DE1771726C3

DE1771726C3 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus mineralischen oder synthetischen kleinen Rohstoffteilchen, die bei Erhitzung an ihrer Oberfläche schmelzen

Info

Publication number: DE1771726C3
Application number: DE19681771726
Authority: DE
Inventors: Witalij W. Smirnyj
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-07-01
Filing date: 1968-07-01
Publication date: 1975-10-09
Also published as: DE1771726A1; DE1771726B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus mineralischen oder synthetischen kleinen Rohstoff teilch en, insbesondere in pulverförmiger Form, die bei Erhitzung an ihrer Oberfläche schmelzen, bei dem die Teilchen in einem sie erhitzenden Wärmestrom mitgeführi werden, sich auf einer Unterlage absetzen und zu einem Körper erstarren, dessen Form sich aus einer Relativbewegung zwischen dem Teilchenstrom und der Unterlage ergibt

Mit einem derartigen Verfahren werden feuerfeste Formkörper, insbesondere aus hochschmelzenden Metalloxiden, hergestellt die als Laboratoriumsgeräte, als poröse Katalysatoren oder als dielektrische Materialien Verwendung finden.

Bei bekannten Verfahren dieser Art (z. B. US-PS 3 185 551 und 2 471437) werden Pulverteilchen aus z, B. Aluminiumoxid in einem heißen Wärmestrom geschmolzen und treffen als Tröpfchen auf einen auf einem rotierenden Träger befindlichen Kristall auf. Die Tröpfchen kristallisieren dann aus und vergrößern den vorgelegten Kristall. Die Form der Körper ergibt sich dabei aus einer Relativbewegung zwischen dem Teilchenstrom und der Unterlage.

Diese Verfahrensweise (eine Vervollkommnung des Verneuil-Verfahrens zur Herstellung von Einkristallen) setzt voraus, daß auf der anwachsenden Oberfläche des Kristalls eine geschmolzene: Schicht vorhanden ist, auf die die Teilchen in vollständig geschmolzenem Zustand auftreffen, so daß eine Vereinigung flüssig-in-flüssig stattfindet. Demnach erfolgt bei den bekannten Verfahren die Kristallisation auf dem Impfkristall-Kern. Die Abmessungen der so herstellbaren Einkristalle sind sehr begrenzt insbesondere wegen der niederen thermischen Belastbarkeit eines Einkristalls.

Die nach den bekannten Verfahren hergestellten feuerfesten Fcrmkörper genügen nie! t den Anforderungen, die mit dem Wachstum der Arbe.tstemperaturen in der Industrie verbunden sind, sowie den Anforderungen an die Temperaturwechseibeständigkeit an die mechanische Festigkeit und chemische Re.nhe.t der Erzeugnisse; letzteres ist in der chemischen Industrie bei der Herstellung von höchst reinen Stoffen von besonderer Wichtigkeit

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, em Verfahren zur Herstellung von den genannten Anforderungen entsprechenden Formkörpern zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Temperafur des Wärmestroms so eingestellt wird, daß die Te.l-.« chen nur an der Oberfläche schmelzen, während das Innere fest bleibt und sie in diesem Zustand auf die Unterlage auftreffen, daß zu Anfang die Temperatur der Unterlage zur Bildung einer anfanglichen Grenzschicht geringer Festigkeit auf eine um 100 bis 300°C unterhalb der Schmelztemperatur der verwendeten Teilchen liegende Temperatur eingestellt wird und daß die Temperatur auf der Oberfläche der auf der Unterlage anwachsenden Schicht so eingestellt wird daß sie zwischen der Schmelztemperatur der Teilchen und ,c einer um 100° C darunterliegenden Temperatur hegt.

Die mit diesem Verfahren hergestellten Formkörper haben eine ausreichende mechanische Festigkeit und thermische Stabilität Darüber hinaus weisen sie auch die erforderliche chemische Reinheit auf. ,ο Zweckmäßig werden die Teilchen im Wärmestrom von Gasbrennern erhitzt und mitgeführt

Im folgenden wird die Erfindung näher erläutert. Je nach der Form der Körper kommen verschiedene Relativbewegung·™ zwischen dem Teilchenstrom und « der Unterlage in Frage; bei der Herstellung von Rotationskörpern ist eine Drehung der Unterlage erforderlich, während zur Herstellung von Platten die Unterlage hin- und her bewegt wird.

Beim Aufprallen der an der Oberfläche geschmolzenen Teilchen auf die Unterlage verbinden sich die Teilchen zunächst fest mit der Oberfläche der Unterlage und dann mit den bereits angekitteten Teilchen. Die Teilchen schmelzen nur an ihrer Oberfläche, und die Körper entstehen somit ohne das Zwischenstadium einer Schmelze und Kristallisation. Beide Umstände ermöglichen die Erhaltung von Formkörpern mit der erforderlichen chemischen Reinheit.

Da man das erfindungsgemäße Verfahren unter Erhitzung der Oberfläche der Unterlage und des wachsenden Formkörpers auf Temperaturen, die nahe der Schmelztemperatur des Werkstoffes liegen, durchführt, gehen Schwindungserscheinungen auf ein Mindestmaß zurück, wodurch sich das Aussortieren der Fertigkörper nach Form und Abmessungen praktisch erübrigt Um mechanisch festere und thermostabilere Erzeugnisse zu erhalten, hält man an den wachsenden Oberflächen des Formkörpers derartige Temperaturen aufrecht daß an den Abschnitten der wachsenden Oberfläche, an denen die Schmelztemperatur des Werkstoffes vorherrscht, das Aufschmelzen des Werkstoffes unter Bildung eines Glas- oder eines polykristallinen Körpers stattfindet .

Zur Erhöhung der Herstellungsgeschwindigkeit der Formkörper können zwei oder mehr Brenner verwendet werden, wodurch die Geschwindigkeit des Aufheizens der anwachsenden Oberfläche entsprechend erhöht wird.

Die Porosität der Formkörper wird durch Änderung

der Aufpraligeschwindigkeit der an der Oberfläche geschmolzenen Teilchen bei sonst unveränderten Verfahrensbedingungen eingestellt Um geschichtete poröse Formkörper zu erhalten, werden sie unter Änderung der Aufprallgeschwindigkeit der Teilchen hergestellt; mit der veränderten Aufprallgeschwindigkeit verändert sich auch der Grad der Schmelzung der Oberfläche der Teilchen, der wiederum mit dem Porositätsgrad des Formkörpers zusammenhängt Durch diese Maßnahme kann man die scheinbare Porosität des Formkörpers praktisch in einem Bereich von 0 bis 50% ändern.

Beispiel für die Durchführung des Verfahrens: Als Werkstoff wurde Aluminiumoxidpulver mit einer Korngröße von 1 bis 200 μπι verwendet

In einem bis auf eine Innenwandtemperatur von 1000 bis 1200⁰C erhitzten Ofen wird eine am oberen Ende eines stabtörmigen Trägers befestigte, um die Achse des Trägerstabes in Drehung versetzte, feuerfeste Unterlage eingeführt. Zunächst wird auf die Unterlage ein Wärmestrom gerichtet, der ausreicht um die zum späteren Ansetzen des Formkörpers gebrauchte Oberfläche der Unterlage auf eine Temperatur von etwa 100 bis 300° C unterhalb der Schmelztemperatur des Werkstoffes zu erhitzen. Hierbei soll die Temperatur des Wärmestroms in einer gewissen Entfernung — meist 50 bis 200 mm — von der feuerfesten Unterlage die Schmelztemperatur von Aluminiumoxid derart übersteigen, daß ein oberflächliches Anschmelzen der Aluminiumoxidteilchen eintritt

Nach ausreichender Erhitzung der Unterlage wird eine Vorrichtung zum Dosieren und Einführen des Aluminiumoxidpulvers in den heißen Wärmestrom eingeschaltet. Die in den Wärmestrom eingeführten Teilchen schmelzen an ihrer Oberfläche, setzen sich auf der Unterlage nieder und backen zusammen. Um die anwachsende Oberfläche des Formkörpers in der gewählten Zone des Wärmestroms zu halten, wird der Trägerstab mit der Unterlage mit konstanter Geschwindigkeit, welche der Geschwindigkeit des Wachstums der Oberfläche entspricht, abgesenkt Nachdem sich eine konstante Absenkgeschwindigkeit eingestellt hat, wird das weitere Halten der wachsenden Oberfläche in der gewählten Zone des Wärmestroms durch Stabilisierung der Teilchenmenge, die an diese anwachsende Oberfläche herangeführt wird, sichergestellt.

Der Ablauf des Verfahrens wird durch Schaulöcher des Ofens mit Hilfe von Visiereinrichtungen überwacht.

Beim Zusammenfallen der Drehachse des Formkörpers und der Achse des Wärmestroms bildet sich ein Körper in Form eines Vollstabes; sind die Achsen aber gegeneinander versetzt, so entsteht ein rohrförmiger Körper. Führen die Achsen Relativbewegungen zueinander aus, so bilden sich verschiedenartige Formen. Fängt man mit dem Anwachsen in einer Lage an, bei welcher die Drehachse mit der Flammenachse zusammenfällt und beginnt darauf in einer bestimmten Weise eine allmähliche Verschiebung der Achsen, so wird ein Erzeugnis in Form eines Tiegels oder eines ähnlichen Gefäßes erhalten. Die erhaltene Körperform hängt vom vorgegebenen Verhältnis zwischen der Absenk- und der Verschiebungsgeschwindigkeit ab.

Als Unterlage zur Herstellung von Rohren mit vorgegebenem Querschnitt bewährt sich am besten ein Stück eines im voraus vorbereiteten Rohres aus dem gleichen Werkstoff wie der herzustellende Formkörper. Anwendbar ist auch eine Unterlage aus Aluminiumoxid in Form einer Scheibe.

Feuerfeste Rohre können auf einer mit einem Drehwerk versehenen Vorrichtung für das Verneuil-Verfahren hergestellt werden. Hierbei wird zur Herstellung eines Rohres mit dem Durchmesser 2r ein Bronner in eine Stellung gebracht bei welcher dessen Achse gegen die Drehachse der Drehwerkspindel um den Abstand r versetzt ist; beim Übergang auf einen anderen Rohrdurchmesser wird der Brenner in die entsprechende Lage gebracht. Die Absenkgeschwindigkeit dsr Unterlage und der Gasverbrauch für den Wärmestrom hängen vom Durchmesser des herzustellenden Rohres ab. So verläuft die Herstellung z. B. eines Rohres von 40 mm Durchmesser mit der scheinbaren Porosität von 30% mit einem Verbrauch an Wasserstoff von 1,5 mVh und an Sauerstoff von 0,65 m³/h in 150 mm Entfernung vom Endquerschnitt des Brenners.

Außer den vorbeschriebenen Vorzügen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist noch dessen Einfachheit hervorzuheben. Zur Herstellung feuerfester Formkörper, z. B. aus hochschmelzenden Oxiden, ist die Verwendung der zur Herstellung von Einkristallen nach dem Verneuil-Verfahren dienenden Vorrichtungen möglich.

Nach der Erfindung hergestellte Formkörper haben eine Reinheit von mindestens 99,97%, die auch 99,99% erreichen kann. Für die Herstellung von Korundkristallen verwendete derartige Formkörper, die dabei auf 2000 bis 2030⁰C erwärmt werden, können 500 bis 600 Stunden und langer benutzt werden; dies stellt zur Zeit eine Rekordleistung für feuerfeste Erzeugnisse aus Aluminiumoxid dar. Letztere halten Hitzestöße bei schnellem (in 20 bis 30 see.) und mehrfachem Herausführen der bis auf 2000⁰C erhitzten Erzeugnisse aus den öfen in gewöhnliche Zimmerluft aus.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus mineralischen oder synthetischen kleinen Rohstoffteüchen, insbesondere in pulverförmiger Form, die bei Erhitzung an ihrer Oberfläche schmelzen, bei dem die Teilchen in einem sie erhitzenden Wärmestrom mitgeführt werden, sich auf einer Unterlage absetzen und zu einem Körper erstarren, dessen Form sich aus einer Relativbewegung zwischen dem Teilchenstrom und der Unterlage ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wärmestroms so eingestellt wird, daß die Teilchen nur an der Oberfläche schmelzen, während das Innere fest bleibt und sie in diesem Zustand auf die Unterlage auftreffen, daß zu Anfang die Temperatur der Unterlage zur Bildung einer anfänglichen Grenzschicht geringer Festigkeit auf eine um 100 bis 300⁰C unterhalb der Schmelztemperatur der verwendeten Teilchen liegende Temperatur eingestellt wird und daß die Temperatur auf der Oberfläche der auf der Unterlage anwachsenden Schicht so eingestellt wird, daß sie wischen der Schmelztemperatur der Teilchen und einer um 100⁰C darunterliegenden Temperatur liegt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Teilchen im Wärmestrom von Gasbrennern erhitzt und mitgeführt werden.