DE102013216912A1

DE102013216912A1 - Wärmeisolationsmaterial

Info

Publication number: DE102013216912A1
Application number: DE201310216912
Authority: DE
Inventors: Shuko AKAMINE; Mitsuhiro Fujita
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek Gk Jp
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2033-08-27
Also published as: CN104844249B; CN104844249A; JP2015000838A; CN103771851A; KR20140051051A; DE102013216912B4; KR101506083B1; US20140112861A1; JP5735046B2; CN103771851B; US9139448B2

Abstract

Ein Wärmeisolationsmaterial wird angegeben, bei dem die thermische Leitfähigkeit gesteuert wird, so dass sie sich nicht erhöht, und gute Isolationseigenschaften werden selbst in einem hohen Temperaturbereich gehalten. Das Wärmeisolationsmaterial wird aus einem porösen Sinter-Spinellkörper mit einer Porosität von 65–90 Vol.-% gebildet und ist durch die allgemeine chemische Formel XAl2O4 (X = Zn, Fe, Mg, Ni oder Mn) dargestellt, der so angeordnet ist, dass große Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 1000 µm 25 Vol.-% oder weniger des gesamten Porenvolumens besetzen, feine Poren mit einem Durchmesser von 0,45 µm oder weniger 5–40 Vol.-% des Volumens der Poren mit einem Durchmesser von 1000 µm oder weniger besetzen, zumindest ein Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Bereiches von 0,14–10 µm ist und aus gesinterten Teilchen gebildet ist, die einen berechneten durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,04–1 µm haben.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Wärmeisolationsmaterial aus einem porösen Sinterkörper und mit ausgezeichneter Isolationseigenschaft bei hoher Temperatur von 1000°C oder mehr.
Beschreibung des Standes der Technik
Weil ein poröser Sinterkörper eine geringere Schüttdichte und eine niedrigere thermische Leitfähigkeit als dichtere Keramiken aufweist, wird er in großem Umfang als Wärmeisolationsmaterial verwendet.
Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2011-1204 (Patentdokument 1) ein Wärmeisolationsmaterial, erhalten durch Kompressionsformen der Ausgangsmaterialien, umfassend ultrafeines gerauchtes Oxid als Hauptausgangsmaterial und keramisches feines Pulver, etc., wobei das Wärmeisolationsmaterial eine Teilchenstruktur aufweist, so dass ein Diagramm der Porengrößenverteilung Peaks zeigt, die in einem Porendurchmesserbereich von 0,01–0,1 µm und in einem Porendurchmesserbereich von 10–1000 µm vorhanden sind, zeigt aber keinen Peak innerhalb eines Bereiches von 0,1–10 µm.
Weiterhin offenbart die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichung 2012-229139 (Patentdokument 2) poröse Keramik aus MgAl₂O₄ mit einer Porosität von 40–95 Vol.-% und mit zumindest einem Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Bereiches von 10–365 nm.
Jedoch bezweckt das Wärmeisolationsmaterial, das im Patentdokument 1 beschrieben ist, die Steuerung der Schrumpfung beim Trocknen nach Feuchtigkeitsabsorption. Obwohl es eine Wärmeresistenz bei einer Temperatur von mehr als etwa 500°C aufweist, erfolgt ein Teilchenwachstum von ultrafeinem rauchendem Oxid in einem hohen Temperaturbereich von 1000°C oder mehr, wodurch verursacht wird, dass die Anzahl der Poren sich vermindert, die Porosität sich vermindert, die Isolationseigenschaften mit Änderungen der Porendurchmesserverteilung abgebaut werden und dass das Wärmeisolationsmaterial deformiert wird und schrumpft.
Auf der anderen Seite erfordert die poröse Keramik, die im Patentdokument 2 beschrieben ist, dass zumindest ein Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Bereiches von 10–365 nm ist, d.h. dass feine Poren vorhanden sind. Jedoch ist nicht klar, wie viele feine Poren vorhanden sind oder wie hoch die thermische Leitfähigkeit ist. Daher ist nicht ausreichend geklärt, wie viel Wärmeisolationsfähigkeit in welchem Temperaturbereich existiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung wird angesichts der oben erwähnten technischen Probleme gemacht und soll ein Wärmeisolationsmaterial angeben, dass die Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit inhibiert und gute Isolationseigenschaften selbst bei einem hohen Temperaturbereich von 1000°C oder mehr aufrechterhält.
Das Wärmeisolationsmaterial dieser Erfindung wird aus einem porösen Sinter-Spinellkörper mit einer Porosität von 65–90 Vol.-% gebildet und ist durch eine chemische Formel XAl₂O₄ dargestellt, worin X in der Formel Zn, Fe, Mg, Ni oder Mn ist, wobei großen Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 1000 µm 25 Vol.-% oder weniger des gesamten Porenvolumens ausmachen, feine Poren mit einem Porendurchmesser von 0,45 µm oder weniger 5–40 Vol.-% des Volumens der Poren mit einem Porendurchmesser von 1000 µm oder weniger ausmachen, wobei zumindest ein Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,14–10 µm liegt und ein berechneter durchschnittlicher Teilchendurchmesser der gesinterten Teilchen von 0,04–1 µm ist.
Ein solches Wärmeisolationsmaterial ist als Wärmeisolationsmaterial geeignet, das in einem hohen Temperaturbereich von 1000°C oder mehr verwendet wird.
Es ist bevorzugt, dass das erwähnte Wärmeisolationsmaterial zumindest einen Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,14 µm oder mehr und weniger als 0,45 µm aufweist und zumindest einen Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,45–10 µm hat.
Mehr bevorzugt hat das oben erwähnte Wärmeisolationsmaterial weiterhin zumindest einen Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 10–1000 µm.
Weiterhin wird das erfindungsgemäße Wärmeisolationsmaterial aus einem porösen Sinterkörper aus MgAl₂O₄ und mit einer Porosität von 73% oder mehr gebildet, wobei die Poren mit einem Porendurchmesser von 0,8 µm oder mehr und weniger als 10 µm 60 Vol.-% oder mehr und weniger als 80 Vol.-% des gesamten Porenvolumens ausmachen, wobei die Poren mit einem Porendurchmesser von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm 10 Vol.-% oder mehr und weniger als 30 Vol.-% des gesamten Porenvolumens besetzen und die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C nicht das 1,5-fache der thermischen Leitfähigkeit bei 20–1000°C übersteigt.
Bei dem erwähnten Wärmeisolationsmaterial können, je kleiner die thermische Leitfähigkeit in einem Hochtemperaturbereich ist, umso bessere Isolationseigenschaften erzielt werden. Somit ist es bevorzugt, dass die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C 0,3 W/mK oder weniger ist. Mehr bevorzugt ist sie 0,26 W/mK oder weniger.
Je mehr die Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit in einem hohen Temperaturbereich gesteuert wird, umso bessere Isolationseigenschaften können erhalten werden. Somit ist es bevorzugt, dass die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C nicht das 1,2-fache der thermischen Leitfähigkeit bei 20–1000°C übersteigt.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die volumetrische spezifische Wärme 1,2 J/cm³·K oder weniger ist.
Weil die volumetrische spezifische Wärme klein ist, ist es möglich, die Menge an erforderlicher Wärme für die Erhöhung der Temperatur des Wärmeisolationsmaterials zu reduzieren und einen thermischen Isolationsraum, der von den Wärmeisolationsmaterialien umgeben wird, mit geringerer Energiezufuhr zu erwärmen. Weiterhin ermöglicht eine geringere Wärmespeicherung, dass das Innere des erwähnten thermischen Isolationsraumes schneller gekühlt wird.
Das Wärmeisolationsmaterial dieser Erfindung ist geeignet als Wärmeisolationsmaterial zur Verwendung in einem Hochtemperaturbereich, weil die Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit gesteuert wird und die Isolationseigenschaft ausgezeichnet selbst in einem hohen Temperaturbereich von 1000°C oder mehr gehalten werden.
Daher kann das Wärmeisolationsmaterial dieser Erfindung geeignet für verschiedene Strukturmaterialien oder flammwidrige Materialien (beispielsweise Ofen für Keramiken oder Glas, Stahl, Nicht-Eisen, etc.) verwendet werden, bei denen hohe Wärmeisolationseigenschaften selbst in einer Umgebung mit hoher Temperatur von 1000°C oder mehr erforderlich sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine Elektronenabtastmikroskop-(SEM)-Photographie eines Bereiches eines Stückes aus einem porösen Sinterkörper entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
2 ist ein Bild, bei dem äußere Kanten von Teilchen der SEM-Photographie von 1 fett markiert sind.
3 ist ein Diagramm, das die Porendurchmesserverteilung des porösen Sinterkörpers gemäß Beispiel 1 zeigt, gemessen durch ein Quecksilberporosimeter.
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Temperatur und der thermischen Leitfähigkeit in Bezug auf Beispiel 1 und einem konventionellen Beispiel zeigt.
5 ist ein Diagramm, das die Porendurchmesserverteilung des porösen Sinterkörpers gemäß Beispiel 2 vor und nach 24-stündiger Wärmebehandlung bei 1500°C in der Atmosphäre zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Porendurchmesserverteilung des porösen Sinterkörpers gemäß Beispiel 12 zeigt, gemessen durch das Quecksilberporosimeter.
7 ist ein Diagramm, das die Porendurchmesserverteilung des porösen Sinterkörpers gemäß Beispiel 13 zeigt, gemessen durch das Quecksilberporosimeter.
8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Temperatur und der thermischen Leitfähigkeit in Bezug auf die Beispiele 13, 14 und Vergleichsbeispiel 9, 10 zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele Nachfolgend wird die Erfindung detailliert beschrieben. Ein Wärmeisolationsmaterial dieser Erfindung wird aus einem porösen Sinter-Spinellkörper mit einer Porosität von 65–90 Vol.-% (einschließlich) gebildet und ist durch die chemische Formel XAl₂O₄ dargestellt, worin X in der erwähnten chemischen Formel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zn, Fe, Mg, Ni und Mn, wobei große Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 1000 µm 25 Vol.-% oder weniger des gesamten Porenvolumens besetzen, feine Poren mit einem Porendurchmesser von 0,45 µm oder weniger 5–40 Vol.-% (einschließlich) des Volumens der Poren mit einem Porendurchmesser von 1000 µm oder weniger besetzen, worin zumindest ein Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,14–10 µm (einschließlich) liegt und ein berechneter durchschnittlicher Teilchendurchmesser von 0,04–1 µm (einschließlich) liegt.
Wie oben beschrieben ist die Porosität des Wärmeisolationsmaterials dieser Erfindung von 65–90 Vol.-% (einschließlich).
Bei dem Wärmeisolationsmaterial mit einer Porosität von weniger als 65 Vol.-% ist eine Rate, bei der das Basismaterial den porösen Sinterkörper besetzt, hoch und der Fest-Wärmetransfer erhöht sich, wodurch es unzureichend ist, eine niedrige thermische Leitfähigkeit zu erhalten. Je höher die Porosität ist, umso geringer ist der Einfluss des Fest-Wärmetransfers, wodurch sich die thermische Leitfähigkeit vermindert. Wenn die oben erwähnte Porosität 90% übersteigt, vermindert sich die Rate, bei der das Basismaterial den porösen Sinterkörper besetzt, verhältnismäßig und wird ungeschützt, so dass es nicht als Wärmeisolationsmaterial verwendet werden kann.
Es ist zu beachten, dass die oben erwähnte Porosität gemäß JIS R 2614 "Testing method for specific gravity and true porosity of insulating fire bricks" berechnet wird.
Der oben erwähnte poröse Sinter-Spinellkörper hat eine chemische Zusammensetzung, dargestellt durch die chemische Formel XAl₂O₄ (worin X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Mg, Mn, Fe, Ni und Zn). Mit anderen Worten wird er ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus MgAl₂O₄, MnAl₂O₄, FeAl₂O₄, NiAl₂O₄ und ZnAl₂O₄. Solange die spezifische Struktur des porösen Sinterkörpers dieser Erfindung nicht beeinträchtigt wird, kann er eine dieser Formeln oder eine Vielzahl davon aufweisen. Von den erwähnten chemischen Formeln ist MgAl₂O₄ (d.h. Magensiaspinell) besonders bevorzugt, weil es bei hoher Temperatur robust ist.
Weil ein solcher poröser Sinter-Spinellkörper eine hohe Wärmeresistenz hat und bei hoher Temperatur robust ist, ist es möglich, den Einfluss von Änderungen einer Form und Größe der Poren zu reduzieren, die durch Teilchenwachstum oder durch eine Kombination von Teilchengrenzen verursacht werden, und die Temperaturabhängigkeits-Steuerwirkungen der thermischen Leitfähigkeit für lange Zeitperioden aufrechtzuerhalten.
Demzufolge hat er eine hohe strukturelle Stabilität in einem Bereich von hohen Temperaturen (1000°C oder mehr, insbesondere 1300°C oder mehr) und hat eine isotrope Kristallstruktur, wodurch er als Wärmeisolationsmaterial bei hohen Temperaturen geeignet ist, weil keine einzigartige Kontraktion selbst bei Aussetzen einer hohen Temperatur verursacht wird.
Es ist zu beachten, dass die oben erwähnte chemische Formel und die Spinellstruktur gemessen und identifiziert werden können beispielsweise durch ein Pulverröntgenbeugungsverfahren.
Bezüglich der Poren des erwähnten porösen Sinterkörpers besetzen die großen Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 1000 µm 25 Vol.-% oder weniger des gesamten Porenvolumens und die feinen Poren mit einem Porendurchmesser von 0,45 µm oder weniger 5–40 Vol.-% (einschließlich) des Volumens der Poren mit einem Porendurchmesser von 1000 µm oder weniger.
Wenn die großen Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 1000 µm 25 Vol.-% des gesamten Porenvolumens besetzen, führt eine zunehmende Anzahl von großen Poren, die geringe Dispersionswirkungen von Infrarotlicht ergeben, zu einem größeren Einfluss von Strahlung, unzureichender Wärmeisolationswirkung und beachtlicher Reduktion der Robustheit.
Weiterhin kann das Vorsehen der feinen Poren mit einem Porendurchmesser von 0,45 µm oder weniger die Anzahl der Poren pro Einheitsvolumen erhöhen. Eine solche Erhöhung der Anzahl der feinen Teilchen ermöglicht eine größere Infrarotdispersionswirkung. Dies ist wirksam bei der Steuerung des Strahlungswärmetransfers, der einen signifikanten Einfluss auf die thermische Leitfähigkeit besonders bei hohen Temperaturen aufweist, und kann die Temperaturabhängigkeit der thermischen Leitfähigkeit vermindern.
Wenn die Rate, bei der die oben erwähnten feinen Poren das Volumen der Poren mit einem Porendurchmesser von nicht mehr als 1000 µm besetzen, weniger als 5 Vol.-% ist, ist die Zahl der Poren pro Einheitsvolumen klein und die Infrarotdispersionswirkung wird nicht vollständig erhalten. Wenn auf der anderen Seite die Rate, bei der die oben erwähnten feinen Poren das Volumen der Poren mit einem Porendurchmesser von nicht mehr als 1000 µm besetzen, 40 Vol.-% übersteigt, ist es schwierig für diesen porösen Sinterkörper, eine Porosität von 65 Vol.-% oder mehr zu erzielen, und die Wirkung der Verminderung der thermischen Leitfähigkeit kann nicht erhalten werden.
Es ist zu beachten, dass das Volumen der Poren mit einem Porendurchmesser von 1000 µm oder weniger durch JIS R 1655 "Test methods for pore size distribution of fine ceramics green body by mercury porosimetry" gemessen wird. Weiterhin wird eine Rate der Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 1000 µm als Wert festgestellt, indem die Porosität der Poren mit einem Porendurchmesser von 1000 µm oder weniger (gemessen durch "Test methods for pore size distribution of fine cearmics green body by mercury porosimetry") von der Porosität, berechnet durch das oben beschriebene "Testing method for specific gravity and true porosity of insulating fire bricks", subtrahiert wird.
Weiterhin hat der erwähnte poröse Sinterkörper zumindest einen Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,14–10 µm (einschließlich).
Mit einer solchen Porendurchmesserverteilung kann die Strahlungswärmetransfer-Steuerwirkung durch Anwendung von Infrarotdispersion verbessert werden, und es ist möglich, die Temperaturabhängigkeit der thermischen Leitfähigkeit zu reduzieren.
Eine oder eine Vielzahl von Porendurchmesser-Verteilungspeaks kann innerhalb des oben erwähnten Porendurchmesserbereiches liegen.
Bevorzugt hat der oben erwähnte poröse Sinterkörper zumindest einen Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,14 µm oder mehr und weniger als 0,45 µm und hat zumindest einen Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,45–10 µm (einschließlich).
Hierdurch kann die Porosität leicht erhöht werden, während die feinen Poren mit einem Porendurchmesser von 0,45 µm oder weniger enthalten sind.
Bevorzugt ist ein Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Bereiches von 10–1000 µm vorhanden.
Mit einer solchen Porendurchmesserverteilung wird die Porosität des gesamten porösen Sinterkörpers erhöht, während die Robustheit aufrechterhalten wird, so dass ein leichtgewichtigeres Wärmeisolationsmaterial mit geringerer thermischer Leitfähigkeit und geringerem Beitrag für den Festwärmetransfer erhalten werden kann.
Weiterhin wird der oben erwähnte poröse Sinterkörper aus Sinterteilchen gebildet, deren berechneter durchschnittlicher Teilchendurchmesser von 0,04–1 µm (einschließlich ist).
Das Vorsehen von solchen Teilchen ermöglicht, dass die Zahl der Teilchengrenzen pro Einheitsvolumen erhöht wird, die Teilchengrenzen-Dispersionswirkung von Phononen erhöht und die thermische Leitfähigkeit erniedrigt wird.
Wenn der erwähnte berechnete durchschnittliche Teilchendurchmesser weniger als 0,04 µm ist, erfolgt ein Teilchenwachstum, wenn diese bei einer hohen Temperatur verwendet werden, die Poren werden geschlossen, die Zahl der feinen Teilchen neigen zur Verminderung, was zu unzureichenden Wirkungen zur Steuerung des Strahlungswärmetransfers führt. Wenn auf der anderen Seite der erwähnte berechnete durchschnittliche Teilchendurchmesser 1 µm übersteigt, wird die Kombination der Teilchengrenzen verstärkt, der Einfluss des Fest-Wärmetransfers wird groß und die thermische Leitfähigkeit wird hoch.
Der oben erwähnte berechnete durchschnittliche Teilchendurchmesser wird wie folgt festgestellt. Zunächst wird eine Mikrophotographie bei einem willkürlichen Bereich des porösen Sinterkörpers durchgeführt, und 100 Teilchen, deren Hauptachsen und Nebenachsen gemessen werden können, werden statistisch von dem Querschnittsbild geprüft. Dann werden Kanten dieser Teilchen (fettgedruckt dargestellt) auf der Basis des Schattens des Bildes markiert, und die Hauptachsen und die Nebenachsen werden mit Hilfe des Bildes gemessen. Unter der Annahme, dass ein Durchschnitt der Hauptachse und der Nebenachse von einem Teilchen ein Teilchendurchmesser dieses Teilchens ist, werden die Durchschnitte von 100 Teilchen gemittelt und der resultierende Durchschnitt wird als arithmetischer durchschnittlicher Durchmesser angesehen.
Es ist zu beachten, dass das Verfahren zum Durchführen der oben erwähnten Mikrophotographie nicht besonders beschränkt ist, aber es ist bevorzugt, ein Elektronenabtastmikroskop (SEM) zu verwenden, wenn die Leichtigkeit der Analyse berücksichtigt wird.
1 zeigt ein Beispiel einer SEM-Photographie, und 2 zeigt ein Beispiel, bei dem die äußeren Kanten der Teilchen im SEM-Foto von 1 durch die oben beschriebene Technik fett markiert werden.
Gemäß dieser Erfindung wird ein Wärmeisolationsmaterial angegeben, gebildet aus einem porösen Sinterkörper aus MgAl₂O₄ und mit einer Porosität von 73% oder mehr, worin die Poren mit einem Porendurchmesser von 0,8 µm oder mehr und weniger als 10 µm 60 Vol.-% oder mehr und weniger als 80 Vol.-% des gesamten Porenvolumens besetzen, die Poren mit einem Porendurchmesser von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm 10 Vol.-% oder mehr und weniger als 30 Vol.-% des gesamten Porenvolumens besetzen und worin die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C (einschließlich) nicht das 1,5-fache der thermischen Leitfähigkeit bei 20–1000°C (einschließlich) übersteigt.
Eine Struktur eines solchen Wärmeisolationsmaterials basiert auf unserer Feststellung, dass spezifische feine Poren die Isolationseigenschaften in einem Hochtemperaturbereich beeinflussen, wenn die Porenstruktur des porösen Sinterkörpers berücksichtigt wird. Das heißt dieses Wärmeisolationsmaterial erhöht eine geringe thermische Leitfähigkeit ebenfalls im Hochtemperaturbereich von 1000°C oder mehr durch Steuern der Quantität der besonderen feinen Poren wie oben beschrieben in dem erwähnten porösen Sinterkörper, und die ausgezeichneten Wärmeisolationseigenschaften werden gehalten.
Selbst wenn das oben erwähnte Wärmeisolationsmaterial die gleiche Dicke hat, können höhere Isolationseigenschaften im Vergleich zu dem konventionellen Wärmeisolationsmaterial erhalten werden, und dies kann zu Energiesparwirkungen beispielsweise beitragen.
Wenn es für eine große Anlage wie eine Ofenwand, etc. verwendet wird, ist es möglich, selbst wenn es dünn ist, ausreichende Isolationseigenschaften zu erhalten. Daher ist es möglich, den Raum der Anlage einzusparen. Wenn die Oberfläche eines Ofenkörpers reduziert wird, vermindert sich die Quantität der Wärme, die von einer Ofenkörperoberfläche abgeleitet wird. Weil das erwähnte Wärmeisolationsmaterial eine niedrige Wärmekapazität hat, ist es möglich, eine Energieeinsparwirkung zu erhalten, die besser ist als die von konventionellen Isolationsfeuersteinen.
Das Material des erwähnten Wärmeisolationsmaterials ist ein Spinell, MgAl₂O₄.
Weil wie oben beschrieben der poröse Sinter-Spinellkörper eine hohe Wärmeresistenz hat und ausreichend robust bei hoher Temperatur ist, ist es möglich, Änderungen einer Form und Größe der Poren zu vermindern, die durch ein Teilchenwachstum bei hoher Temperatur oder einer Kombination von Teilchengrenzen verursacht sind, und Wirkungen zur Verhinderung einer Änderung der thermischen Leitfähigkeit für eine lange Zeitperiode zu behalten. Insbesondere ist MgAl₂O₄, d.h. Magnesiaspinell ausgezeichnet bezüglich der strukturellen Stabilität in einem hohen Temperaturbereich von 1000°C oder mehr und hat eine isotrope Kristallstruktur. Selbst wenn er einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, wird ein einzigartiges Teilchenwachstum oder Kontraktionen nicht verursacht, und dann ist es möglich, die Porenstruktur aufrechtzuerhalten, die das Merkmal dieser Erfindung ist, und es ist ein Material, das für das Wärmeisolationsmaterial geeignet ist, das bei hoher Temperatur verwendet wird.
Weiterhin wird die Porosität des porösen Sinterkörpers aus MgAl₂O₄, der das erwähnte Wärmeisolationsmaterial ausmacht, so ausgewählt, dass es 73% oder mehr ist.
Wenn die erwähnte Porosität weniger als 73% ist, ist die Rate, bei der das Basismaterial aus MgAl₂O₄ den porösen Sinterkörper besetzt, hoch, der Fest-Wärmetransfer erhöht sich und es wird schwierig, die thermische Leitfähigkeit niedrig zu halten.
Es ist zu beachten, dass je höher die Porosität ist, der Einfluss des Fest-Wärmetransfers umso geringer ist, wodurch die thermische Leitfähigkeit vermindert wird. Die Rate, bei der Basismaterial aus MgAl₂O₄ den porösen Sinterkörper besetzt, vermindert sich verhältnismäßig und wird anfällig, so dass es nicht als Wärmeisolationsmaterial verwendet werden kann. Somit ist es bevorzugt, dass die erwähnte Porosität weniger als 90% ist.
Bezüglich der Porenstruktur des porösen Sinterkörpers besetzen Poren mit einem Porendurchmesser von 0,8 µm oder mehr und weniger als 10 µm 60 Vol.-% oder mehr und weniger als 80 Vol.-% des gesamten Porenvolumens, und die Poren mit einem Porendurchmesser von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm besetzen 10 Vol.-% oder mehr und weniger als 30 Vol.-% des gesamten Porenvolumens.
Als solches sind die meisten Poren des erwähnten porösen Sinterkörpers kleine Poren mit einem kleinen Porendurchmesser von weniger als 10 µm. Wenn es viele Poren mit einem Porendurchmesser von 10 µm oder mehr gibt, kann die Infrarotdispersionswirkung vermindert werden, der Einfluss der Strahlung kann groß werden, die Wärmeisolationswirkung bei hoher Temperatur kann nicht ausreichend erhalten werden und weiterhin gibt es die Möglichkeit der Verminderung der Festigkeit des Wärmeisolationsmaterials.
Bevorzugt hat er zumindest einen Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,8 µm oder mehr und weniger als 10 µm und hat zumindest einen Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm.
Unter den Poren des genannten porösen Sinterkörpers besetzen insbesondere die Poren mit einem Porendurchmesser von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm 10 Vol.-% oder mehr und weniger als 30 Vol.-% des gesamten Porenvolumens.
Weil die feinen Poren mit einem Porendurchmesser von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm bei der oben erwähnten Rate existieren, kann die Zahl der Poren pro Einheitsvolumen und die Infrarotdispersionswirkung erhöht werden. Es ist insbesondere wirksam bei der Steuerung des Strahlungswärmetransfers, der einen signifikanten Einfluss auf die thermische Leitfähigkeit in einem Hochtemperaturbereich hat, die Wirkung, die die Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit in einem Hochtemperaturbereich steuert, zu erhalten, so dass gute Isolationseigenschaften erzielt werden.
Wenn die Rate, bei der die oben erwähnten feinen Poren das gesamte Porenvolumen besetzen, weniger als 10 Vol.-% ist, ist die Zahl der Poren pro Einheitsvolumen klein und die Infrarotdispersionswirkung wird nicht vollständig erzielt. Wenn auf der anderen Seite die Rate, bei der die feinen Poren das gesamte Porenvolumen besetzen, 30 Vol.-% oder mehr ist, gibt es die Möglichkeit der Verminderung der Festigkeit des Wärmeisolationsmaterials.
Es ist zu beachten, dass die Porendurchmesserverteilung im erwähnten porösen Sinterkörper durch JIS R 1655 "Test methods for pore size distribution of fine ceramics green body by mercury porosimetry" gemessen werden kann.
Bezüglich der thermischen Leitfähigkeit des erwähnten Wärmeisolationsmaterials soll insbesondere die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C (inklusive) nicht das 5-fache der thermischen Leitfähigkeit bei 20–1000°C (inklusive) überschreiten.
Ebenso in einem Hochtemperaturbereich von 1000–1500°C (inklusive) kann das Wärmeisolationsmaterial, dessen thermische Leitfähigkeit in einem Hochtemperatur gesteuert wird, so dass sie sich nicht erhöht, die Wärmeisolationswirkung halten, die äquivalent zu der in einem Niedertemperaturbereich von 1000°C oder weniger ist, und dies kann geeignet im Hochtemperaturbereich verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass es möglich ist, dass ein Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 10 µm oder mehr vorhanden ist, aber die großen Poren können die Isolationseigenschaften durch den Strahlungswärmetransfer vermindern, und es ist nicht bevorzugt, dass es Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 1000 µm gibt.
Mit einer solchen Porendurchmesserverteilung wird die Porosität des gesamten porösen Sinterkörpers erhöht, während die Robustheit aufrechterhalten wird, so dass ein leichtgewichtigeres Wärmeisolationsmaterial mit einer niedrigeren thermischen Leitfähigkeit und einem geringeren Beitrag für den Fest-Wärmetransfer erhalten werden kann.
Bezüglich des erwähnten Wärmisolationsmaterials ist es bevorzugt, dass die volumetrische spezifische Wärme bei 20–1500°C (inklusive) 1,2 J/cm³·K oder weniger ist.
Weil die volumentrische spezifische Wärme 1,2 J/cm³·K oder weniger ist, ist es möglich, die Menge der für die Erhöhung der Temperatur des Wärmeisolationsmaterials erforderlichen Wärme zu reduzieren. Beispielsweise ist es möglich, einen thermischen Isolationsraum wie einen Ofen, der von den Wärmeisolationsmaterialien umgeben ist, mit geringerer Energiezufuhr zu erwärmen. Weiterhin bedeutet eine kleine volumetrische spezifische Wärme, dass eine Menge der thermischen Lagerung gering ist. Somit ist es möglich, das Innere des Ofens schneller zu kühlen, um ein Wärmebehandlungsobjekt im Ofen herauszunehmen. Weil die Wärmeisolationseffizienz hoch ist, ist es auch möglich, ein Wärmeisolationsobjekt, wie einen Ofen, kompakt zu kreieren.
Bei dem erwähnten porösen Sinterkörper ist es bevorzugt, dass Primärteilchen mit einem Teilchendurchmesser von mehr als 100 µm nicht in willkürlichen Bereichen beobachtet werden. Mehr spezifisch gibt es keine Primärteilchen mit einem Teilchendurchmesser von größer als 50 µm.
Durch Steuern des Wachstums der Kristallkörner können die feinen Poren beibehalten und hohe Temperaturisolationseigenschaften aufrechterhalten werden.
Das somit beschriebene Verfahren zur Herstellung des Wärmeisolationsmaterials dieser Erfindung ist nicht besonders beschränkt, aber ein konventionelles Verfahren zur Herstellung des porösen Sinterkörpers kann angewandt werden. Beispielsweise können die Bildung und die Einstellung einer Porenstruktur durch Zugabe eines Porenbildungsmaterials, eines Schäummittels, etc. durchgeführt werden.
Es ist zu beachten, dass das Wärmeisolationsmaterial dieser Erfindung ebenfalls ein Kompositmaterial konstituieren kann, indem Beschichtungsschichten wie ein flammwidriges Material auf der Oberfläche vorgesehen oder dieses als Verbindungsmaterial, etc. verwendet wird.
[Beispiele]
Nachfolgend wird diese Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben, jedoch ist diese Erfindung nicht hierauf beschränkt.
(Beispiel 1)
Das Mischen wurde bei einem Verhältnis von 9 Mol Magnesiumoxidpulver (MGO11PB; hergestellt von Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) zu 11 Mol hydraulischem Aluminapulver (BK-112; hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Limited) bewirkt. Reines Wasser wurde zu der Mischung zur Herstellung einer Aufschlämmung gegeben. Zu der resultierenden Aufschlämmung wurden Acrylharzteilchen mit einem Durchmesser von 10 µm als Porenbildungsmaterial bei einer Rate von 50 Vol.-% der Aufschlämmung gegeben und das hydraulische Formen wurde durchgeführt, unter Erhalt eines plattenartigen Formkörpers mit Dimensionen von 75 mm × 105 mm × 30 mm (dick). Dieser Formkörper wurde bei 1500°C an der Atmosphäre 3 h gebrannt, unter Erhalt eines porösen Sinterkörpers.
Eine Kristallphase des erhaltenen porösen Sinterkörpers wurde durch Röntgenbeugung identifiziert (Röntgenbeugungsquelle: CuKα, Spannung: 40 kV, Strom: 0,4 A, Abtastgeschwindigkeit: 0,06°/s), und eine Magnesia-Spinellphase wurde beobachtet.
Weiterhin ist die Porendurchmesserverteilung dieses porösen Sinterkörpers in 3 gezeigt. Von einem Diagramm der Porendurchmesserverteilung, dargestellt in 3, werden Peaks bei Porendurchmessern von 0,20 µm und 3,80 µm erhalten.
Bezüglich des erwähnten porösen Sinterkörpers sind verschiedene Auswertungsergebnisse in Tabelle 1 zusammengefasst. Es ist zu verstehen, dass für das kommerziell erhältliche Wärmeisolationsmaterial, das aus einer Mullitfaser-Struktur gebildet ist, die Daten des Materials, die Hauptstruktur und Widerstandstemperatur, die in einem Katalog beschrieben sind, zum Vergleich ebenfalls angegeben sind, und andere tatsächliche Messergebnisse sind zusammen als konventionelles Beispiel aufgelistet.
Basierend auf JIS R 2251-1 "Test method for thermal conductivity of refractory materials – Part I: Hot-wire method (cross-array)" wurde eine Probe mit Dimensionen von 50 mm × 70 mm × 20 mm (dick) bei bis zu 1500°C durch Verwendung eines Platin-Rhodium-Legierungsdrahtes (87% Pt, 13% Rh) als Erwärmungsdraht und unter Verwendung eines R-Thermofühlers gemessen.
4 zeigt ein Diagramm der Messergebnisse der thermischen Leitfähigkeit von Beispiel 1 und dem oben erwähnten konventionellen Beispiel.
Wie aufgrund des Diagramms von 4 ersichtlich ist, wird beobachtet, dass der Strahlungswärmetransfer des kommerziell erhältlichen Wärmeisolationsmaterials (konventionelles Beispiel) sich mit der zunehmenden Temperatur erhöht und dass sich die thermische Leitfähigkeit beachtlich erhöht.
Auf der anderen Seite ist bei Beispiel 1 die thermische Leitfähigkeit innerhalb eines Bereiches von 0,19–0,22 W/mK, und die Temperaturabhängigkeit wird nicht beobachtet, aber es wird bestätigt, dass die thermische Leitfähigkeit bei 1000°C oder mehr ebenfalls niedrig ist, insbesondere in einem Hochtemperaturbereich von 1300°C oder mehr. Weiterhin wird kein Unterschied zwischen der gemessenen thermischen Leitfähigkeit zum Zeitpunkt der Erhöhung der Temperatur auf bis zu 1500°C und der zum Zeitpunkt der anschließenden Kühlung beobachtet. Somit wird bestätigt, dass die Isolationseigenschaften sich nicht ändern, wenn das Material einer hohen Temperatur von 1500°C ausgesetzt wird.
(Beispiele 2 bis 11, Vergleichsbeispiele 1 bis 8)
Poröse Sinterkörper wurden mit den jeweiligen Strukturen gemäß der folgenden Tabelle 2 hergestellt.
Die Struktur eines jeden porösen Sinterkörpers wurde eingestellt durch Ändern eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers des hydraulischen Aluminapulvermaterials, des Mischungsverhältnisses des Magnesiumoxidpulvers, der Beladung des Porenbildungsmaterials, der Brenntemperatur und der Brennzeit.
Die verschiedenen Auswertungsergebnisse der jeweiligen porösen Sinterkörper sind zusammen in Tabelle 2 gezeigt.
Aufgrund der Auswertungsergebnisse von Tabelle 2 kann bestätigt werden, dass bei den Beispielen 1 bis 11 die thermischen Leitfähigkeiten jeweils niedriger sind als 0,29 W/mK und 0,40 W/mk der konventionellen Probe bei 1300°C und bei 1500°C und dass es im Wesentlichen keine Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur gibt.
Es ist zu beachten, dass je größer die Porosität ist, umso niedriger die thermische Leitfähigkeit ist, aber der poröse Sinterkörper (Vergleichsbeispiel 2), bei dem eine Porosität mehr als 90% ist (er wurde hergestellt, wobei eine Porosität von 92% anvisiert war), war anfällig und es war nicht möglich, einen mit einer ausreichenden Intensität herzustellen.
Beim Beispiel 3 ist die Zahl der Porendurchmesser-Verteilungspeaks innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,14–10 µm (inklusive) 1, jedoch ist die Porosität die niedrigste bei diesem Beispiel, und die thermische Leitfähigkeit ist die höchste.
In den anderen Beispielen gibt es einen Porendurchmesser-Verteilungspeak entweder innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,14 µm oder mehr und weniger als 0,45 µm oder innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,45–10 µm (inklusive), und die Porosität ist 70 Vol.-% oder mehr, wodurch die Wirkungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele dieser Erfindung bestätigt werden.
Bezüglich des porösen Sinterkörpers, hergestellt gemäß Beispiel 2, zeigt 5 ein Diagramm der Porendurchmesserverteilung vor und nach dem Durchführen der Wärmebehandlung in der Atmosphäre bei 1500°C für 24 h.
Wie in der Darstellung der Porendurchmesserverteilung von 5 gezeigt ist, wird, weil Änderungen der Porendurchmesserverteilung vor und nach der Wärmebehandlung nicht beobachtet werden, bestätigt, dass der Porendurchmesser sich nicht ändert, sondern ausgezeichnet bezüglich der Wärmeresistenz ist, selbst wenn der poröse Sinterkörper dieser Erfindung einer hohen Temperatur von 1500°C ausgesetzt wird.
(Beispiel 12)
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde, wie in Beispiel 12 in der folgenden Tabelle 3 gezeigt ist, der poröse Sinterkörper mit den Porendurchmesser-Verteilungspeaks innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,14–10 µm (inklusive) und ebenfalls innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von mehr als 10 µm und 1000 µm oder weniger hergestellt, indem ein Durchmesser geeignet eingestellt und das Porenbildungsmaterial geladen wurde.
Die verschiedenen Auswertungsergebnisse für diesen porösen Sinterkörper sind in Tabelle 3 gezeigt. Die Auswertungsergebnisse der Beispiele 1 und 5 sind kollektiv zum Vergleich gezeigt.
Es ist zu beachten, dass bezüglich der Kompressionsfestigkeit gemäß Tabelle 3 Kuben mit Dimensionen von 20 mm (eine Seite) von den jeweiligen porösen Sinterkörpern als Testproben hergestellt wurden, die durch ein Verfahren gemäß JIS R 2615 "Testing method for crushing strength of insulating fire bricks" bewertet wurden.
Weiterhin ist die Porendurchmesserverteilung dieses porösen Sinterkörpers in 6 gezeigt.
Wie aufgrund der Auswertungsergebnisse von Tabelle 3 ersichtlich ist, ist, obwohl die Porosität und die thermische Leitfähigkeit bei Beispiel 12 vergleichbar sind zu denen von Beispiel 5, die Kompressionsfestigkeit höher. Es wird angenommen, dass ein Körper mit Poren mit einem größeren Durchmesser einen größeren Basismaterial-Rahmenbereich und erhöhte Festigkeit im Fall von solchen mit einer vergleichbaren Porosität aufweist.
Wie von dem Vergleich zwischen Beispiel 1 und Beispiel 12 ersichtlich ist, ist es möglich, weil es auch den Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von mehr als 10 µm und 1000 µm oder weniger gibt, den porösen Sinterkörper mit einer höheren Porosität und niedrigeren thermischen Leitfähigkeit zu erhalten, ohne die Kompressionsfestigkeit zu beeinträchtigen.
Es ist zu beachten, dass obwohl nur MgAl₂O₄ in den obigen Beispielen erläutert ist, diese Erfindung ähnliche Wirkungen ergibt, indem ein Sinter-Spinellkörper aus ZnAl₂O₄, FeAl₂O₄, NiAl₂O₄ oder MnAl₂O₄ wie oben beschrieben ergibt. Diese können vergleichbar wie MgAl₂O₄ wie oben beschrieben hergestellt werden, mit der Ausnahme, dass Materialkombinationen von ZnO + Al₂O₃, Fe₂O₃ + Al₂O₃, NiO + Al₂O₃ oder MnO + Al₂O₃ für diese Körper verwendet werden.
(Beispiel 13)
Das Mischen wurde bei einem Verhältnis von 9 Mol Magnesiumoxidpulver (MGO11PB; hergestellt von Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) zu 11 Mol hydraulischem Aluminapulver (BK-112; hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Limited) bewirkt. Zu der Mischung wurde reines Wasser gegeben und ein Bindemittel wurde weiter zugegeben, diese wurden gleichmäßig zur Herstellung einer Aufschlämmung dispergiert. Die Aufschlämmung wurde getrocknet und gemahlen, dann bei einem Druck von 5 MPa kompressionsgeformt.
Der resultierende Formkörper wurde getrocknet, dann bei einer maximalen Temperatur von 1550°C 5 h gebrannt, zur Herstellung eines porösen Sinterkörpers.
Eine Kristallphase des somit erhaltenen porösen Sinterkörpers wurde durch Röntgenbeugung identifiziert (Röntgenbeugungsquelle: CuKα, Spannung: 40 kV, Strom: 0,3 A, Abtastgeschwindigkeit 0,06°/s), und eine Magnesia-Spinellphase wurde beobachtet.
Weiterhin ist die Porendurchmesserverteilung dieses porösen Sinterkörpers in 7 gezeigt. Von einem Diagramm der Porendurchmesserverteilung, dargestellt in 7, werden Peaks bei Porendurchmessern von 0,37 µm bzw. 2,52 µm beobachtet.
Weiterhin ist die volumetrische spezifische Wärme bei 20–1500°C (inklusive) von 0,64–1,08 J/cm³·K (inklusive).
(Beispiel 14)
Das Mischen wurde bei einem Verhältnis von von 9 Mol Magnesiumoxidpulver (MGO11PB; hergestellt von Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) zu 11 Mol hydraulischem Aluminapulver (BK-112; hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Limited) bewirkt. Zu der Mischung wurde reines Wasser mit dem 1,5-fachen (bezogen auf das Gewicht) des Gesamtgewichtes des hydraulischem Alumina- und Magensiumoxides gegeben, zur Herstellung einer Aufschlämmung, die geformt wurde.
Der resultierende geformte Körper wurde getrocknet, dann bei bis zu 1550°C 5 h lang gebrannt, zur Herstellung eines porösen Sinterkörpers.
(Beispiele 15 und 16)
Wie bei dem Verfahren von Beispiel 13 (mit der Ausnahme, dass der Druck, die Brenntemperatur und die Brennzeit von Beispiel 13 geeignet geändert wurden) wurden poröse Sinterkörper mit Porenstrukturen wie bei den Beispielen 15 und 16 und in der folgenden Tabelle 4 angegeben, hergestellt.
(Vergleichsbeispiele 9 und 10)
Diese sind kommerziell erhältliche Faserplatten aus Wärmisolationsmaterialien (Mullit).
(Vergleichsbeispiele 11 und 12)
Wie bei dem Verfahren von Beispiel 13 (mit der Ausnahme, dass der Druck, die Brenntemperatur und Brennzeit von Beispiel 13 geeignet geändert wurden und organische Teilchen zum Einstellen der Poren zugegeben wurden) wurden die porösen Sinterkörper mit Porenstrukturen wie bei den Vergleichsbeispielen 11 und 12 in der folgenden Tabelle 4 gezeigt, hergestellt.
Bei jedem der porösen Sinterkörper der Beispiele und des Vergleichsbeispiels wurde die thermische Leitfähigkeit auf der Basis von JIS R 2616 "Testing method for thermal conductivity of insulating fire bricks" gemessen.
8 zeigt ein Diagramm der Messergebnisse der thermischen Leitfähigkeit der Beispiele 13 und 14 und der Vergleichsbeispiele 9 und 10.

Weiterhin sind die verschiedenen Auswertungsergebnisse kollektiv in der folgenden Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4

	Porosität (%)	Porenvolumen (vol. %)		thermische Leitfähigkeit
	Porosität (%)	0.01–0.8µm	0.8–10µm	20–1000°C minimaler Wert: A (W/mK)	1000–1500°C maximaler Wert: B (W/mK)	B/A
Bsp. 13	78	20	75	0,22	0,24	1,09
Bsp. 14	78	24	72	0,24	0,25	1,04
Bsp. 15	80	15	76	0,20	0,27	1,35
Bsp. 16	77	27	68	0,24	0,28	1,17
Vgl. bsp. 9	92	-	-	0,15	0,40	2,67
Vgl. bsp. 10	84	-	-	0,10	0,51	5,10
Vgl. bsp. 11	70	30	60	0,36	0,39	1,08
Vgl. bsp. 12	85	7	90	0,16	0,51	3,19

Wie aufgrund des Diagramms von 8 ersichtlich ist, wird beobachtet, dass der Strahlungswärmetransfer der kommerziell erhältlichen Faserplatten (Vergleichsbeispiele 9 und 10) sich mit zunehmender Temperatur erhöht, und die thermische Leitfähigkeit erhöht sich beachtlich.
Auf der anderen Seite liegt bei den Beispielen 13 und 14 die thermische Leitfähigkeit innerhalb eines Bereiches von 0,22–0,26 W/mK, und es wird bestätigt, dass die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C (inklusive) weniger als das 1,2-fache der thermischen Leitfähigkeit bei 20–1000°C (inklusive) ist und dass die thermische Leitfähigkeit sich selbst in einem hohen Temperaturbereich von 1000°C oder mehr nicht erhöht.
Wie aufgrund der Auswertungsergebnisse von Tabelle 4 ersichtlich ist, ist in jedem der Beispiele 13 bis 16 die thermische Leitfähigkeit weniger als 0,3 W/mK und die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C (inklusive) ist weniger als das 1,5-fache der thermischen Leitfähigkeit bei 20–1000°C (inklusive). Insbesondere bei den Beispielen 13, 14 und 16, bei denen es viele Poren mit einem Porendurchmesser von 0,01 µm oder mehr und 0,8 µm gibt, ist die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C (inklusive) weniger als das 1,2-fache der thermischen Leitfähigkeit bei 20–1000°C (inklusive). Somit wird bestätigt, dass die Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit mit der zunehmenden Temperatur mehr gesteuert wird.
Auf der anderen Seite hat ein Körper wie bei Vergleichsbeispiel 11 eine niedrigere Porosität, schlechtere Isolationseigenschaften, ist anfällig und neigt zum Bruch bei der Handhabung. Beim Vergleichsbeispiel 12 ist der Prozentsatz der Poren mit einem großen Durchmesser groß, die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C (inklusive) übersteigt das 1,5-fache der thermischen Leitfähigkeit bei 20–1000°C (inklusive) und hat sehr geringe Hochtemperaturisolationseigenschaften.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011-1204 [0003]
JP 2012-229139 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS R 2614 "Testing method for specific gravity and true porosity of insulating fire bricks" [0030]
JIS R 1655 "Test methods for pore size distribution of fine ceramics green body by mercury porosimetry" [0039]
JIS R 1655 "Test methods for pore size distribution of fine ceramics green body by mercury porosimetry" [0068]
JIS R 2251-1 "Test method for thermal conductivity of refractory materials – Part I: Hot-wire method (cross-array)" [0084]
JIS R 2615 "Testing method for crushing strength of insulating fire bricks" [0099]
JIS R 2616 "Testing method for thermal conductivity of insulating fire bricks" [0114]

Claims

Wärmeisolationsmaterial, gebildet aus einem porösen Sinter-Spinellkörper mit einer Porosität von 65–90 Vol.-% und dargestellt durch die chemische Formel XAl₂O₄, worin X in der Formel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zn, Fe, Mg, Ni und Mn, große Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 1000 µm 25 Vol.-% oder weniger des gesamten Porenvolumens besetzen, feine Poren mit einem Porendurchmesser von 0,45 µm oder weniger 5–40 Vol.-% des Volumens der Poren mit einem Porendurchmesser von 1000 µm oder weniger besetzen, zumindest ein Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,14–10 µm liegt und ein berechneter durchschnittlicher Teilchendurchmesser der gesinterten Teilchen von 0,04–1 µm liegt.
Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 1, worin zumindest ein Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,14 µm oder mehr und weniger als 0,45 µm liegt und zumindest ein Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von 0,45–10 µm ist.
Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, worin weiterhin zumindest ein Porendurchmesser-Verteilungspeak innerhalb eines Porendurchmesserbereiches von mehr als 10 µm und 1000 µm oder weniger liegt.
Wärmeisolationsmaterial, gebildet aus einem porösen Sinterkörper aus MgAl₂O₄ und mit einer Porosität von 73% oder mehr, worin die Poren mit einem Porendurchmesser von 0,8 µm oder mehr und weniger als 10 µm 60 Vol.-% oder mehr und weniger als 80 Vol.-% des gesamten Porenvolumens besetzen, die Poren mit einem Porendurchmesser von 0,01 µm oder mehr und weniger als 0,8 µm 10 Vol.-% oder mehr und weniger als 30 Vol.-% des gesamten Porenvolumens besetzen, und die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C nicht das 1,5-fache der thermischen Leitfähigkeit bei 20–1000°C übersteigt.
Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 4, worin die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C 0,3 W/mK oder weniger ist.
Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 4, worin die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C 0,26 W/mK oder weniger ist.
Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 5 oder 6, worin die thermische Leitfähigkeit bei 1000–1500°C nicht das 1,2-fache der thermischen Leitfähigkeit bei 20–1000°C oder weniger übersteigt.
Wärmeisolationsmaterial nach einem der Ansprüche 4 bis 7, worin die volumetrische spezifische Wärme 1,2 J/cm³·K oder weniger ist.