Keramikwerkstoffe können nach einem dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden und können zum Beispiel die folgenden Ausgangsmaterialien einsetzen: 10 bis 25 Gew.-% Kaolin, bis zu 10 Gew.-% gebranntes Aluminiumoxid, bis zu 10 Gew.-% Chamotte, bis zu 10 Gew.-% Kerphalit, bis zu 10 Gew.-% Kyanit, bis zu 15 Gew.-% Mullit, 10 bis 40 Gew.-% Molochite, und bis zu 15 Gew.-% Hohlkugeln.
Die Ausgangsmaterialien, aus denen die Keramikwerkstoffe der Oberflächenabschnitte und des Körperabschnitts hergestellt werden, sowie deren Körnchenform und eingesetzten relativen Mengen, können so ausgewählt werden, dass die mikrokristallinen Strukturen der erhaltenen Keramikwerkstoffe unterschiedlich sind, wodurch der Keramikwerkstoff der Oberflächenabschnitte eine höhere Splitterfestigkeit hat, als der Keramikwerkstoff des Körperabschnitts.
So kann zum Beispiel der grundlegende Weg zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wie Biegefestigkeit, K_IC und Splitterfestigkeit eines Keramikwerkstoffs darin bestehen, dass die maximalen Korngrößen und/oder Porengrößen in der Mikrostruktur verringert werden. Dieses wird vor allem erreicht durch Verringern der maximalen eingesetzten Korngrößen der gröberen Anteile der Formulierung und/oder durch Erhöhen des Ineinandergreifens der Verbundmatrix mit den groben Kornkomponenten des Werkstoffs durch Erhöhen der Reaktivität der Werkstoffkomponenten der Verbundmatrix.
Normalerweise sind die Oberflächenabschnitte zusammengesetzt aus dem selben Keramikwerkstoff, obwohl dies nicht notwendig ist, und es liegt im Bereich der vorliegenden Erfindung, dass unterschiedliche Oberflächenabschnitte aus untereinander unterschiedlichen Keramikwerkstoffen hergestellt sind, allerdings mit der Einschränkung, dass alle Oberflächenabschnitte eine Splitterfestigkeit haben, die größer ist, als die des Körperabschnitts.
Das erfindungsgemäße Ofenausstattungselement kann ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Kassetten (so wie Kassetten mit H- oder U-Profil), Brennplatten, Platten, Brennkapseln, Balken, Rohre, Verbindungselemente und andere zweckmäßige Aufsätze. Das Ofenausstattungselement ist bevorzugt eine Kassette, wie eine H-Kassette für Dachziegel oder eine Brennplatte.
Im erfindungsgemäßen Ofenausstattungselement sind die Oberflächenabschnitte integriert, so dass sie mindestens an einer Oberfläche des Elements vorhanden sind.
Die erfindungsgemäßen Ofenausstattungselemente können verwendet werden zum Aufsetzen von Gegenständen, die in einem Brennofen gebrannt oder thermisch behandelt werden sollen, wie Dachziegel, Ziegel, Sanitärkeramik, Tischgeschirr, keramische Isolierungen, keramische Elektrokomponenten, technische Keramiken und Metallkomponenten. Das Brennen kann in Öfen bei Temperaturen von normalerweise zwischen 950 und 1400°C erfolgen; bei technischen Keramiken können die Temperaturen 1750°C erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Ofenausstattungselement eine Kassette, auf die Dachziegel aufgesetzt werden können. Die Kassette umfasst vorzugsweise eine Anzahl Öffnungen, wobei jede die Kassette von der oberen bis zur unteren Oberfläche durchläuft; weiter bevorzugt, dass sich die Öffnungen in einem Mittenabschnitt der Kassette befinden.
Die Oberflächenabschnitte werden integral mit dem Körperabschnitt gebildet, was bedeutet, dass das Ofenausstattungselement eine integrale keramische Einheit bildet, welche durch direktes Sintern eines Keramikgrünlings mit geeigneter Form gebildet wurde, zum Beispiel mit dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben. Der Keramikgrünling-Gegenstand hat Keramikgrünling-Oberflächenabschnitte, welche den Oberflächenabschnitten des fertigen Elements entsprechen und einen Keramikgrünling-Körperabschnitt, welcher dem Körperabschnitt des fertigen Elements entspricht.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrensaspekt kann der Keramikgrünling-Gegenstand mit einem Verfahren hergestellt werden, in welchem die Keramikgrünling-Oberflächenabschnitte und der Kramikgrünling-Körperabschnitt getrennt gebildet werden (zum Beispiel durch ein Gussverfahren mit einer geeigneten Gusszusammensetzung). Die Kermaikgrünling-Oberflächenabschnitte werden dann mit dem Keramikgrünling-Körperabschnitt verbunden, zum Beispiel mit einem Keramikkleber, um den Keramikgrünling-Gegenstand zu bilden, entsprechend der Gesamtform des gewünschten Endgegenstands. Der Keramikkleber kann flüssig oder in Form einer Paste sein mit einer Zusammensetzung, die identisch oder ähnlich ist mit jener der zu verbindenden Komponenten.
Der Keramikgrünling-Gegenstand wird dann getrocknet und bei hoher Temperatur gesintert, so dass der Ofenausstattungsgegenstand erhalten wird. Nach dem Sintern wird ein einzelner Festgegenstand als Ofenausstattung erhalten.
In einem alternativen Verfahren werden die Keramikgrünling-Oberflächenabschnitte gebildet, zum Beispiel durch Gießen, und diese Komponenten werden dann in geeignete Vertiefungen in einer Gussform (an der „Fußposition”) eingegossen zum Formen des Keramikgrünling-Körperabschnitts. Der Keramikgrünling-Körperabschnitt wird dann in die Form gegossen durch Eingießen einer geeigneten Keramikzusammensetzung in die Gussform. Der gegossene Keramikgrünling-Körperabschnitt berührt und benässt die ersten Keramikgrünling-Komponenten. Ein integral gegossener Gegenstand wird so gebildet, in welchem die ersten Keramikgrünling-Oberflächenabschnitte am Keramikgrünling-Körperabschnitt befestigt werden.
Das Keramikgrünling-Element wird wird dann getrocknet und bei hoher Temperatur gesintert, so dass der Ofenausstattungsgegenstand erhalten wird. Nach dem Sintern wird ein einzelner Festgegenstand als Ofenausstattung erhalten.
Nach dem Brennen kann der Gegenstand durch Mahlen in die normalerweise gewünschten Dimensionstoleranzen gebracht werden.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 und 2 zeigen einen Ofenausstattungsgegenstand, genauer eine Dachziegelkassette 5, gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Dachziegelkassette 5 hat Keramikfüße 1, welche integral mit einem Keramikkörperabschnitt 2 gebildet werden. Die Schnittstelle 3 zwischen den Füßen 1 und dem Körperabschnitt 2 umfasst eine Keramikverbindung, welche gebildet wird, wenn ein Keramikgrünling-Gegenstand aus Keramikgrünling-Abschnitten entsprechend den Füßen 1, die mit einem Keramikgrünling-Abschnitt entsprechend dem Körperabschnitt 2 verbunden sind, und die insgesamt die Form der Dachziegelkassette 5 hat, in einem geeigneten Brennvorgang in einem Brennofen bei erhöhter Temperatur gesintert wird.
In einem Herstellungsverfahren für die Dachziegelkassette 5 aus 1 und 2 können Keramikgrünling-Abschnitte entsprechend den Füßen 1 aus einer geeigneten ersten Keramikzusammensetzung gegossen werden. Zusätzlich kann ein Kermaikgrünling-Abschnitt, entsprechend dem Körperabschnitt 2 der Kassette aus einer zweiten Keramikzusammensetzung gegossen werden.
Die Keramikgrünling-Abschnitte entsprechend den Füßen 1 werden mit dem Keramikgrünling-Abschnitt entsprechend dem Körperabschnitt 2 der Kassette verbunden durch wahlweise erstes Benetzen der zu verbindenden Oberflächen der Abschnitte, und dann durch Auftragen auf diese Oberflächen eines Schlamms aus einer Keramikzusammensetzung, die mit den ersten und zweiten Keramikzusammensetzungen kompatibel ist, und dann Platzieren der Füße 1 an dem Körperabschnitt 2 in der gewünschten Position. Leichter Druck kann angewendet werden, wenn die Füße 1 und der Körperabschnitt 2 verbunden werden.
Alternativ können die den Füßen 1 entsprechenden Abschnitte wie oben beschrieben behandelt werden und dann in geeignete Vertiefungen in einer Gussform für den Körperabschnitt platziert werden. Eine geeignete Keramikzusammensetzung wird dann in die Form gegossen. Die exponierten Oberflächen der den Füßen 1 entsprechenden Abschnitte werden durch die Keramikzusammensetzung benässt und nach Austrocknen entsteht ein integraler Keramikgrünling-Gegenstand.
Der so gebildete Gegenstand wird getrocknet, zum Beispiel mindestens 12 Stunden lang bei einer Temperatur von 55°C, und dann bei geeigneter Temperatur gebrannt, um den gewünschten Keramikgegenstand zu bilden. Ist das Endprodukt zum Beispiel ein Cordierit/Mullit-Keramikgegenstand, so kann der Keramikgrünling-Gegenstand in einem Tunnelofen 3 Stunden lang bei 1330°C gebrannt werden.
Die erste und die zweite Keramikzusammensetzung ist so ausgewählt, dass die entstandenen Keramikabschnitte 1, 2 im Endprodukt wie oben beschrieben passende Ausdehnungskoeffizienten haben, und weiterhin so, das die gebildeten Füße eine höhere Splitterfestigkeit haben, als der Körperabschnitt 2.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Bodenbrennplatte 10, umfassend keramische abriebfeste Füße 11 und eine Keramikkörper 12. Eine Schnittstelle (nicht gezeigt) zwischen den Füßen 11 und dem Körperabschnitt 12 verfügt über eine Keramikverbindung, die sich bildet, wenn ein Keramikgrünling-Gegenstand mit Keramikgrünling-Abschnitten, entsprechend den Füßen 11, welche verbunden sind mit einem Keramikgrünling-Abschnitt, entsprechend dem Keramikkörper 12, und die Form einer Bodenbrennplatte hat, bei erhöhter Temperatur in einem Brennvorgang in einem Brennofen gesintert wird. Die Bodenbrennplatte 10 kann erfindungsgemäß nach einem verfahren hergestellt werden, analog zum oben beschriebenen Verfahren betreffend die Dachziegelkassette, so dass die Keramikabschnitte 11, 12 im Endprodukt wie oben beschrieben passende Ausdehnungskoeffizienten haben, und weiterhin so, dass die Füße 11 eine höhere Splitterfestigkeit haben, als der Körperabschnitt 12.
4 zeigt Bodenbrennplatten 10 und Dachziegelkassetten 5 in situ auf einem Ofenwagen 20. Die Bodenbrennplatten 10 tragen Stapel von Dachziegelkassetten 5 auf dem Ofenwagen.
BEISPIELE
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die folgenden Beispiele veranschaulicht.
Beispiel 1

Vier Cordierit/Mullit-Keramikwerkstoffe mit den folgenden physikalische Eigenschaften wurden hergestellt. Werkstoffe A und B sind normale Keramikwerkstoffe zur Herstellung von keramischen Dachziegelkassetten. Werkstoffe C und D sind Keramikwerkstoffe mit erhöhter Splitterfestigkeit. Tabelle 1

		A	B	C	D
Trockenschrumpfung	%			2,29	2,24
Gesamtschrumpfung	%	1,97		3,64	3,13
def. green fired	mm	8,62		18,40	10,30

Wasserabsorption	%	15,61	25,92	19,32	17,36
Dichte	g/cm3	1,85	1,53	1,74	1,78
Porosität	%	28,9	39,7	33,6	31,0
Biegefestigkeit	MPa	24,8	20,3	41,0	36,0
Thermischer Ausdehnungskoeffizient	× 10^–6 K^–1	2,58	2,50	2,62	2,07

Cordierit	%	55,5	60,9	65,3	70,5
Mullit	%	22,5	19,2	17,1	10,5
Andalusit	%	-	0,9	-	-
Korund	%	-		-	-
Spinell	%	2,6	3,0	1,5	3,5
Cristobalit	%	2,4	2,8	3,0	3,0
Quartz	%	0,3	0,6	-	-
Amorphe Phase	%	16,8	12,4	13,1	12,5

Wasserabsorption, Dichte und Porosität wurden gemäß EN 993-1 1998 gemessen.
3-Punkte-Biegefestigkeit bei Zimmertemperatur wurde gemäß EN-993-6 1999 gemessen, mit einem METEFEM-Bending Tester XP-01; Typ MH-1/AS 102, und mit einer Probengröße von 290 × 120 × 10 mm, einer Spanne von 120 mm und bei einem Ladungsfaktor von 0,15 MPa/sec.
Thermische Ausdehnungskoeffizienten wurden gemäß EN 821-1 1998 mit einem NIETZSCH DIL 402 PC-Gerät gemessen.
Analyse der mineralischen Phase wurde gemäß EN ISO 21857-1 2007 durchgeführt.

Die Keramikwerkstoffe wurden in einem Höchstlastwiderstandstest getestet, einem Abriebtest und einem Stärketest, und die Ergebnisse sind wie folgt. Tabelle 2

Höchstlastwiderstandstest		A	B	C	D
Testgeschwindigkeit	mm/min	5,1	5,1	5,1	5,1
Breite	mm	10,46	11,31	9,99	11,07
Stärke	mm	20,27	20,87	19,93	20,46
Modul	Gpa	17,6	11,4	25,9	18,3
Bruchkraft	N	50,0	54,6	58,0	64,5
Biegekraft	MPa	66,5	58,8	87,8	75,5
Höchstlast	N	1912	1931	2321	2332

Abriebtest

Durchschnittlicher Gewichtsverlust	g	0,91	1,31	0,98	0,73
Durchschnittlicher Gewichtsverlust	%	4,99	8,79	6,02	3,18

Stärketest K1c Test – gekerbte Stangen
Durchschnitt	[Pa·m1/2]	1,40	1,04	1,55	1,63
Standardabweichung	[Pa·m1/2]	0,10	0,04	0,15	0,04

Der in 5 beschriebene Höchstlastwiderstandstest wurde eingesetzt. Die Einzelheiten des eingesetzten Abriebtests sind in 6 gezeigt. Der Stärketest war der K_1c-Test mit einer Stange mit Dimensionen 15 mm (Höhe) × 20 mm (Breite) und 150 mm (Länge) und einer Kerbe mit einer Tiefe von 5,25 mm und einer Spanne von 120 mm.
Wie in den Daten gezeigt, sind die Keramikwerkstoffe C und D bedeutend splitterfester als Keramikwerkstoffe A und B und sind daher geeignet als Fußabschnitte von Dachziegelkassetten, wobei der Körperabschnitt der Kassette aus Keramikwerkstoff A oder B hergestellt ist.
Die für die Fußabschnitte verwendeten Werkstoffe C und D haben thermische Ausdehnungskoeffizienten, die mit denen der für den Körperabschnitt verwendeten Werkstoffe A und B übereinstimmen. Daher wird bei Betrieb der Kassette keine Rissbildung an den Schnittstellen der Fuß- und Körperabschnitte zwischen einem aus Keramikwerkstoff A oder B mit einem aus Keramikwerkstoff C oder D erwartet.
Beispiel 2
Eine H-Kassette wird gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Zuerst wird ein keramisches Oberflächenelement wie folgt hergestellt. Das keramische Oberflächenelement wird durch herkömmliches Schlickergießen geformt. Die Gussform der Oberflächenelemente entspricht den erforderten Größen der H-Kassettenfüße unter Berücksichtigung eines Schrumpffaktors. Der benutzte Werkstoff entspricht Tabelle 1, Spalte C. Die Füße werden mit der angepassten Gussform gegossen; das aus der Form entnommene Produkt ist also ein festes Keramikgrünling-Oberflächenelement.
Acht wie beschrieben vorgeformte Keramikgrünling-Oberflächenelemente werden in acht dazu bestimmte Positionen der H-Kassettenfüße der Gipsform der H-Kassette platziert. Es ist Vorbedingung, dass die Formen der Größen aller Keramikgrünling-Oberflächenelemente und die gewollten Fußpositionen zueinander passen, damit eine echte geometrische Passung und Fixierung entsteht. Die H-Kassettengussform, welche aus mindestens zwei Teilen besteht, wird zu der benutzerfertigen Gussform zusammengesetzt, so dass der Keramikschlicker des Basiskörpers in die Form gegossen werden kann. Der eingeführte Schlicker füllt die gesamte Form und bedeckt alle 8 Oberflächenelemente – d. h. der Schlicker bedeckt und benässt die Keramikgrünling-Oberflächenelemente. Die Gipsform entfernt nach und nach das Wasser aus dem Schlicker, der Schlicker verfestigt sich soweit, dass die Gussformelemente sicher geöffnet werden können. Die Oberflächenelemente und der Basiskörper bilden eine uniforme monolithische H-Kassette.
Die H-Kassette mit integrierten Oberflächenelementen wird auf angepassten Trockenaufsätzen aus Gips getrocknet. Das Trocknen erfolgt bei Zimmertemperatur mit einer Nachtrocknung bei erhöhter Temperatur.
Die getrocknete H-Kassette wird gemäß der besten Ofeneinstellungsanordnung entweder waagerecht oder senkrecht gebrannt. Der Brennkreislauf dauert normalerweise 48 Stunden bei einer Höchsttemperatur von bis zu 1400°C.
Die gebrannten Kassetten durchlaufen eine 100%ige Qualitätskontrolle für optisch sichtbare Mängel wie Risse, Flecken oder Absplitterungen. Die passende Verbindung zwischen dem Oberflächenelement und dem Basiskörper wird besonders beachtet. Geometrisches Abmessen und Verarbeitung werden je nach Spezifizierung durchgeführt.
Die H-Kassette kann auch in einer geeigneten Testvorrichtung getestet werden, in welcher die H-Kassette aus einer vorbestimmten Höhe auf Stahlkugeln (2 pro Fuß) fällt. Beschädigungen an den Füßen können dann visuell begutachtet werden und zwischen den unterschiedlichen Werkstoffen verglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007/132276 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 821-1 1998 [0017]
ASTM C 1421 [0018]
EN-993-6 1999 [0020]
EN 993-1 1998 [0048]
EN-993-6 1999 [0049]
EN 821-1 1998 [0050]
EN ISO 21857-1 2007 [0051]

Claims

Ofenausstattungselement, umfassend keramische Oberflächenabschnitte, die integral mit einem keramischen Körperabschnitt gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikwerkstoffe der keramischen Oberflächenabschnitte und des keramischen Körperabschnitts passende Ausdehnungskoeffizienten haben, und dass der Keramikwerkstoff der keramischen Oberflächenabschnitte eine höhere Splitterfestigkeit hat als der Keramikwerkstoff des Körperabschnitts.
Ofenausstattungselement gemäß Anspruch 1, welches eine Kassette zum Brennen eines Dachziegels ist.
Ofenausstattungselement gemäß Anspruch 1, welches eine Brennplatte zur Verwendung als Aufsetzvorrichtung in einem Ofenwagen ist.
Ofenausstattungselement gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Biegefestigkeit der keramischen Oberflächenabschnitte höher ist, als die Biegefestigkeit des keramischen Körperabschnitts.
Ofenausstattungselement gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Höchstlastwiderstand der keramischen Oberflächenabschnitte höher ist, als der Höchstlastwiderstand des keramischen Körperabschnitts.
Ofenausstattungselement gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Bruchfestigkeit der keramischen Oberflächenabschnitte höher ist, als die Bruchfestigkeit des keramischen Körperabschnitts.
Ofenausstattungselement gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, wobei der Keramikwerkstoff der Oberflächenabschnitte und des Körperabschnitts ein Werkstoff auf Cordierit-Mullit-Basis ist.
Ofenausstattungselement gemäß Anspruch 7, wobei der Cordierit-Mullit-Werkstoff einen Cordierit-Anteil von 40 bis 80 Gew.-% hat und einen Mullit-Anteil von 2 bis 30 Gew.-%.
Herstellungsverfahren für ein Ofenausstattungselement, umfassend (a) Bereitstellen eines Keramikgrünling-Gegenstands, geformt zur Verwendung als Ofenausstattungselement; und (b) Sintern des Gegenstands bei hoher Temperatur, so dass das Ofenausstattungselement erhalten wird; wobei der gegossene Keramikgegenstand einen Keramikgrünling-Körperabschnitt und mit dem Körperabschnitt integrale Keramikgrünling-Einführabschnitte umfasst, wobei die Zusammensetzung der Keramikgrünling-Abschnitte so ausgewählt ist, dass nach Sintern der Keramikwerkstoff der entstandenen keramischen Oberflächenabschnitte und der Keramikwerkstoff des entstandenen keramischen Körperabschnitts passende Ausdehnungskoeffizienten haben, und dass der Keramikwerkstoff der entstandenen Oberflächenabschnitte eine höhere Splitterfestigkeit hat, als der Keramikwerkstoff des entstandenen Körperabschnitts.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 9, wobei die keramischen Einführabschnitte getrennt vom Körperabschnitt gegossen werden.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Körperabschnitt geformt wird durch Gießen einer Gusszusammensetzung in eine Gussform, in welcher die keramischen Oberflächenabschnitte bereits vorhanden sind, um den gegossenen Keramikgegenstand zum Sintern zu bilden.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Körperabschnitt und die keramischen Oberflächenabschnitte getrennt voneinander gegossen werden, und wobei nach dem Gießen der gegossene Körperabschnitt mit den gegossenen keramischen Oberflächenabschnitten verbunden wird, so dass der gegossene Keramikgegenstand zum Sintern gebildet wird.