DE10247280A1

DE10247280A1 - Siliciumcarbidverbundmaterial

Info

Publication number: DE10247280A1
Application number: DE10247280A
Authority: DE
Inventors: Frank Hoffmann; Günter ZARGES
Original assignee: SICcast Mineralguss GmbH and Co KG
Current assignee: SICcast Mineralguss GmbH and Co KG
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: DE10247280B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial zur Reparatur und zum Schutz insbesondere von Metalloberflächen, das aus einem Füllstoff und einem Bindemittel besteht, wobei der Füllstoff Siliciumcarbid als Basis verwendet, während als Bindemittel ein Epoxidharz verwendet werden kann. Durch Zugabe eines besonders feinkörnigen keramischen Oxids unter gleichzeitiger zumindest teilweiser Erhöhung der Korngröße des Siliciumcarbids wird die Verschleißfestigkeit des Verbundmaterials erhöht und gleichzeitig die Verarbeitbarkeit verbessert. Die Erfindung beruht darauf, daß die runden, feinen Oxidkörner die Zwischenräume zwischen den deutlich größeren Siliciumcarbidkörnern besetzen können, so daß diese besonders gut aneinander vorbeigleiten können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial zur Reparatur und zum Schutz von Metalloberflächen, das einen Füllstoff und ein Bindemittel aufweist, wobei ein Bestandteil des Füllstoffes Siliciumcarbid ist. Derartige Verbundmaterialien sind in der Lage, sowohl die Abrasions- als auch die Korrosionbeständigkeit, beispielsweise bei Verwendung in flüssigen Medien, deutlich zu verbessern. Auch die Beständigkeit gegenüber unterschiedlichsten chemischen Einflüssen von Säuren, Basen und anderen Chemikalien wird erhöht. Das Verbundmaterial kann sowohl zur Regenerierung abgetragener Metallflächen als auch als vorbeugender Schutz aufgetragen werden. Das fertig angesetzte Verbundmaterial wird in verstreichbarer Form auf die zu bearbeitenden Oberflächen aufgetragen, wo es aushärtet, um so anschließend die gewünschte Schutzwirkung zu erzielen.
Die Verbundmaterialien werden üblicherweise in Form einer hochviskosen Reparaturmasse vertrieben, die bei Bedarf mit einem Härter umgesetzt werden kann, um das Verbundmaterial selbst herzustellen. Um die Verschleißschutzeigenschaften zu verbessern, ist ein möglichst hoher Anteil des verschleißfesten Füllstoffes wünschenswert. Als Füllstoff haben sich unter anderem Metall- und Aluminiumoxidpartikel bewährt. Siliciumcarbid wurde bislang nur selten verwendet.
Auf der anderen Seite kann der Füllstoffanteil nicht beliebig erhöht werden, da zur Einbettung des Füllstoffes in die Masse ein Bindemittel notwendig ist. Das Bindemittel dient gleichzeitig als Klebemittel zur Fixierung des Verbundmaterials auf den zu behandelnden Oberflächen, trägt aber praktisch nicht zur Verschleißfestigkeit bei. Bei zu hohem Füllstoffanteil wird auch die Verarbeitbarkeit immer schwieriger, da das Verbundmaterial schlechter, beispielsweise mit einem Spachtel, aufgetragen werden kann. Als Bindemittel dient häufig ein Epoxid- oder Vinylesterharz.
Eine bereits aus dem Stand der Technik bekannte Formulierung für eine Reparaturmasse zur Herstellung eines Verbundmaterials besteht aus Bisphenol-A oder -F und Epichlorhydrin als Epoxidharzsystem sowie Siliciumcarbid einer Korngröße ≤ 0,1 mm. Um die Härtung zu bewirken, wird mit einem aminischen Härter wie Diethylentriamin oder Triethylentetramin umgesetzt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik wurden in der Vergangenheit verschiedene Versuche gemacht, den Füllstoffanteil zu erhöhen. Andere Bestrebungen zur Verbesserung der Abrasionsfestigkeit beruhten auf der Verwendung von Füllstoffen mit erhöhter Korngröße. Beide Ansätze führten jedoch stets dazu, daß die Verarbeit- und Verstreichbarkeit der Reparaturmasse deutlich abnahm.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verbundmaterial auf der Basis von Siliciumcarbid zu schaffen, das trotz Erhöhung des Füllstoffanteils und Erhöhung der Korngröße dennoch eine gute Verarbeitbarkeit aufweist. Gleichzeitig sollte das Verbundmaterial eine höhere Abrasions- und Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu Verbundmaterialien aus dem Stand der Technik haben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem dem Siliciumcarbid mindestens ein Oxid runder Körnung, insbesondere ein keramisches Oxid, zur Erhöhung der Packungsdichte beigemengt wird, dessen Körnung deutlich feiner als die der gröbsten Partikel aus Siliciumcarbid ist. Die Körnung des Oxids sollte möglichst feiner als die mittlere Körnung des Siliciumcarbids sein.
Während die Verwendung vergleichsweise grober Siliciumcarbidkörner, welche eine relativ spitze Struktur aufweisen, die Abrasionsfestigkeit verbessert, dienen die sehr feinen, runden Oxidkörner dazu, die Zwischenräume zwischen den Siliciumcarbidkörnern zu besetzen. Letztere können beim Verstreichen an den Oxidkörnern entlanggleiten, so daß die Verstreichbarkeit der Reparaturmasse verbessert wird. Die Gesamtviskosität der Reparaturmasse wird verringert.
Als keramisches Oxid wird vorzugsweise Aluminiumoxid verwendet. Aluminiumoxid oder Korund weist, ebenso wie Siliciumcarbid, einen sehr hohen Härtegrad auf. In der Mohs-Skala wird Aluminiumoxid mit 9,0 eingestuft, während Siliciumcarbid in seiner Härte (9,5) sogar dem Diamant nahekommt. Gleichzeitig ist Aluminiumoxid besonders geeignet, weil es in sehr feiner Körnung zugänglich ist und diese Körner eine runde Struktur aufweisen. Eine Alternative zur Verwendung von Aluminiumoxid stellt die Verwendung von Zirconiumoxid dar.
Zweckmäßigerweise kann der Formulierung eine bestimmte Menge hochdispersen SiO₂ zugesetzt werden. Besonders geeignet ist dabei das unter dem Namen Aerosil bekannte SiO₂. Die Beigabe von Aerosil erhöht die Anhängfähigkeit der Reparaturmasse insbesondere an senkrechten Oberflächen. Gleichzeitig wird es auf diese Weise möglich, die Reparaturmasse in dicken Schichten aufzutragen, ohne daß sie dabei verläuft und ihre Form verliert. Die Verwendung von SiO₂ ist jedoch auch an Stelle des keramischen Oxids möglich.
Die mittlere Korngröße des zugesetzten Oxids sollte deutlich geringer sein als die des Siliciumcarbids, um ein effektives Entlanggleiten des Siliciumcarbids an den Oxidpartikeln zu gewährleisten. Vorzugsweise liegt daher die mittlere Korngröße in einem Bereich ≤ 50 μm. Besonders bevorzugt ist eine mittlere Korngröße ≤ 10 μm.
Gleichzeitig ist es sinnvoll, die Korngröße des Siliciumcarbids im Vergleich zu Verbundmaterialien aus dem Stand der Technik zu erhöhen, um die Abrasionsbeständigkeit zu verbessern. Die Korngröße des Siliciumcarbids kann daher bis zu 3 mm betragen, bevorzugt sind Werte bis 1 mm.
Das Bindemittel zur Einbettung des Füllstoffes und zur Fixierung des Verbundmaterials auf der zu behandelnden Oberfläche ist vorteilhafterweise ein Epoxidharz. Dabei kommt typischerweise ein aromatisches Epoxidharzsystem unter Verwendung eines aminischen Härters zum Einsatz.
Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung von Triethylentetramin als Härter. Die Reaktion mit Triethylentetramin ist im Vergleich zu Diethylentriamin weniger exotherm, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit herabgesetzt wird und das ausgehärtete Verbundmaterial somit weniger Spannungen aufweist. Endgültig ausgehärtet ist ein solches Verbundmaterial nach 16 – 18 h; bereits nach 6 h ist der Aushärtvorgang jedoch weitgehend abgeschlossen.
Als Epoxidharzsystem kann ein typisches Gemisch aus Bisphenol-A oder -F mit Epichlorhydrin verwendet werden. Derartige Epoxidharzsysteme haben sich in der Vergangenheit bewährt und weite Verbreitung gefunden.
Alternativ zur Verwendung eines Epoxidharzes ist jedoch auch der Gebrauch von Vinylesterharz als Bindemittel denkbar.
Die Erfindung umfaßt gleichzeitig ein Verfahren zur Herstellung einer Reparaturmasse, das mit einem geeigneten Härter zum erfindungsgemäßen Verbundmaterial umsetzbar ist. Vorteilhafterweise wird die Formulierung unter Vakuum zubereitet, so daß die fertig angemischte Reparaturmasse praktisch keine Luftblasen enthält. Darüber hinaus sorgt das Anlegen eines Vakuums auch für die Beseitigung von Restfeuchtigkeit.
Im folgenden wird ein Beispiel zur Herstellung einer Reparaturmasse gemäß der Erfindung gegeben.
Beispiel
3000 g Siliciumcarbid einer Korngröße bis 1 mm werden mit 1000 g Aluminiumoxid einer durchschnittlichen Korngröße von 4 um vorgemischt. Gleichzeitig wird das Epoxidharzsystem, bestehend aus Bisphenol-F, Bisphenol-A und Epichlorhydrin in einer Menge von 1000 g mit 40 g hochdispersen Siliciumdioxids (Aerosil) gemischt und in ein Mischbehältnis gegeben, welches unter Vakuum gesetzt werden kann. Anschließend wird nach und nach das vorgemischte Siliciumcarbid/Aluminiumoxid zugegeben. Dabei wird die gesamte Masse sorgfältig durchmischt. Die fertig angemischte Masse wird schließlich unter Vakuum ca. 10 Minuten weiterdurchmischt. Anschließend kann die Reparaturmasse entweder in ein Vorratsgefäß oder in eine Verkaufsverpackung umgefüllt werden.
Um die Härtung der Reparaturmasse zu bewirken, werden 140 g Triethylentetramin zugegeben und wiederum gut durchmischt. Anschließend erfolgt die Auftragung auf die zu behandelnden Oberflächen. Der Füllstoffanteil beträgt damit insgesamt 78,5 Gew.%, was einer wesentlichen Erhöhung des Füllstoffanteils im Vergleich zu typischen Verbundmaterialien aus dem Stand der Technik entspricht.

Claims

Verbundmaterial zur Reparatur und zum Schutz von Metalloberflächen, das einen Füllstoff und ein Bindemittel umfaßt, wobei Siliciumcarbid ein Bestandteil des Füllstoffes ist, dadurch gekennzeichnet , daß dem Siliciumcarbid mindestens ein Oxid runder Körnung, insbesondere ein keramisches Oxid, zur Erhöhung der Packungsdichte beigemengt ist, dessen Körnung feiner als die der gröbsten Partikel aus Siliciumcarbid ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnung des Oxids feiner als die mittlere Körnung des Siliciumcarbids ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxid Aluminiumoxid ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxid Zirconiumdioxid ist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß hochdisperses Siliciumdioxid ein Bestandteil des Verbundmaterials ist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße des Oxids weniger als 50 um beträgt.
Verbundmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße des Oxids weniger als 10 um beträgt.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Siliciumcarbids weniger als 3 mm beträgt.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Epoxidharz ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Epoxidharzes ein aromatisches Epoxidharzsystem mit einem aminischen Härter verwendet wird.
Verbundmaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der aminische Härter Triethylentetramin ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxidharzsystem Bisphenol-A und/oder Bisphenol-F enthält.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxidharzsystem Epichlorhydrin enthält.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Vinylesterharz ist.
Reparaturmasse zur Herstellung eines Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Reparaturmasse mit einem geeigneten Härter zum Verbundmaterial umsetzbar ist.
Verfahren zur Herstellung einer Reparaturmasse, die mit einem geeigneten Härter zu einem Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reparaturmasse unter Vakuum erzeugt wird.