DE1300056B

DE1300056B - Verfahren zum Verbessern der Hitzebestaendigkeit und Plastizitaet von keramischen Bindermassen

Info

Publication number: DE1300056B
Application number: DEA47798A
Authority: DE
Inventors: Bizzerri Venanzio
Original assignee: Kanthal AB
Current assignee: Kanthal AB
Priority date: 1963-12-09
Filing date: 1964-12-07
Publication date: 1969-07-24
Also published as: GB1089780A; US3395029A

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die können das Jodid-, Chlorid-, Bromid-, Sulfat-, Herstellung von Bindemitteln, die besonders zur Nitrat- oder Karbonat-Ion genannt werden.
Herstellung geformter Körper auf pulvermetallur- Die Verwendung von Ammoniumverbindungen gischem Wege oder nach einem Verfahren dienen zusammen mit einem Alkohol als Bmdemittel bei der sollen, das in der Keramik üblich ist. Diese Körper 5 Herstellung von Gegenständen aus Metallpulvern ist sollen bei hohen Temperaturen verwendet werden. an sich bekannt. Hierbei handelt es sich jedoch nicht Es ist bereits vorgeschlagen worden, solche Binder um Mineralien der Tonmineralgruppe. Dieser Voraus Tonmineralien, beispielsweise der Montmoril- schlag konnte daher das Verfahren gemäß der Erfinlonitgruppe, insbesondere Bentonit, herzustellen. dung nicht nahelegen. Bei Bindermassen auf Alginat-

Bei der Herstellung elektrischer Widerstands- io basis ist neben Natriumalginat auch Ammoniumelemente, die bei sehr hohen Temperaturen verwen- alginat verwendet worden. Ein Vorteil bei der Verdet werden sollen, ist es wichtig, daß die bei der Her- Wendung der einen oder anderen Verbindung ist stellung verwendeten Binder keine Stoffe im End- nicht erkennbar. Bei dieser Sachlage war es nicht produkt entstehen lassen, die einen verhältnismäßig vorauszusehen, daß bei den ganz anders aufgebauten niedrigen Schmelzpunkt besitzen. 15 Bindermassen auf der Basis von Tonmineralien die

Das Bindemittel gemäß der Erfindung ist beson- Vorbehandlung der Mineralien mit Ammoniumsalz-

ders bei der Herstellung solcher Widerstandselemente lösungen eine überraschende Verbesserung der Bin-

von Bedeutung, die eine Silicidkomponente enthalten, der ergibt. Schließlich ist die Verwendung von PoIy-

deren Metall vorzugsweise Molybdän oder ein an- vinylalkohol in Bindern, die nicht zur Tonmineral-

deres Übergangsmetall der vierten bis sechsten 20 gruppe gehören, bekannt. Die Verwendung dieses

Gruppe des Periodischen Systems darstellt. Außer Stoffes konnte keinesfalls die Anwendung eines ein-

diesen Stoffen kann das Element Oxyde enthalten, wertigen kurzkettigen Alkohols in dem erfindungs-

insbesondere Siliciumdioxyd und Aluminiumoxyd. gemäßen Bindermaterial nahelegen.

Das Herstellungsverfahren solcher Widerstands- Die Vorteile der Ersetzung des Alkalis durch das

elemente unter Verwendung von Mineralien der 25 Ammoniumion gemäß der vorliegenden Erfindung

Montmorillonitgruppe ist beispielsweise im USA.- bestehen darin, daß der mit Ammoniak behandelte

Patent 3 027 331 und im britischen Patent 848 985 Bentonit während des Erhitzens und des Schmelzens

ausführlich beschrieben. sein Ammoniak abgibt zum Unterschied von dem

Wie sich gezeigt hat, ist die Verwendung von Ben- ursprünglichen Bentonit, der beim Schmelzen ein

tonit von besonderer Wichtigkeit. Indessen enthalten 30 Glas mit niedrigem Schmelzpunkt liefert. Ein solches

die Mineralien der Montmorillonitgruppe und be- Glas enthält eine beträchtliche Menge Alkali, was

sonders auch Bentonit sämtlich Metallionen, deren unerwünscht ist.

Gegenwart den Nachteil mit sich bringt, daß das Es wurde jedoch festgestellt, daß der Ersatz der Mineral bei verhältnismäßig niedriger Temperatur Metallionen durch Ammonium dafür verantwortlich schmilzt. Zu diesen Metallionen gehören Erdalkali- 35 ist, daß das Bindemittel einen Teil seiner ursprüng- und Alkaliionen. Das bedeutet, daß die nach diesem liehen Plastizität verliert. Dieser Verlust ist wahrbekannten Verfahren hergestellten geformten Gegen- scheinlich das Ergebnis der Veränderung der distände nicht bei höherer Temperatur als etwa elektrischen Eigenschaften der sehr dünnen Blätt-1700° C verwendet werden können. chen, welche das Mineral bilden. Gemäß vorliegen-

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die 4° der Erfindung wird jedoch die ursprüngliche Plasti-

Herstellung eines Bindemittels, das einen höheren zität des Binders dadurch wieder hergestellt, daß der

Schmelzpunkt besitzt. Zu diesem Zweck werden nach der Vorbehandlung und der Ionensubstitution

erfindungsgemäß die Tonmineralien allgemein, wie erhaltene Schlamm mit einem organischen Lösungs-

z. B. das Montmorillonitmaterial, insbesondere Ben- mittel behandelt wird, das mit Wasser mischbar ist

tonit, von der Gegenwart von Metallionen befreit, 45 und das nach Zusatz in einem geeigneten Mengen-

wodurch der Schmelzpunkt des Bindemittels be- verhältnis zwischen die dünnen Blättchen des Mine-

trachtlich erhöht wird. rals eindringt und die Plastizität des Materials voll-

Im allgemeinen soll ein derartiges Tonmineral eine ständig oder teilweise wiederherstellt.

Grundaustauschkapazität von mindestens 10-mg- In einigen Fällen kann die Plastizität des behan-

Äquivalenten auf 100 g trockene Substanz auf- 5° delten Materials besser sein als die des unbehan-

weisen. delten Bentonits. Die Erfindung wird im folgenden

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ver- unter Bezugnahme auf ein Beispiel näher bebessern der Schmelzbeständigkeit und Plastizität von schrieben.
Bindermassen, die aus Mineralien der Tonmineral- B e i s ο i e 1
gruppe bestehen, welche basische, austauschbare 55

Metallionen enthalten, zur Herstellung geformter Aus 1300 g trockenem Bentonit und etwa 5 1 Gegenstände. Die Erfindung ist dadurch gekenn- destilliertem Wasser wird ein Schlamm hergestellt, zeichnet, daß man einen wäßrigen Schlamm des in dem 250 g Ammoniumchlorid (NH₄Cl) gelöst Bindematerials herstellt und diesen Schlamm mit sind. Nach 24 Stunden wird die überschüssige Löeiner ionisierbaren Ammoniumverbindung behandelt, 60 sung abgegossen und neue Ammoniumchloridlösung wobei man die Metallionen in dem Bindermaterial hinzugefügt. Nach weiteren 12 Stunden wird die Lödurch Ammoniumionen ersetzt, und daß man dem sung wieder abgegossen und eine beträchtlich dünwäßrigen Schlamm des Ammoniumionen enthalten- nere Ammoniumchloridlösung zugesetzt, deren Konden Bindermaterials einen einwertigen Alkohol mit zentration vorzugsweise lediglich die Hälfte der 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Molekül in einer 65 Anfangskonzentration beträgt. Nach einem Zeitraum Menge zusetzt, die genügt, um die Plastizität des von weiteren 36 Stunden erfolgt ein neues Waschen Schlammes wesentlich zu verbessern. Als Anionen, der Masse mit destilliertem Wasser; darauf läßt man die mit dem Ammoniumkation umgesetzt werden, den Bentonit sich 24 Stunden lang absetzen und

gießt wieder die überstehende Flüssigkeit ab. Es folgen drei weitere solche Waschvorgänge mit anschließendem Dekantieren.

Nach dem letzten Abgießen zeigt der Bentonitschlamm keinerlei Plastizität mehr; er wiegt nun etwa 5000 g, hiervon sind 3700 g Wasser und 1300 g trockener Bentonit; dies entspricht 74 Gewichtsprozent Wasser und 26 Gewichtsprozent Bentonit.

Obwohl der Bentonitschlamm nunmehr frei von Alkaliverbindungen ist, die durch Ammonuimverbindungen ersetzt sind, kann er nicht zum Formen pulveriger Gegenstände verwendet werden, die in einem pulvermetallurgischen Verfahren gesintert werden sollen, weil der Bentonit keine genügende Plastizität aufweist.

Um die Plastizität des Bentonits wiederherzustellen, werden folgende Maßnahmen getroffen: In einen Behälter, der 5000 g des Schlamms enthält, wird gemäß der folgenden Tabelle Äthylalkohol schrittweise zugegeben. In der ersten Spalte ist der Gesamtbetrag des Äthylalkohols angegeben.

Äthyl	Schlamm	Wasser	Trockener	Viskosität
alkohol	Gewichts	Gewichts	Jöentonit	der Mischung
g	prozent	prozent	VJc W IL-Il IS" Prozent	in cP bei 25° C
22	0,45	0,6	1,7	60
133	2,65	3,6	10,2	165
200	4,00	5,4	15,3	380
266	5,35	7,2	20,4	etwa 920
355	6,25	9,6	27,2	2000
1100	22,00	30,0	85,0	steigend
3900	78,00	105,0	300,0	steigend
6350	126,0	171,0	485,0	steigend

Bei den zuletzt erwähnten großen Alkoholmengen wurde festgestellt, daß der Alkohol sich etwas von der plastischen Masse trennte.

Eine für technische Anwendungszwecke geeignete Beschaffenheit wird erzielt, wenn Alkohol in einer Menge von etwa 5 bis etwa 78 Gewichtsprozent des Gesamtgewichtes des Schlamms zugesetzt wird.

An Stelle von Äthylalkohol kann auch Isopropylalkohol mit Vorteil angewendet werden; in diesem Fall wird lediglich ein Gehalt von 3 bis 8 Gewichtsprozent des Schlamms benötigt. Im allgemeinen können einwertige Alkohole, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisen, benutzt werden.

Um beim Zusatz verschiedener organischer Lösungsmittel eine bessere Übersicht über den Einfluß auf die Konsistenz der Masse zu erhalten, wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der die Viskosität in cP in Abhängigkeit des Gehaltes des zugesetzten Lösungsmittels in Gewichtsprozent aufgetragen ist. Die Kurven zeigen klar, wie die Viskosität oder Plastizität bei steigendem Lösungsmittelzusatz wächst, wobei die Abhängigkeit bei verschiedenartigen Zusätzen eine verschiedene ist.

Kurve A zeigt die Bedingungen beim Zusatz von
normalem Propylalkohol;

Kurve B zeigt die Bedingungen bei Isopropyl-

alkohol;

Kurve C zeigt den Einfluß von sekundärem
Butylalkohol;

Kurve D denjenigen von Äthylalkohol;
Kurve E den von normalem Butylalkohol;
Kurve F den von tertiärem Butylalkohol;
Kurve G den von Glykol.

Die besten Ergebnisse werden also beim Zusatz von Propylalkohol erzielt, während Glykol kaum überhaupt eine Verbesserung der Viskosität mit sich bringt.

Der so vorbehandelte und plastifizierte Bentonit wird dann mit anderen pulverförmigen Bestandteilen gemischt, worauf die Masse geformt und in an sich bekannter Weise gesintert wird. Die Art der Herstellung und des Sinterns des geformten Körpers aus feinverteiltem Molybdändisilicid und feinverteiltem plastischem Ton der Montmorillonitgruppe ist im einzelnen im USA.-Patent 3 027 331 beschrieben.

Wenn geformte Gegenstände auf pulvermetallurgischem Wege unter Verwendung eines Bindemittels gemäß vorliegender Erfindung aus einer Ausgangsmasse hergestellt werden, die im wesentlichen aus Molybdänsilicid und gewünschtenfalls Siliciumcarbid besteht, hat sich herausgestellt, daß derartige Körper im Dauerbetrieb bei Temperaturen bis 1800° C verwendet werden können.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Verbessern der Hitzebeständigkeit und Plastizität von Bindermassen, die aus Mineralien der Tonmineralgruppe bestehen, welche basische austauschbare Metallionen enthalten, zur Herstellung geformter Gegenstände aus Molybdänsilicid, dadurch gekennzeichnet, daß man einen wäßrigen Schlamm des Bindermaterials herstellt und diesen Schlamm mit einer ionisierbaren Ammoniumverbindung behandelt, wobei man die Metallionen in dem Bindermaterial durch Ammoniumionen ersetzt, und daß man dem wäßrigen Schlamm des Bindermaterials, welches Ammoniumionen enthält, einen einwertigen Alkohol, der 1 bis 4 Kohlenstoffatome im Molekül enthält, in genügender Menge zusetzt, um die Plastizität des Schlamms wesentlich zu verbessern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen