DE1669380A1

DE1669380A1 - Verfahren zur Herstellung hitzebestaendiger Fasern auf Aluminiumoxyd-Silikatbasis

Info

Publication number: DE1669380A1
Application number: DE19671669380
Authority: DE
Inventors: Blaze Joseph Edward
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1966-02-14
Filing date: 1967-02-02
Publication date: 1970-12-03
Also published as: CH509231A; BE693908A; ES336704A1; FR1511363A; AT282807B; NL160230B; LU52951A1; NL6702179A; US3503765A; SE315841B; GB1119132A; NL160230C; DE1669380C3

Description

DR. WETZEL 85 NORNBERG-1, den 1.Febr. 1967 PATENTANWALT

BANKKONTEN: DEUTSCHE BANK A. G.. FILIALE NQRNBERG NR. 368944

UND STADTSPARKASSE NQRNBERG NR. 30940 λ ** Λ Π Ο Ο η POSTSCHECK: NORNBERG NR. 3854 | Γ) D Q O 0 U FERNSPRECHER: 20408I.B3 TELEGRAMM-ADRESSE: PATWETZEL TELEX: PATWETZEL NBG NR. 06/32337

The ßaboock & Wiloox Company, New York, N.Y. 10 017 / USA.

Verfahren zur Herstellung hitzebeatändiger Fasern auf Aluminiumoxyd-Silikatbasis

Die Erfindung bezieht sioh auf die Herstellung von Fasern auf Aluminiumoxyd-Silikatbaais zum Gebrauch bei hohen Temperaturen für Isolierungs- und Yerstärkungszwecke und zwar insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung polykristalliner Fasern dieser Art, die eine hohe mechanische Festigkeit, geringe Wärmeleitfähigkeit und ausgezeichnete Wärmestabilität bei Gebrauchstemperaturen von 1370 C und mehr besitzen.

Für die Herstellung von hitzebeständigen Fasern wird zur Zeit ein Material aus Aluminiumoxyd mit einem Schmelzpunkt im Bereich zwischen 1590° und 184-0⁰C benutzt. So kann man beispielsweise Georgia-Kaolin in einem elektrischen Schmelzofen bis über seine Schmelztemperatur erhitzen,das geschmolzene Metall durch eine Bodendüse abziehen und den fallenden Strom mit einem Dampf- oder Luftstrom hoher Geschwindigkeit treffen lassen,wodurch das Material in Fasern verschiedener Länge aufgelöst wird, die anschließend gesammelt werden.Auf diese Weise können für 'Isolationszwecke geeignete Kaolinfasern für Georauchstemperaturen bis 1090⁰C und kurzzeitig bis hinauf zu 1200⁰C hergestellt werden ( US-Patentschrift 2 674 539 ).

009 84 9/1770 ^B*D original

Die chemische Analyse ergibt in Gewichtsprozenten rund 45,5 96 und SiO₂ -50,5 #.

Auf diese Weise können auch ftir ähnliche Temperaturbedingungen Mullitfasern hergestellt werden.Die geschmolzenen Fasern ergeben etwa folgende Analyse in Gewichtsprozent »

Al₂O₅ 68,1 96

SiO₂ 26,5 *

2,1 *

₂ 2,7 +

Restverunreinigungen in der Sohmelze. Die Mullitfaserη sind etwas feiner,aber von geringerem Abriebswiderstand als die Kaolinfasern·

Derartige hitzebeständige Aluminiumoxid-Silikatfasern beginnen bei Temperaturen über 925⁰O zu entglasen, während sich bei Erhitzung auf 980⁰O eine kristalline Mullit-Phase entwickelt»Diese Entglasung,die zu einer übermäßigen Schrumpfung führt,ist das Phänomen, das die Verwendung solcher Fasern auf 1200⁰G besohrankt.

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung einer Faser auf Aluminiumoxid-Silikatbsasis mit sehr hoher mechanischer Festigkeit, ausgezeichneten thermischen Eigenschaften und guter Verarbeitbarkeit,so daß es möglich wird,sie für Isolierungs— und Verstärkungszwecke bis 157O⁰C und darüber zu verwenden.

Diese verbesserte Faser wird durch Anwendung einer speziellen Zusammensetzung der Ausgangsmaterialien in einem Herstellungs-

009849/1770 iad original

rerfahren mit Salzzerlegung der Pasern erzielt,das eine Paser ergibt,deren ohemisohe Analyse im wesentlichen eine Mullit-Zusammensetzung plus einem geringen Betrag eines sauren Oxydes ist,wie Phosphorpentoxyd ( P₂O^), ^Boroxvi (B₂Oj) und/oder Titatofcyd (TiO₂).Insbesondere erhält man eine kalzinierte Paser im Bereioh folgender Analyse in Gewiohteprozenten s

^A12°3 68 1» - 80 #

SiO₂ 14 t - 30 £

Saures üxyd 1 # - 10 ^.

Das angewandte Herstellungsverfahren ist grundsätzlich 4m balzfaserzerlegungsverfahren nach der französischen Patentschrift 1 424 994 ähnlich, Bs wird eine wässerige viskose amorphe faserbildende Lösung, "Mutterlösung", vorbereitet,die durch Einwirkung einer basischen Aluminiumverbindung mit einem Äquivalentgewioht eines sauren Aluminiumsalzes hergestellt wird, sodaß die Lösung auf eine verhältnismäßig hohe Viskosität konzentriert werden kann und einen großen Betrag eineβ Ions enthält,das durch Kalzinieren der aus der Lösung gewonnenen Pasern in ein hitzebeständiges Oxyd umgewandelt werden kann.Pür das Verfahren brauchbar sind die Chloride,Niträte, Sulfate und Hydroxyde von Aluminium,

Nach dem älteren Verfahren können polykristalline Pasern daduroh hergestellt werden, daß eine Lösung aus einem oder mehreren löslichen Metallsalzen gebildet wird,die durch hohe Viskosität,hohen Grad von Löslichkeit in dem gewählten Lösungsmittel, Stabilität in konzentriertem viskosem Zustand,

009849/1770 original .nspecteo

Fähigkeit,Bioh bei der Erhitzung auf Sintertemperatur in das Oxyd umzusetzen und geringe Kosten als handelsübliches reines Material charakterisiert sind.Das Salz oder die Salzmisahung wird gelöst und die Lösung zur gewünschten Viskosität durch Erhitzen bei verhältnismäßig niedere» Temperatur,beispielsweise zwischen 38 und 23O⁰C,auf die gewUnschteViskosität konzentriert,bis der Anteil des Lösungsmittels auf den gewünschten Betrag reduziert ist. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin,daß die konzentrierte Lösung bei Raumtemperatur die faserbildenden Eigenschaften von geschmolzenem Glas hat,insbesondere das Verhältnis von Viskosität zu Oberflächenspannung. Die Lösung wäre also bei Raumtemperatur im wesentlichen stabil,wenn sie die gewünschte Viskosität hat.Bei dieser trennen sich di· Salze oder festen Bestandteile der Lösung nicht durch Schwerkraft innerhalb einer 24-stündigen Periode<dlt !lösung rekristallisiert nicht l'üi mindestens 24 Stunden, noch wird sie durch Änderungen der Temperatur,Verunreinigungen,. oder Ptuohtigkeit im umgebenden Raum beeinträchtigt.Die Stabilität der Lösung ist erwünsoht und zwar wegen der Reproduzierbarkeit und für leiohte Lagerung und Handhabung der Niedertemperatur löBung vor der tatsächlichen Faserblldung·

Ein weiterer Vorteil solcher Lösungen ist der,daß sie den höchstmöglichen Anteil an festen Beutandteilen enthalten,d.h. den Prozentsatz von Oxid oder Keramik,der vom Salz bei der Erhitzung gebildet werden kann. Je höher der Gehalt an festen Bestandteilen ist,umso geringer ist die Schrumpfung in der

009849/1770

BADORlQiNAt

Behandlung und vielleioht auch der Gleichmäßigkeit der Faserfestigkeit. Außerdem sichert ein hoher Anteil an festen Stoffen eine große Fadenlänge.Es ist wichtig,daß die zur Faserherstellung dienende Zusammensetzung eine Verbindung enthält,die sich zersetzt und zu einem ßxid oder zu einer Oxidmisohung verdichtet, wenn die Faser auf eine Temperatur wesentlich unter der Schmelztemperatur des gebildeten Oxides erhitzt wird.

Für den gewerblichen Gebrauch ist es wichtig, daß die faserbildende Lösung in einem Zuetand und vor allem von einer Viskosität ist,daß sie in den üblichen faserbildenden Verfahren angewandt werden kann.Aus diesem Grunde wird die Erhitzung fortgesetzt, bis die Lösung eine Viskosität etwa zwischen 1 und 1000 P ( Poise ) hat,insbesondere eine Viskosität, wie sie bei den in erster Linie bevorzugten Faserbildungsverfahren angewandt wird. Wenn beispielsweise die viskose Lösung durch ein Mundstüok abgeführt wird, sollte die Viskosität zwischen 2 und 50 P betragen. Der Bereich zwischen 50 und 150 P wäre geeignet für die Verspinnung der abgezogenen Lösung, während eine Viskosität zwischen 100 und 1000 P für das Ziehen von Monofäden geeignet sein würde·

Wichtig sind auch di· Verhältnisse im Raum der Faaerbildung. Die Entfernung des Lösungsmittels ist äußerst bedeutungsvoll· Die Salze oder kolloidalen Mischungen sind feuohtigkeiteempfindlioh insofern,als di· Entfernung der Feuchtigkeit die Viskosität auf einen Punkt steigerten dem die Losung die Tendene hat,

009849/1770

sioh in ein starres amorphes Festes umzuwandeln.'Die große Oberfläche der Fasern steigert ihr Trocknen,vorausgesetzt, dai der Feuchtigkeitsgehalt (Tau) der uagebenden Luft niedrig genug ist.Kontrollt der Trocknungsluft ist deshalb zur Sioherung des richtigen Feuchtigkeitsgehalts notwendig. Eine Berührung der Fasern untereinander,solange sie nooh nicht völlig trocken sind,sollte so gering wie möglioh gehalten werden und die Fasern sollten so schnell wie möglioh getrocknet werden· Die Faserbildung aus einer solohen Lösung sollte in einem Raum vor sioh gehen, dessen relative Feuchtigkeit weniger als 60 i»_% zweckmäßig zwischen 20 i» und J>0 $> liegt.Die Raumtemperatur ist weniger bedeutungsvoll und kann zweiokmäßig zwisohen 4° und 150⁰O liegen, sollte jedoch vorzugsweise Raumtemperatur über 32⁰O sein.

Der letzte Schritt des Verfahrens besteht darin,die Fasern kristallin und fest zu Machen.Das Trooknen beseitigt zwar das meist· Wasser in den Fasern und sogar einige der Anionen in der Salzlösung.Aber zur Umwandlung der Fasern in eine kristalline Keramische Form sind höhere Temperaturen nötig.Nach dem Trocknen werden die Fasern schnell bis auf eine Temperatur erhitzt, bei der sioh die eingeschlossenen Salze zersetzen. Die Temperatur hängt von der Zusammensetzung der verwendeten Salze ab und liegt im Bereich zwischen 650° und 13TK)⁰O,zweckmäßig zwischen 815° und 1040° G.Hmohd·» die fluchtigen Bestandteile entfernt sind und die umwandlung in das Oxid gesiohert ist,dient das aohliaßliohe Untern dazu, den Fasern

009849/1770 B*^D original

die maximale Diohte mit äußeret feinen Kristallen,im wesent-

o Hohen alle unter 500 A su geben.Faeern mit größeren Kristallen haben wegen der Sieht an den Korngrenzflachen beim Kristallwaohe* turn konzentrierenden Verunreinigungen die Tendenz zum Erweichen. Ale große Kristalle werden üblicherweise größere als 500 A oder o,05 Mikron bezeichnet· Die erwttnschte Kristallgröße liegt zwi-

sahen 25 und 1?δ A«Die kalzinierten Fasern sind polykristallin, durchsichtig und τon kreisförmigem Querschnitt.Die Durchschnittο-größe der Kristallite liegt bei 50 bis 100 A.Naoh dem letzten Erhitzen sind diese hoohhitzebeständig.

Gemäß der Erfindung wird zunächst eine Hutterflüseigkeit vorbereitet₉beatehend aus einer Lösung mit niedriger Oberflächen» spannung und einer für die Faserbildung geeigneten Viskosität. Die MutterflUsslgkeit wird vorzugsweise dadurch gebildet, daß Pellet! aus hochreinem Aluminium in einer wässerigen Lösung you Aluminiumohlorid gelöst werden.Das ergibt eines der billigsten Materialien je 0,454 kg Al₂0yGehalt,der die Voraussetzung für schnellste Reaktion ist und der durch Konzentrieren leicht in das gewünschte Oxid umgeformt werden kann. Das Aluminiummetall wirkt ale basische Alumlnlumverbindung.Der folgende Ansatz wurde zunächst vorbereitet·

Zu einer Lösung, von 1500 g Aluminiumohlorid ( Baum* 32°) wurden 300 g Aluminium-HetallpelletB ( /Ö 6,4 bis 9,5 mm und 99,5 t Reinaluminium ) und 2000 si Wasser zugegeben.Die Lösung wurde ungefähr 2 Stunden erkitit,bie das Metall/praktisoh TÖllig gelöst war«Der Bodensat« wurde duroh Abfiltern der Lösung durch Baum wollgeweie entfernt.Die se gebildete L6aung war wasβerhell

009840/1770

und konnte durch Verdampfen dee Wassers auf jede gewünschte Viskosität konzentriert werden.Bei einer Viskosität von 40 bis 70 P bei Raumtemperatur (21⁰O) hatte die Lösung einen äquivalenten Aluminiumoxidgehalt von 38 bin 40 Gew«?',d_#h. etwa viermal soviel wie die Ausganpsoliloridlofiung.

Bei der festgestellten Viskosität lift dif* föu-Herlüaunf* eine Oberflächenspannung von etwa 74 I)₁V n/ ein und <·ΐηυ ridtiu von T_f g/om # Sie kann zu Fasern umgebildet werden,ν mi aio innerhalb 2 bis 4 Stunden versponnen wird.Läßt mnn »ie jf»dooi boi iiauiutemperatur stehen,so steint ihre Viskosität rapid an,l<1-spielsweise bis auf 10 000 P in einer Woohe.Um eine Lösung mit einer Oberflächenspannung heraufitellen, die eine gute Faserbildung sichert, beispielsweise mit weniger als 65 Dyn/om, wird zur Mutterflüssigkeit eine Flüssigkeit mit geringer Oberflächenspannung hinzugefügt.Zwar wurde gefunden, daß Äthyl- oder Methylalkohol und ähnliche anionisohe oberflächenaktive Aerosole die Oberflächenspannung herabdrücken, dooh ist Essigsäure vorzuziehen.Abgesehen von der Herabsetzung der Oberflächenspannung zeigt es sich,daß die Zugabe von O₉2 bis 1,5 i° Eisessigeäure eine übermäßige Polimerisation der Lösung stark herabsetzt« Es zeigte sich,daß diese Lösung Bwar gesponnene Fasern ergab_fdie eine außergewöhnlich hohe Festigkeit im frischen Zustand hatten und gut verarbeitbar waren.Aber die li_neare Schrumpfung stellte sich bei einer Erhitzung über 1090⁰O als übermäßig heraus.Ee mag eein,dai Alt kristalline Phase , alpha-Aluminiumoiid, die sioh bei

009849/1770

BAD ORIGINAL

1B6938Ü

dxetser Temperatur entwickelt, die Ursaohe für die verminderte u'esl.irkuil und Güte der beobachteten Pasern ist.

iks zeigte υ ich,daß dia Zugabe νυη 50 g Essigsäure und 300 g von baaLcsoüuin. Aluminiumaoetat ( eine handelsübliche .vasaerab— otoüönhi Chemikalie von der Formel Al(OH).(O₂II₃U₂). 1/3 H₅BO₅) zu a*iv beuchrioberum Mut torflüssigkeit nicht nur die Viskositätu-.i I ml 1L i..it Λ'-ja.ai.i J L-s\i Mvh'-ht,:i..n hu .. ίπ :h di.j HLbzobesfcändi^koLfc dor B¹¹IiJUi¹U utoL.»-3i't»rf»nn 'it>.; loi'ur i i ·;, -.) I in: in.-: ^ >i i1°0 au L" eiini ViaUouifciit von <H^J - 80 I' konzentriert und in ?.imiiii Feuohtigkeits bereich von 10 ^ - 30 ;ί in einer Atmosphäre Ubor },'. U versponnen wird und die Jpinnf-i^urri auf 12UÜ -» 1260 C srliit^t werden, ■jo erhält man iTau^rn,' dia weiß aind,gLasarfcig^fJi3 Aussehen haben, biegaam isind und gut verarbeitet werden können. Über 1260 0 huoen di;j busern lie Tendenz, bei jeder weiteren Temperaturerhoüuii., .i.;hn Ii ihrs !!"eatigkeit zu verlieren.Die verbesserte Verarbfi Ltiarkrii t iüri't-i auf die G-egenwart von 8 - 9 <& Borsäure ( B₁Oz) im vluminiumaoetat au auchen sein,um en in heißem Wasser atabil KU niuolien, M.)f.-3ätir« r-ntwiokelt offensichtlich in der Faser eine /,weite Kriu tatlphast), vioLlBi.-jht ο in Alujiiniumborat, die verhindert,-.ImM d.i.j Aluminium sioh in die untornahiedliohe bereits erwähnte ul,.ha--Ai.ii.niniumpheiwti umbildet. Um diesen Punkt nachzuprüLe.i, -nwu-Mi vf:yu 50 g /on H-,BO, mit der Mutterfiliesigkoit g)!iü.?ehc in■-1 ti·? ui,:^hung ζην IUναhiliung einer Al₀O, - i/ Hi'' .i:.i. '.■■ .i\ -f :·;?.:ϊη B,,'.''-- i»--ji?'-ifc^.t. _,.i ^r^iibon öicti fasern VMi f: /i: 'i· '■-{.', -j, l^l-'ii i? :X¥. si.i; iJIiJ - i'^!)Ui ·>;ΐ J?ti- ' ι- _; ϊ 1 fc aiii

BAD ORIGINAL

« 10 -

166938Ü

Verbesserte thermische Stabilität; und hoher Widerstand gegen Abrieb sind erforderlich,um solche Fasern für die dauernde Verwendung bei Temperaturen von 1370°C und darüber geeignet «vi n, ionen· Gemäß der Erfindung lassen sich die Eigenschaften durch eLnen Zuüfib.5 zur Mutterflüssigkeit erreichen und zwar duroh ein odor mehrere saure Oxide und vorzugsweise einen wesentlichen Anteil an oLnur anorganiuohon Hilielum enthaltenden Verbindung wie kolloida-I)I '.111 i j Lumoxid (iJiO^) oder Kieselsäure und einen kleinen Anteil von rtorax (BpO,) und/oder Phosphorpentoxid ( I*2⁰5^ ^oder Verbin-

" düngen,wulche ihrerseits diese Verbindungen enthalten.Beiapielu-

1370°
W)IfJtJ wurde eine erfolgreiche/Paser aus einer Mutterflüssigkeit

erhalten,die aus HOO g Aluminiumohloridlösung ( 32° Baumß )mit einem Äquivalentgehalt von 10,6 $> Al₃O₅, 2000 ml. H₃O und 280 g darin gelüsten Aluminiumpelletsbeatand.Zu dieser Lösung hinzugegeben wurden 50g Essigsäure, 575 g eines 40#igen Sols von kolloidalem SiO₂ mit einer Partikelgröße unter 25 Millimikrons und weniger als 1 i» Oxidverunreinigung, 10-2Og H»PO« und 50 -· 80 g H₅BO₅^ Kieselsäure ( Si(OH)₄),die duroh Deionisierung von ₍ Natriumsilikat durjh ein Wasserstoff-Austauschkunstharz erhalten wurde,kann als iquivalentgewioht von SiO₂ zugegeben werden. Die

Lösung wurde bei 21° C auf eine Viskosität von 60 - 90 P konzentriert und in einer Spinneinriohtung in Fasern übergeführt·

Pasern ergaben naoh dem xrooknen und gleichmäßiger Erhitzung 1010° - 1040°
vuhtsyro/anfe 1

1010* « 1040 ' fit¥-i fij'iizi t-ί ahemische lusanimensetzung in

BAD ORIGINAL

166938Q

Al	2°3	°3
SiO₂	°5
^B2
^P2

68-70 * 21-23 *

4-6 *

1-2 *.

Die kalzinierten Paa err waren wn'ac rliell nid l>ie{;san<_f be Haften eine eehr gute thermische .t'ibiliiat unu n;< .ten nach j£rhitzuii£ auf 1370 C während zweier iJtundt ι jug lineare Schrumpfung von unter 2 ?t# Die Anwesenheit derartiger Anteile von kolloider KlenclUiiure führte su einer Herabsetzung der Stabilität bei der Wiedererhitzung. Jedoch wirkt der Einschluß dee B₂°3 ^und dee Pp°5 ^-^{n den} Angegebenen Prozentsätzen weitgehend dieser Tendenz entgegen· Die Zugfestigkeit der einzelnen Facer beträgt etwa 250 kg/om naoh einer Erhitzung auf 137O⁰G, ein Anzeichen IUr die hohe Festigkeit und den hohen Abriebewiderstand.

Ea wurden nachstehende Versuohewerte erhalten s Kristalliner Aufbau und Größe

Überwiegende Mullitphase Kristallitgröße kleiner als 300 A nach zweistündiger Erhitzung

auf 137O⁰O.

Physikalische Eigenschaft der Fasern a) Zugfestigkeit

naohdem sie einer Temperatur von 1010 G ausgesetzt waren ( wie bei der Herstellung) 900 kg Je ob² nachdem sie einer temperatur von 1370⁹G ausgesetzt waren (2 Stuelen) 255 kg je cm²

( jeweils Duronsohnitt aus 20 Proben ) 009849/1770

. BAD ORIGINAL .< » « ·# «iiiti . ι. «*

~ 12 ~

b) Faserlänge - Länge bis 255 nun

ο) Faserdurohmesser -3,0 bis 5,0 Mikron im Durohsohnitt

d) Faserdichte - 2,85 bis 2,90 g/⁵

β) Brechungsindexι 1,59 N_wl(weißee Licht )

f) Elastizitätsmodul! o,o35 x 10⁶ kg/cm²

Eigenschaften in Haufenform

a) Haufendiohte ( wie hergestellt ) 11,2 bis 12,8 Kg/m⁵

b) Thermische Eigenschaften

1.Thermische Stabilität - Schrumpfung naoh Anfangserhitzung auf 1010° 0 während 5 Minuten

Erhitzungetemperatur ^_n ⁰C Prozentsohrumpfung (Durohschnitt auB zwei Richtungen)

13,15 - 2 Stunden 0,2

13,70 - 2 Stunden 1,0

H,25 - 2 Stunden 4,5

14,80 - 2 Stunden 7,5

2· Stabilität naoh Wiedererhitzung,Schrumpfung naoh

Anfangserhitzung auf 1370%während zwei Stunden

1370° - 12 Stunden 1 J*

3· Gewichtarerluet naoh anfänglicher Erhitzung

auf 1010 ⁰O während 5 Minuten Erhitzungstemperatur (2 Std.) Gewichtsverlust

1315 0,2

1370 0,3

1480 0_f4

009849/1770

BAD

4. Wärmeleitfähigkeit

Sie Wärmeleitfähigkeit einer Faserhaufenisolierung mit 51,3» 105,7; 113,7 und 123,4 kg/W wurde an einer polykristallinen Faser ähnlicher chemischer Eigenschaften,aber mit einer uebrauohagrenze von 154O⁰O gemessen. Der erwartete Unterschied in der Wärmeleitfähigkeit zwisohen diesen beiden Materialien sollt· klein sein.Die Wärmeleitfähigkeit der 137O°O-Iaser wurde für «in· Matt· mit einer Dichte von 123,4 kg/m³, deren kale fläche für 38⁰O normalisiert war,folgendermaßen berechnet t

Temperatur der heißen Fläche Wärmeleitfähigkeit«koefflaient

g oal/seo· om 0/ on ζ ₁₀*i*4

260 1,07

540 1,48

815 1,13

1090 3,13

1370 4,44

1540 5,4©

Eine im wesentlichen gleiohe Faser wurde für den Oebrauoh bei Temperaturen bis 1540⁰O in folgender Weise hergestellt t

Zu etwa 1400 g einer Aluminiumohloridlösung mit einem äquivalenten Gehalt von 10,6 £ Al₃O₅ wurden 2000 g HgO, 400 g eines 40 #Lgen Sols von kolloidaler Kieselsäure, 20g H₅PO₄ und 28Qg Aluminium-Metallpelleta hiniugegebenj die Mischung wurde erhitst bis das Metall praktisch völlig gelöst war,Diβ Lösung wurde gefiltert, der Bodensatz entfernt» Zu der entstandenen Flüssigkeit wurden 75g Essigsäure und 75g Borsäure hinzugefügt und die Lösung su der angegebenen Viskosität für das Verspinnen konzentriert.

009849/1770

BAD ORIGiNAI.

Aus der Lösung wurden dann Fasern gebildet und die Fasern wie Torbesohrieben kalsiniert.Es wurden die folgenden Versuohswerte erhalten ι

Sie Berechnung der kalsinierten Faser ergab eine ohenische Zusaaaensetsung in folgende« Bereich t

^A12°3 75-79 *

SiO₂ 15-18 JC

B₂O₃ ♦ P₂O₅ 4-9 +

Physikalische Binonschaften Zufälligkeit ( i« Surohsohnitt )

naoh de« A«0aotsen auf 1010°0 430 kg /o«² naoh de« Aussetzen auf 1370*0 180 kg /o« nash de« Aussetsen auf 154O°O 57 kg /««

FaserlMng· - Lungen bis 147 «■ Faserdurohaesser -3,0 bis 5,0 Mikren Faserdiohte - 2,95 bis 3(05 g/o»⁵ Brechungsindex -1,57 B_-1 (unter weiBe« lioht gesessen )

^₁

Irietallgröfle - kleiner als 500 A(naoh Brhitsung auf 1540* O₉ Mullitphaee )

Haufendiohte «9,6 bis 12,8 kg/«³ ElastisitätsKOdus - O₉ 0086 bis O₉ 0043 ζ ΙΟ⁶ kg/o«²

Jheraisohe Stabilität Sie Wirkung der zweistündigen Wärmebehandlung naoh de«

durchschnittlichen linearen Schrumpfen der 1540 O—Faser

009849/1770

BAD

die vorher für weniger ale 5 Minuten einer Temperatur von 101U⁰O ausgesetzt war,iet folgende t

*Zweistündige Erhitzungtemperatur**	Lineare Schrumpfung
in ° σ	InK
1370	0,4
1540	1,6
1590	♦•1
Wärmeleitfähigkeit

Die Werte der Wärmeleitfähigkeit waren die gleichen wie oben bei der 137O⁰C -Faser·

Allgemein ausgedrückt sollte die Ausgangsmisohung annähernd

folgende Zusammensetzung in Gew.jt haben t

Aluminiumohloridlusung 25 - 30 Jt Aluminiummetallpellets 5 — 6 £ Wasser 40 - 45 + Silicium enthaltende Verbindung 10 - 25 Jt Saures Oxid 1 - 2 i» Die Oberflächenspannung reduzierendes Mittel 0,5 - 1,5 t.

Bas beschriebene Verfahren ergibt eine polykristallin Faser mit einer vorherrschenden Mullitphase· Die Fasern sind glasklar, durchsichtig, von kreisförmigem Querschnitt und haben einen

Durohmesser grttßer als' 0,5 Mikron. Die kalzinierte Faser hat

ο e

eine Irietallitgröße gröler als 25 A und weniger als 500 A₉ im Duronsohnitt swisohen 50 und 100 I· Infolgedessen würde

009849/1770

·» 16 «

•ine Faser von 500 Mikron Durchmesser 500 Kristalle Über ihren Durchmesser haben, das sie sehr flexibel maoht.Die extreme feine Kristallgröße trägt dazu bei, daß die Fasern eine sehr hohe Zugfestigkeit und ausgezeichnete thermische Eigenschaften haben, abriebfest und gut verarbeitbar sind.

BAD ORIGINAL.

009849/1770

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung hitzebeständiger Faeern für eine Grebrauohstemperatur von etwa 1370 0, auf der Baals AluminiuD|Oxid-S ill oiumoxid , dadurch gekennzeichnet ,daß man zur Bildung einer Mutterflüssigkeit metallisches Aluminium in einer Lösung von Aluminiumchlorid auflöst, daß man zur Mutterflüssigkeit eine flüssigkeit von niedriger Oberflächenspannung hinzugibt, um die Oberflächenspannung der Lösung herabzusetzen, daß man zu der Mutterflüssigkeit weiterhin zufügt eine anorganische, Silioium enthaltende Verbindung und einen kleineren Zusatz eines sauren Oxides aus der Gruppe Boroxid,Fhosphorpentoxid und Titanoxid, daß man die Lösung durch Verdampfen von Wasser auf eine für die Faserbildung geeignete Viskosität konzentriert, daß man aus der konzentrierten Lösung Fasern bildet, daß man die getrookneten fasern kalziniert bei einer Temperatur im Bereich zwischen 650 und 1370° 0,bei der sich das eingeschlossene Aluminiumsalz zu Aluminiumoxid sersetzt,um fasern von einer chemischen Zusammensetzung su erzeugen, die in Gtwiohteproitnt 68 bis 80 # Aluminiumoxid, 14 - 30 36 Siliciumdioxid und 1 - 10 ?C saures Oxidenthalten ·

2· Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß als organische,Silioium enthaltende Verbindung kolloidales Siliciumoxid oder Kieselsäure verwendet wird·

ι" Π 9 iU υ / I 7 7 0 BAD ORIGINAL

31 Verfahren naoh Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß als Flüssigkeit mit geringer Oberflächenspannung Essigsäure verwendet wird.

4· Verfahren nach Anspruch 1,daduroh gekennzeichnet,daß als der Mutterflüssigkeit zuzugebendes saures Oxid Boroxid oder Phosphorpentoxid verwendet wird*

5· Verfahren naoh Anspruch 1,daduroh gekennzeichnet,daß w eine hitzebeständige kalzinierte Faser folgender chemischer Zusammensetzung ( in Gew»5* ) hergestellt wird ι 68 - 70 ¹Jt Aluminiumoxid, 21-23 Jf Siliciumdioxid, 4-6 i» Boroxid und 1-2 # Phoaphorpent oxid·

6· Verfahren naoh Anspruch 1,daduroh gekennzeichnet,daß eine kalzinierte hitzebeständige Faser folgender chemischer Zusammensetzung ( in Gew.Jt) hergestellt wird ι 75-79 % Aluminiumoxid, 15-18 i* Siliciumdioxid und 4-9 5* Boroxid plus Phosphorpentoxid·

7· Bin· polykristalline kalzinierte Faser auf Aluminiumoxld-Siliciumoxi* Basis,die bei einer uebrauehstemperatur von 137O⁰O durch hohe Festigkeit,thermische Stabilität und geringe Wärmeleitfähigkeit gekennzeichnet ist,eine Länge unter 152 mm hat und eine überwiegende kristalline Mullitfaäer mit einer durchschnittlichen Kristall!tgrKe im Bereich von 5ü - 100 £ aufv/jlat»

8. Ein« polykristallin· kalzinierte Faser naoh Anspruoh 7 mit folgender ohemisoher Zusammensetzung ( in Gew.jt) t 68 ~ 80 jC Al₂O₃₉ 14-30 jC SiO₂ und 1-10 1> einee sauren Oxides aus der Gruppe B₂O* ₉ 3P₂Oc und

9» line polycristalline kalsinierte Faser naoh Anspruoh 7 mit folgender ohemisoher Zusammensetzung ( in Gew.jt) t

68-70 Jl Al₂O₃₉ 21-23 * SiO₂₉ 4-6 Jt B₂O₃ und 1-2 + P₂O₅. <

10· Polykristalline Faser naoh Anspruoh 7 mit folgender ohemisoher Zusammensetzung (in Gew.jt ) 1 75-79 + Al₂O₃₉ 15 -It Jt SiO₂ und 4-9 Jt B₂O₃ plus P₂O₅.

009849/1770

BAD ORIGINAL

I .|i .-■·■··