DE102013004101B4 - Composition, method of making a composite, use of the composition, and composite - Google Patents

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Abstract

Zusammensetzung, geeignet zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, enthaltend – Siliciumcarbid, wobei das Siliciumcarbid weniger als 0,3 Gew.-% freies Silicium enthält und der Anteil an Siliciumcarbid in der Zusammensetzung 60-90 Gew.-% beträgt, – und mindestens ein Silikate enthaltendes anorganisches Bindemittel, wobei es sich bei den Silikaten zumindest teilweise um Wasserglas handelt und der Anteil an Wasserglas in der Zusammensetzung 2-40 Gew.-% beträgt.Composition suitable for producing a composite material containing - silicon carbide, the silicon carbide containing less than 0.3% by weight of free silicon and the proportion of silicon carbide in the composition being 60-90% by weight, - and at least one containing silicates inorganic binder, the silicates being at least partially water glass and the proportion of water glass in the composition being 2-40% by weight.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, enthaltend 60-90 Gew.-% Siliciumcarbid und mindestens ein anorganisches Bindemittel, welche zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs geeignet ist, wobei es sich bei dem anorganischen Bindemittel zumindest teilweise um Wasserglas handelt.The invention relates to a composition according to claim 1, containing 60-90 wt .-% of silicon carbide and at least one inorganic binder, which is suitable for the production of a composite material, wherein the inorganic binder is at least partially water glass.

Maschinenteile sind regelmäßig hohen Beanspruchungen ausgesetzt, die zu Verschleiß führen können. In besonderem Maße gilt dies beispielsweise für Pumpen und Pumpenteile, wenn diese zur Förderung von abrasiven, erosiven und/oder korrosiven Medien eingesetzt werden. Um den Verschleiß in Grenzen zu halten, lassen sich grundsätzlich hochlegierte, korrosionsbeständige Stähle verwenden. Weiter verbessern lassen sich die Standzeiten durch Verwendung von Verbundwerkstoffen, mit denen die besonders stark beanspruchten Maschinenteile beschichtet werden. Ggf. können auch einzelne Bauteile selbst aus entsprechenden Verbundwerkstoffen hergestellt werden. Solche Verbundwerkstoffe, bei denen es sich um einen Mineralguss handelt, sind beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung WO 95/17297 A1 bekannt.Machine parts are regularly exposed to high stresses, which can lead to wear. This is especially true, for example, for pumps and pump parts when they are used to convey abrasive, erosive and / or corrosive media. In order to limit wear, it is generally possible to use high-alloy, corrosion-resistant steels. The service life can be further improved by using composite materials with which the machine parts subject to particularly high stress are coated. Possibly. Also, individual components themselves can be made from appropriate composite materials. Such composites, which is a mineral casting, are for example from the international patent application WO 95/17297 A1 known.

Als Mineralguss wird hier ein Gemisch aus chemisch beständigem und temperaturfestem Reaktionsharz mit geeigneten Füllstoffen verwendet. Besonders geeignet als Füllstoff ist Siliciumcarbid, typischerweise weist der Mineralguss insgesamt eine Zusammensetzung von 60–90 Gew.-% Füllstoff und 10–40 Gew.-% Reaktionsharz auf. Als Reaktionsharz bzw. Bindemittel wurde bislang Epoxidharz, Vinylesterharz oder Polymethylmethacrylat (PMMA) verwendet.As a mineral casting here is a mixture of chemically resistant and temperature-resistant reaction resin used with suitable fillers. Particularly suitable as a filler is silicon carbide, typically the mineral casting has a total composition of 60-90 wt .-% filler and 10-40 wt .-% of the reaction resin. Epoxy resin, vinyl ester resin or polymethyl methacrylate (PMMA) has hitherto been used as the reaction resin or binder.

Grundsätzlich lässt sich auf diese Weise ein guter Verschleiß- und Korrosionsschutz erreichen, es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei besonders starker Beanspruchung aufgrund hoher Temperatur oder durch Chemikalien, insbesondere Säuren, die Korrosionsbeständigkeit teilweise noch nicht ausreichend ist.In principle, good wear and corrosion protection can be achieved in this way, but it has been found that under particularly high stress due to high temperature or due to chemicals, in particular acids, the corrosion resistance is in some cases not sufficient.

Ausgehend vom vorbeschriebenen Stand der Technik stellt sich somit die Aufgabe, eine Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs geeignet ist, der über eine noch bessere Beständigkeit, insbesondere gegenüber hohen Temperaturen und Säuren verfügt.Based on the above-described prior art thus has the task of providing a composition which is suitable for the production of a composite material which has an even better resistance, in particular to high temperatures and acids.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zusammensetzung nach Anspruch 1.This object is achieved by a composition according to claim 1.

Überraschend hat sich herausgestellt, dass die Eigenschaften eines Verbundwerkstoffs auf Siliciumcarbidbasis sich weiter verbessern lassen, wenn als Bindemittel anstelle eines Epoxidharzes aus dem Stand der Technik silikatische Bindemittel, insbesondere Wasserglas verwendet werden. Bei Wasserglas handelt es sich um glasartige, amorphe Natrium- und/oder Kaliumsilikate. Im Gegensatz zu anderen Silikaten sind Alkalisilikate wasserlöslich. Der Anteil des Wasserglas beträgt 6–40 Gew.-%, bevorzugt 11–40 Gew.-% und besonders bevorzugt 21–40 Gew.-%.Surprisingly, it has been found that the properties of a silicon carbide-based composite material can be further improved if silicate binders, in particular water glass, are used as the binder instead of an epoxy resin from the prior art. Water glass is glassy, amorphous sodium and / or potassium silicates. In contrast to other silicates, alkali silicates are water-soluble. The proportion of water glass is 6-40 wt .-%, preferably 11-40 wt .-% and particularly preferably 21-40 wt .-%.

Das Siliciumcarbid muss einen reduzierten Gehalt an freiem Silicium von weniger als 0,3 Gew.-% aufweisen. Handelsübliches Siliciumcarbid enthält 0,7–1 Gew.-% Silicium, bei der Reaktion des Siliciums mit basischem Silikat als Bindemittel in Gegenwart von Wasser wird jedoch Wasserstoff frei, was mit Blasenbildung verbunden ist. Dies kann dazu führen, dass sich im Verbundwerkstoff Hohlräume ausbilden. Um eine poröse Struktur des Verbundwerkstoffs zu vermeiden, muss daher Siliciumcarbid ohne freies Silicium verwendet werden. Der Anteil an freiem Silicium im Siliciumcarbid beträgt bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-%, weiter bevorzugt weniger als 0,01 Gew.-%.The silicon carbide must have a reduced free silicon content of less than 0.3% by weight. Commercially available silicon carbide contains 0.7-1% by weight of silicon, but the reaction of silicon with basic silicate as a binder in the presence of water releases hydrogen, which is associated with bubbling. This can lead to cavities forming in the composite material. In order to avoid a porous structure of the composite, therefore, silicon carbide without free silicon must be used. The proportion of free silicon in the silicon carbide is preferably less than 0.1 wt .-%, more preferably less than 0.01 wt .-%.

Es werden zwar in der europäischen Patentschrift EP 0 675 862 B1 (deutsche Übersetzung: DE 693 09 105 T2 ) bereits feuerfeste Zusammensetzungen beschrieben, die ein teilchenförmiges Feuerfestmaterial, z. B. Siliciumcarbid und ein anorganisches Bindemittel wie eine mikroverkapselte Natriumsilikatlösung (Wasserglas) enthalten. Ebenso nennt die deutsche Offenlegungsschrift DE 31 33 354 A1 Wasserglaskitte, die als Füllstoff Siliciumcarbid enthalten können. Die WO 2009/121888 A1 beschreibt Kombinationwerkstoffe insbesondere für Fertigbauteile für den Hoch- und Tiefbau, die mindestens ein anorganisches Bindemittel und ein Fasermaterial enthalten, wobei Zusätze zur Erhöhung des Verschleißwiderstands wie Diamant und Siliciumcarbid möglich sind. Erfindungsgemäß überraschend war jedoch, dass sich die Qualität des erhaltenen Materials erheblich verbessern lässt, wenn Siliciumcarbid mit reduziertem Gehalt an freiem Silicium verwendet wird.Although they are in the European patent specification EP 0 675 862 B1 (German translation: DE 693 09 105 T2 ) already described fireproof compositions comprising a particulate refractory material, e.g. As silicon carbide and an inorganic binder such as a microencapsulated sodium silicate solution (water glass). Similarly, the German patent application mentions DE 31 33 354 A1 Wasserglaskitte, which may contain silicon carbide as a filler. The WO 2009/121888 A1 describes combination materials, in particular for prefabricated structural and civil engineering components, which contain at least one inorganic binder and one fiber material, with additives for increasing the wear resistance such as diamond and silicon carbide being possible. However, it was surprising according to the invention that the quality of the material obtained can be considerably improved if silicon carbide with reduced free silicon content is used.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung lässt sich zur Herstellung komplexer Bauteile ebenso verwenden wie für Beschichtungen, die auf besonders beanspruchte Flächen, insbesondere Metallflächen aufgetragen werden können. Im Fall einer Auftragung als Beschichtung kann es sich sowohl um einen vorbeugenden Schutz als auch um die Wiederherstellung abgetragener Metallflächen handeln. In diesem Fall wird der fertig eingesetzte Verbundwerkstoff in noch nicht ausgehärteter, verstreichbarer Form auf die zu bearbeitenden Oberflächen aufgetragen, wo anschließend die Aushärtung erfolgt, um die gewünschte Schutzwirkung herbeizuführen.The composition of the invention can be used for the production of complex components as well as for coatings that can be applied to particularly stressed surfaces, in particular metal surfaces. In the case of a coating application, it can be both a preventative protection and the restoration of eroded metal surfaces. In this case, the ready-applied composite is applied in uncured, spreadable form on the surfaces to be processed, where then the curing takes place in order to bring about the desired protective effect.

Es hat sich herausgestellt, dass selbst bei Schichtdicken von lediglich 3 mm eine hohe Säurebeständigkeit sowie eine Wasserdruckbeständigkeit von 5 bar erzielt werden kann. Beispielsweise wird eine hohe Beständigkeit gegenüber konzentrierten anorganischen Säuren wie Salpetersäure, Salzsäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure, organischen Säuren sowie Lösungsmitteln erzielt. Die Temperaturbeständigkeit des Verbundwerkstoffs liegt normalerweise bei mindestens 700°C und teilweise bei bis zu 1.350°C. Im Gegensatz dazu haben sich bei Verwendung eines Epoxidharz-Bindemittels Temperaturen von mehr als 130°C als problematisch erwiesen. It has been found that even with layer thicknesses of only 3 mm high acid resistance and a water pressure resistance of 5 bar can be achieved. For example, a high resistance to concentrated inorganic acids such as nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid, organic acids and solvents is achieved. The temperature resistance of the composite is normally at least 700 ° C and sometimes up to 1,350 ° C. In contrast, when using an epoxy resin binder, temperatures in excess of 130 ° C have proven problematic.

Auch die mechanische Verschleißfestigkeit ist besonders hoch, was mit der Verwendung des Siliciumcarbids zusammenhängt. Hierbei handelt es sich um ein Material mit extrem hohem Härtegrad, das auf der Mohs-Skala einen Wert von 9,5 erreicht und damit dem Diamant (10,0) nahekommt. Grundsätzlich wird die Verschleißfestigkeit durch einen hohen Füllgrad an Siliciumcarbid verbessert, weshalb erfindungsgemäß mindestens 60 Gew.-% Siliciumcarbid verwendet werden. Bevorzugt sind Anteile von 65–90, weiter bevorzugt 70–90, insbesondere 75–85 Gew.-%.Also, the mechanical wear resistance is particularly high, which is related to the use of silicon carbide. This is a material with an extremely high degree of hardness, which reaches a value of 9.5 on the Mohs scale and thus comes close to the diamond (10.0). Basically, the wear resistance is improved by a high degree of filling of silicon carbide, which is why according to the invention at least 60 wt .-% silicon carbide are used. Preferred are proportions of 65-90, more preferably 70-90, in particular 75-85 wt .-%.

Bei dem verwendeten Wasserglas kann es sich sowohl um Natron- als auch um Kaliwasserglas so wie um Mischungen hieraus handeln. Das Verhältnis von Na2O bzw. K2O zu SiO2 beträgt typischerweise 1:1 bis 1:4. Die Verwendung von Wasserglas als Bindemittel ist zwar grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der EP 1 081 114 A1 , die hier beschriebene Baustoffmischung bezieht sich jedoch nicht auf Werkstoffe auf Siliciumcarbidbasis.The water glass used may be both soda and potassium water glass as well as mixtures thereof. The ratio of Na 2 O or K 2 O to SiO 2 is typically 1: 1 to 1: 4. The use of water glass as a binder is in principle known, for example from the EP 1 081 114 A1 However, the building material mix described here does not relate to silicon carbide based materials.

Zur Herstellung des Verbundwerkstoffs wird silikatisches Bindemittel enthaltend Wasserglas vorgelegt, vorzugsweise in Pulverform, mit Siliciumcarbid gemischt, woraufhin durch Zugabe von Wasser eine gieß- und spachtelbare Masse erzeugt wird. Diese kann weiterverarbeitet, beispielsweise auf die zu beschichtenden Flächen aufgetragen oder zur Herstellung von Formkörpern verwendet werden. Neben Gießen und Spachteln sind auch andere Verfahren zum Auftragen der Masse wie Sprühen, Spritzen, Streichen oder Rollen denkbar. Die Aushärtung kann bei Raumtemperatur erfolgen.For the preparation of the composite silicate binder containing water glass is presented, preferably in powder form, mixed with silicon carbide, whereupon by adding water, a pourable and fachtelbare mass is generated. This can be further processed, for example, applied to the surfaces to be coated or used for the production of moldings. Besides pouring and filling, other methods of applying the compound, such as spraying, spraying, brushing or rolling, are also conceivable. The curing can be carried out at room temperature.

Die Zusammensetzung kann weitere Bestandteile als Zuschlagstoffe enthalten, beispielsweise neben dem Wasserglas weitere Silikate wie Calcium-Silikat-Hydrat, Hüttensand, Flugasche, Trassmehl, Ziegelmehl, Ölschiefer, Quarzsand, Schlacke, Glas oder Silikapartikel. Der Anteil am Gesamtverbundwerkstoff dieser zusätzlichen Bestandteile kann bis zu 38 Gew.-% betragen. Mit Hilfe dieser Zuschlagstoffe können die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs insgesamt je nach Bedarf eingestellt werden.The composition may contain other ingredients as additives, for example, in addition to the water glass other silicates such as calcium silicate hydrate, blastfurnace, fly ash, trass, brick, oil shale, quartz sand, slag, glass or silica particles. The proportion of the total composite material of these additional constituents can be up to 38% by weight. With the help of these additives, the properties of the composite material can be adjusted as needed.

Neben Siliciumcarbid kann die Zusammensetzung auch weitere die Abrasions- und Korrosionsbeständigkeit verbessernde Bestandteile aufweisen. Hierbei handelt es sich insbesondere um Metalloxide, beispielsweise Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid. Das zusätzlich eingesetzte Metalloxid kann dabei auch einer Erhöhung des Füllstoffsanteils an Materialien mit hohem Härtegrad dienen, wie es in der DE 102 47 280 A1 beschrieben wird. insbesondere können Siliciumcarbidpartikel vergleichsweise grober Körnung kombiniert werden mit Metalloxidpartikeln feinerer Körnung, so dass die Metalloxidkörner die Zwischenräume zwischen den Siliciumcarbidpartikeln besetzen. Auf diese Weise kann der Anteil an hochabrasionsbeständigen Füllstoffen erhöht werden, ohne dass die Verarbeitbarkeit darunter leitet. Beim Verstreichen können die gröberen Siliciumcarbidpartikel an den feineren, typischerweise runden Metalloxidpartikeln entlang gleiten, so dass man eine insgesamt weiterhin gut verarbeitbare Masse erhält (vgl. Beispiel 2).In addition to silicon carbide, the composition may also have other abrasion and corrosion resistance improving ingredients. These are, in particular, metal oxides, for example aluminum oxide or zirconium oxide. The additionally used metal oxide can also serve to increase the proportion of filler in materials with a high degree of hardness, as described in US Pat DE 102 47 280 A1 is described. In particular, silicon carbide particles of comparatively coarse grain size can be combined with metal oxide particles of finer grain size such that the metal oxide grains occupy the interstices between the silicon carbide particles. In this way, the proportion of high-abrasion resistant fillers can be increased without the processability passes under it. On spreading, the coarser particles of silicon carbide can slide along the finer, typically round, metal oxide particles, so as to obtain a composition that continues to be easy to process overall (see Example 2).

In diesem Fall weisen die Metalloxidpartikel vorzugsweise eine mittlere Korngröße von vorzugsweise ≤ 50 μm, weiter bevorzugt ≤ 10 μm auf. im Gegensatz dazu ist die Korngröße des Siliciumcarbids in der Regel höher. Die mittlere Korngröße des Siliciumcarbids beträgt typischerweise weniger als 3 mm, bevorzugt weniger als 1 mm, wobei diese Angaben unabhängig von der Verwendung eines zusätzlichen Metalloxids gelten. Der Anteil des Metalloxids am Verbundwerkstoff kann bevorzugt 10–20 Gew.-% betragen.In this case, the metal oxide particles preferably have an average particle size of preferably ≦ 50 μm, more preferably ≦ 10 μm. in contrast, the grain size of the silicon carbide is usually higher. The mean grain size of the silicon carbide is typically less than 3 mm, preferably less than 1 mm, which information applies regardless of the use of an additional metal oxide. The proportion of the metal oxide in the composite may preferably be 10-20% by weight.

Bevorzugt ist es, Siliciumcarbid unterschiedlicher Körnung einzusetzen, insbesondere kann die Hauptmenge des Siliciumcarbids eine relativ grobe Körnung aufweisen, während eine kleinere Menge des Siliciumcarbids eine feinere Körnung hat. Auf diese Weise wird ein ähnlicher Effekt erzielt, wie er oben im Zusammenhang mit den Metalloxiden beschrieben wurde, d. h. die gröberen Siliciumcarbidpartikel können an den feinen Siliciumcarbidpartikeln entlang gleiten, was mit einer Verbesserung der Verarbeitbarkeit bei gleichzeitig hohem Gehalt an Siliciumcarbid insgesamt verbunden ist. Beispielsweise können 5–40%, bevorzugt 10–30%, besonders bevorzugt ca. 25 % des Silicumcarbids eine Korngröße ≤ 0,1 mm aufweisen.It is preferred to use silicon carbide different grains, in particular, the majority of the silicon carbide may have a relatively coarse grain, while a smaller amount of the silicon carbide has a finer grain size. In this way a similar effect is achieved as described above in connection with the metal oxides, i. H. The coarser particles of silicon carbide can slide along the fine particles of silicon carbide, which is associated with an improvement in processability and high content of silicon carbide as a whole. For example, 5-40%, preferably 10-30%, particularly preferably about 25% of the silicon carbide have a particle size ≤ 0.1 mm.

Möglich ist es auch, der Zusammensetzung Fasern, insbesondere anorganische Fasern zuzusetzen, die die Festigkeit weiter erhöhen. Insbesondere kann es sich dabei um Glasfasern handeln, denkbar wäre jedoch auch der Einsatz von Metallfasern.It is also possible to add to the composition fibers, in particular inorganic fibers, which further increase the strength. In particular, these may be glass fibers, but the use of metal fibers would also be conceivable.

Um die Anhangfähigkeit des Verbundwerkstoffs zu erhöhen, was insbesondere bei der Verwendung als Reparaturmasse von Vorteil sein kann, ist es möglich, hochdisperses SiO2 zuzusetzen. Besonders geeignet ist dabei das unter dem Namen Aerosil bekannte SiO2. Dies erhöht die Anhangfähigkeit einer Masse insbesondere an senkrechten Oberflächen. Gleichzeitig wird es auf diese Weise möglich, eine Masse in dickeren Schichten aufzutragen, ohne dass sie dabei verläuft und ihre Form verliert.In order to increase the ability to attach the composite, which may be advantageous in particular when used as a repair material, it is possible to add highly dispersed SiO 2 . Particularly suitable is the known under the name Aerosil SiO 2 . This increases the attachment ability of a mass, in particular on vertical surfaces. At the same time it is possible in this way to apply a mass in thicker layers without it running and losing its shape.

Neben der erfindungsgemäßen Zusammensetzung selbst betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs wie oben beschrieben, die Verwendung der Zusammensetzung sowie den Verbundwerkstoff selbst. Dabei wird die Zusammensetzung mit Wasser gemischt, bevor eine Aushärtung der Mischung erfolgt. In der Regel wird das anorganische Bindemittel zusammen mit dem Siliciumcarbid vorgelegt, bevor das Wasserglas in Wasser gelöst wird. Sinnvoll ist es, bei der Herstellung der Mischung ein Vakuum anzulegen bzw. die Mischung vor dem Einbringen in eine Gießform zu entgasen, um unerwünschte Lufteinschlüsse im Material zu vermeiden. Zweckmäßigerweise wird ein Unterdruck von weniger als 80, bevorzugt weniger als 20 mbar angelegt. Die Mischung kann auf unterschiedliche Art und Weise weiterverarbeitet werden, beispielsweise kann die Mischung auf eine (Metall)oberfläche aufgetragen werden, um diese mit einer Schutzschicht zu versehen oder auszubessern, ebenso können mit Hilfe der Mischung Formkörper hergestellt werden, um ganze Bauteile aus dem Verbundwerkstoff herzustellen. Nach der Verarbeitung erfolgt die Aushärtung, diese kann bei Raumtemperatur oder alternativ in einem Temperofen bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden. Durch Wärmezufuhr wird überschüssiges Wasser schneller verdampft, so dass der Härteprozess beschleunigt wird. Es kann auch eine abgestufte Aushärtung vorgenommen werden, wie dies in der WO 95/17297 A1 beschrieben und auf die insofern Bezug genommen wird.In addition to the composition according to the invention itself, the invention also relates to a method for producing a composite material as described above, the use of the composition and the composite itself. The composition is mixed with water before the mixture is cured. As a rule, the inorganic binder is introduced together with the silicon carbide before the water glass is dissolved in water. It makes sense to apply a vacuum during the preparation of the mixture or to degas the mixture before introduction into a casting mold in order to avoid undesired air pockets in the material. Conveniently, a negative pressure of less than 80, preferably less than 20 mbar is applied. The mixture can be further processed in various ways, for example, the mixture can be applied to a (metal) surface to provide or repair them with a protective layer, as well as with the aid of the mixture moldings can be made to complete components of the composite material manufacture. After processing, the curing takes place, this can be carried out at room temperature or alternatively in an annealing oven at elevated temperature. By supplying heat excess water is evaporated faster, so that the hardening process is accelerated. It can also be made a graded curing, as in the WO 95/17297 A1 described and to which reference is made.

Der Mischung kann bei der Herstellung des Verbundwerkstoffs ein Wasserglashärter zugesetzt werden. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein Phosphat, beispielsweise Aluminiumphosphat, das im alkalischen Milieu des Wasserglases langsam hydrolysiert, so dass Kieselsäure kontrolliert ausfällt und eine Aushärtung der Masse erfolgt. Möglich ist auch die Verwendung einer Säure als Wasserglashärter, wobei es sich sowohl um organische als auch um anorganische Säuren handeln kann.A water glass hardener may be added to the mixture in the manufacture of the composite. This is in particular a phosphate, for example aluminum phosphate, which hydrolyzes slowly in the alkaline medium of the water glass, so that silica precipitates in a controlled manner and the mixture is cured. It is also possible to use an acid as a water glass hardener, which may be both organic and inorganic acids.

Um die Eigenschaften der Mischung, beispielsweise auch bei der Aushärtung zu beeinflussen, können der Mischung Inhibitoren, hydraulische und/oder puzzolanische Komponenten zugesetzt werden. Durch den Einsatz von Inhibitoren kann die Abbindereaktion, d. h. die Aushärtung bei Bedarf verlangsamt werden, so dass dem Benutzer mehr Zeit verbleibt, eine Verarbeitung der Masse vorzunehmen. Mit Hilfe der (latent) hydraulischen oder puzzolanischen Komponenten kann der Verbundwerkstoff für die Verwendung im alkalischen oder sauren Milieu optimiert werden. Zur Steuerung der Abbindereaktion ist auch der Zusatz von Metallsalzen, insbesondere Alkalisalzen möglich.In order to influence the properties of the mixture, for example also during the curing, inhibitors, hydraulic and / or pozzolanic components can be added to the mixture. Through the use of inhibitors, the setting reaction, i. H. the curing is slowed down as needed, leaving more time for the user to process the mass. With the aid of (latent) hydraulic or pozzolanic components, the composite material can be optimized for use in an alkaline or acidic environment. To control the setting reaction and the addition of metal salts, in particular alkali metal salts is possible.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der Zusammensetzung zur Beschichtung oder Reparatur von Oberflächen, insbesondere Metalloberflächen. Eine solche Beschichtung hat typischerweise eine Dicke von wenigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung der Zusammensetzung zur Herstellung von Formkörpern mit hoher Abrasions- und Korrosionsbeständigkeit. Insbesondere kann der Verbundwerkstoff für Pumpengehäuse und Pumpenbauteile eingesetzt werden. Möglich ist es auch, ein Element aus dem Verbundwerkstoff an einem Bauteil indirekt über ein Verankerungselement festzulegen, wie dies in der DE 103 27 494 A1 geschildert wird.The invention also relates to the use of the composition for coating or repairing surfaces, in particular metal surfaces. Such a coating typically has a thickness of a few millimeters to a few centimeters. Moreover, the invention relates to the use of the composition for the production of moldings with high abrasion and corrosion resistance. In particular, the composite material for pump housing and pump components can be used. It is also possible to define an element of the composite material on a component indirectly via an anchoring element, as shown in the DE 103 27 494 A1 is described.

Bei der Auskleidung von Bauteilen wie z. B. Pumpengehäusen mit dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff ist die Behandlung der auszukleidenden Fläche des Bauteils vor dem Ausgießen mit einem Trennmittel von Vorteil. Aufgrund der Verwendung eines solchen Trennmittels besteht nach dem Auskleiden keine feste Verbindung zwischen Verbundwerkstoff und Stahlhülle, so dass es nicht zu Zerstörungen des Verbundwerkstoffs durch Temperaturunterschiede zwischen äußerem Bauteil und innerer Auskleidung oder durch unterschiedliche Ausdehnung aufgrund verschiedener Ausdehnungskoeffizienten kommen kann. Die durch Temperaturunterschiede bzw. unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten herbeigeführte abweichende Ausdehnung kann von dem durch das Trennmittel erzeugten Spalt zwischen Bauteil und Auskleidung aufgenommen werden. Die Verwendung solcher Trennmittel ist aus der WO 2004/033919 A1 bekannt.When lining components such. As pump housings with the composite material according to the invention, the treatment of the surface to be lined of the component prior to pouring with a release agent is advantageous. Due to the use of such a release agent, there is no firm connection between the composite material and the steel sheath after lining, so that no destruction of the composite material can occur due to temperature differences between the outer component and the inner lining or due to different expansion due to different coefficients of expansion. The deviating expansion caused by temperature differences or different coefficients of expansion can be absorbed by the gap between component and lining produced by the release agent. The use of such release agents is known from WO 2004/033919 A1 known.

Beispiele:Examples:

Beispiel 1: Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird 1 kg Verbundwerkstoff erzeugt durch Vorlegen von 300 g Wasserglas, 620 g Siliciumcarbid einer groben Sieblinie und 80 g Siliciumcarbid einer feinen Sieblinie, wobei das Siliciumcarbid von Silicium befreit wurde. Da die grobe Sieblinie auch feinkörniges Siliciumcarbid enthält, weisen insgesamt ca. 25 % des Siliciumcarbids eine Korngröße ≤ 0,1 mm auf. Zugegeben werden 200 g Wasser. Nach Durchmischung kann das Material verarbeitet werden, bevor es aushärtet. Beim Aushärteprozess entweicht das Wasser praktisch vollständig, so dass sich der reine, ausgehärtete Verbundwerkstoff ergibt.Example 1: According to one embodiment of the invention, 1 kg of composite material is produced by placing 300 g of waterglass, 620 g of silicon carbide of a coarse grading curve and 80 g of silicon carbide of a fine grading curve, wherein the silicon carbide has been freed of silicon. Since the rough grading curve also contains fine-grained silicon carbide, a total of about 25% of the silicon carbide has a particle size ≤ 0.1 mm. 200 g of water are added. After mixing, the material can be processed before it hardens. In the curing process, the water escapes almost completely, resulting in the pure, cured composite material.

Das erhaltene Material ist in hohem Maße beständig gegen Chemikalien, auch aggressiver Art. Darüber hinaus zeichnet es sich durch eine hohe mechanische Belastbarkeit mit hohem Abriebwiderstand und Hitzebeständigkeit bis zu 1350°C ohne Rissbildung aus. Das Material haftet gut am Untergrund und lässt sich somit gut verarbeiten.The material obtained is highly resistant to chemicals, including aggressive nature. In addition, it is characterized by a high mechanical strength with high abrasion resistance and heat resistance up to 1350 ° C without cracking. The material adheres well to the substrate and can therefore be processed well.

Beispiel 2: Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird 1 kg Verbundwerkstoff erzeugt durch Vorlegen von 214 g silikatischem Bindemittel (insbesondere Wasserglas), 643 g Siliciumcarbid und 143 g Al2O3, wobei das Siliciumcarbid von Silicium befreit wurde. Zugegeben werden 143 g Wasser. Nach Durchmischung kann das Material verarbeitet werden, bevor es aushärtet. Beim Aushärteprozess entweicht das Wasser praktisch vollständig, so dass sich der reine, ausgehärtete Verbundwerkstoff ergibt.Example 2: According to this embodiment of the invention, 1 kg of composite material is produced by presenting 214 g of silicate binder (especially waterglass), 643 g of silicon carbide and 143 g of Al 2 O 3 , the silicon carbide being freed of silicon. Added are 143 g of water. After mixing, the material can be processed before it hardens. In the curing process, the water escapes almost completely, resulting in the pure, cured composite material.

Im Vergleich zu Beispiel 1 konnte durch Zusatz von Aluminiumoxid der Füllstoffanteil (SiC, Al2O3) weiter erhöht und der Bindemittelanteil verringert werden, ohne dass die Verarbeitbarkeit der Zusammensetzung dadurch beeinträchtigt wird.Compared to Example 1, by adding alumina, the filler content (SiC, Al 2 O 3 ) could be further increased and the binder content reduced, without affecting the processability of the composition.

Claims (14)

Zusammensetzung, geeignet zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, enthaltend – Siliciumcarbid, wobei das Siliciumcarbid weniger als 0,3 Gew.-% freies Silicium enthält und der Anteil an Siliciumcarbid in der Zusammensetzung 60-90 Gew.-% beträgt, – und mindestens ein Silikate enthaltendes anorganisches Bindemittel, wobei es sich bei den Silikaten zumindest teilweise um Wasserglas handelt und der Anteil an Wasserglas in der Zusammensetzung 2-40 Gew.-% beträgt.Composition suitable for the production of a composite material containing Silicon carbide, the silicon carbide containing less than 0.3% by weight of free silicon and the proportion of silicon carbide in the composition being 60-90% by weight, And at least one silicates-containing inorganic binder, wherein the silicates are at least partially water glass and the proportion of water glass in the composition is 2-40 wt .-%. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Wasserglas 6–40, bevorzugt 11–40, insbesondere 21–40, Gew.-% beträgt.A composition according to claim 1, characterized in that the proportion of water glass is 6-40, preferably 11-40, in particular 21-40, wt .-%. Zusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anteil von 65–90, bevorzugt 70–90, insbesondere 75–85, Gew.-% Siliciumcarbid.Composition according to Claim 1, characterized by a proportion of 65-90, preferably 70-90, in particular 75-85,% by weight of silicon carbide. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliciumcarbid weniger als 0,1 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,01 Gew.-%, freies Silicium enthält.Composition according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the silicon carbide contains less than 0.1% by weight, preferably less than 0.01% by weight, of free silicon. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung weitere Silikate, Hüttensand, Flugasche, Trassmehl, Ziegelmehl, Ölschiefer, Quarzsand, Schlacke, Glas und/oder Silikapartikel enthält.Composition according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the composition contains further silicates, blast furnace slag, fly ash, trass flour, brick dust, oil shale, quartz sand, slag, glass and / or silica particles. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Metalloxide, insbesondere Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumoxid, enthält.Composition according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the composition contains metal oxides, in particular aluminum oxide and / or zirconium oxide. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße des Siliciumcarbids ≤ 3 mm, bevorzugt ≤ 1 mm, ist.Composition according to one of claims 1 to 6, characterized in that the mean grain size of the silicon carbide ≤ 3 mm, preferably ≤ 1 mm. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass 5–40 Gew.-% des Siliciumcarbids eine Korngröße ≤ 0,1 mm aufweisen.Composition according to one of claims 1 to 7, characterized in that 5-40 wt .-% of the silicon carbide have a particle size ≤ 0.1 mm. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, wobei eine Mischung hergestellt wird, die die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und Wasser enthält, und die Mischung ausgehärtet wird.A process for producing a composite, wherein a mixture is prepared which contains the composition according to any one of claims 1 to 8 and water, and the mixture is cured. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung ein Wasserglashärter hinzugefügt wird.A method according to claim 9, characterized in that the mixture is added to a water glass hardener. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung Inhibitoren, hydraulische, latent hydraulische und/oder puzzolanische Komponenten zugefügt werden.A method according to claim 9 or 10, characterized in that the mixture inhibitors, hydraulic, latent hydraulic and / or pozzolanic components are added. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Beschichtung oder Reparatur von Oberflächen.Use of a composition according to any one of claims 1 to 8 for coating or repairing surfaces. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Formkörpern mit, auf Grund des weniger als 0,3 Gew.-% freies Silicium enthaltenden Siliciumcarbids, verbesserter Abrasions- und Korrosionsbeständigkeit.Use of a composition according to any one of claims 1 to 8 for the production of moldings having, due to the less than 0.3 wt .-% free silicon-containing silicon carbide, improved abrasion and corrosion resistance. Verbundwerkstoff, herstellbar nach einem der Ansprüche 9 bis 11, der, auf Grund des weniger als 0,3 Gew.-% freies Silicium enthaltenden Siliciumcarbids, verbesserte Abrasions- und Korrosionsbeständigkeit aufweist.The composite material according to any one of claims 9 to 11, which has improved abrasion and corrosion resistance due to the less than 0.3 wt% of free silicon-containing silicon carbide.
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