DE19516867A1 - Low density, high strength sintered construction materials prodn. - Google Patents
Low density, high strength sintered construction materials prodn.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sin terformkörpern geringer Dichte und hoher Festigkeit, insbeson dere zur Verwendung als Baumaterialien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing sin terformkörper low density and high strength, in particular for use as building materials according to the generic term of claim 1.
Baumaterialien deren Hauptbestandteil Sand ist, sind allge mein bekannt. Sand wird dazu durch Bindemittel in Formen ver festigt. Durch solche Herstellungsverfahren bekannte Baumate rialien sind beispielsweise Bausteine, Bodenbeläge und Flie sen. Üblicherweise wird als Bindemittel Kalk oder Zement un ter Zusatz von Wasser verwendet. Eine zusätzliche thermische Behandlung durch Temperatureinwirkung mit höheren Tempera turen ist hier nicht erforderlich.Building materials whose main constituent is sand are common my known. For this purpose, sand is converted into molds using binders consolidates. Construction products known from such manufacturing processes Materials are, for example, building blocks, floor coverings and tiles sen. Lime or cement is usually used as a binder ter addition of water used. An additional thermal Treatment by exposure to temperature with higher tempera doors is not required here.
Es sind auch Verfahren zur Herstellung von Sinterformkörpern
bekannt, insbesondere von Sinterformkörpern hoher Dichte und
hoher Festigkeit, bei denen eine Temperaturbehandlung verwen
det wird:
Bei einem Verfahren zur Herstellung von Quarzgut (Sili
kat-Technik 13, Nr. 7, 1962, 229-232) wird Quarzsand hoher
Reinheit mit mindestens 99,6% SiO₂ durch Trockenpressen zu
dem gewünschten Formkörper ausgeformt, dessen Gestalt durch
Zusatz eines Bindemittels erhalten bleibt. Anschließend wird
eine thermische Behandlung durchgeführt, die den Formkörper
in einen glasartigen Zustand überführt. So hergestellte Form
körper sind wegen ihrer hohen Dichte und Festigkeit als Bauma
terialien nur bedingt geeignet und insbesondere als Bausteine
praktisch nicht verwendbar, da bei zu hohem Gewicht die Wärme
dämmung sowie die Bearbeitbarkeit unzureichend sind.Methods are also known for producing sintered shaped bodies, in particular high-density and high-strength sintered shaped bodies, in which a temperature treatment is used:
In a process for the production of quartz material (Sili kat-Technik 13, No. 7, 1962, 229-232) quartz sand of high purity with at least 99.6% SiO₂ is formed by dry pressing to the desired shaped body, the shape of which is obtained by adding a binder remains. A thermal treatment is then carried out, which converts the shaped body into a glass-like state. Moldings produced in this way are only of limited suitability because of their high density and strength as building materials and, in particular, are practically unusable as building blocks, since the insulation and workability are inadequate if the weight is too high.
In einem anderem bekannten Verfahren (DE-PS 1 30 031) werden Sinterformkörper ebenfalls mit hoher Dichte herstellbar. Dazu werden als Hauptausgangsstoffe Glas und Quarz unter Zusatz von Formgebungsmitteln verwendet, die naß gemischt und vermah len werden. Nach einer anschließenden schnellen Trocknung wer den bei einer Temperatureinwirkung zwischen 700°C und 1.000°C in einem Dichtbrand die festen Formkörper erhalten. Auch die se Formkörper sind wegen ihrer hohen Dichte aus den vorste hend genannten Gründen als Baumaterialien nur bedingt geeig net.In another known method (DE-PS 1 30 031) Sintered moldings can also be produced with high density. To glass and quartz are added as main raw materials of shaping agents that are mixed and milled when wet len. After a quick drying afterwards at temperatures between 700 ° C and 1,000 ° C get the solid moldings in a sealing fire. That too Because of their high density, these moldings are from the first only reasonably suitable as building materials net.
Mit einem bekannten gattungsgemäßen Verfahren (DE 32 48 537 C2) sollen Sinterformkörper geringer Dichte und hoher Festigkeit herstellbar sein. Solche Sinterformkörper sollen insbesondere als Baumaterialien verwendbar sein. Sie sollen sich einerseits durch hohe Festigkeit auszeichnen, so daß sie als Bausteine im Hoch- und Tiefbau verwendet werden können und sie sollen andererseits aufgrund einer herstel lungsbedingten Makrostruktur zahlreiche Hohlräume und damit eine geringe Dichte aufweisen, die erheblich unter der Dichte von Quarz bzw. Quarzsandschüttungen liegen und beispielsweise nur etwa 50% davon betragen können. Durch das Vorliegen der Hohlräume soll ein mit solchen Sinterformkörpern hergestell tes Mauerwerk eine hervorragende Wärme-, Kälte- und Schalliso lation aufweisen. With a known generic method (DE 32 48 537 C2) are said to have low density sintered moldings and high strength can be produced. Such shaped sintered bodies should be used in particular as building materials. she should be characterized on the one hand by high strength, so that they are used as building blocks in civil engineering can and should on the other hand because of a manufac macro-structure and numerous cavities have a low density that is significantly below density of quartz or quartz sand fillings and for example can only be about 50% of it. By the presence of the Cavities are said to be produced with such sintered shaped bodies masonry an excellent heat, cold and sound insulation lation.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird vorgeschlagen, Körner von Quarzsand im Korngrößenbereich von 0,002 bis 2 mm in eine Form entsprechend der Gestalt des gewünschten Sinterformkör pers einzubringen, wobei an der Form eine stationäres elektri sches Hochspannungsfeld anliegt, so daß der Quarzsand aufgela den wird. Die erhaltene Anordnung der aufgeladenen Körner des Quarzsandes soll anschließend in der Form gesintert werden.To carry out this procedure, it is suggested grains of quartz sand in the grain size range from 0.002 to 2 mm in one Shape according to the shape of the desired sintered molding pers to bring, with the form of a stationary electri cal high-voltage field is applied, so that the quartz sand aufa that will. The obtained arrangement of the charged grains of the Quartz sand is then to be sintered in the mold.
Ausdrücklich ist herausgestellt, daß der verwendete Quarzsand eine hohe Reinheit aufweisen soll und insbesondere gewaschene und anschließend getrocknete Quarzsande zu verwenden sind.It is expressly stated that the quartz sand used should have a high purity and especially washed and then dried quartz sands are to be used.
Für den Sintervorgang wird explizit eine Sintertemperatur von etwa 1.450°C bis etwa 1.600°C vorgeschlagen. Diese Temperatur kann bis in die Nähe des Schmelzpunkts von Quarz (1.710°C) er höht werden. Es wird somit auf relativ hohe, übliche Sinter temperaturen verwiesen mit einer Tendenz diese nur wenig unter dem Schmelzpunkt zu wählen. Als Größenordnung für die erforderliche elektrische Feldstärke wird ein Wert von 1.000 V/cm angegeben.For the sintering process, a sintering temperature of about 1,450 ° C to about 1,600 ° C proposed. That temperature can close to the melting point of quartz (1,710 ° C) be raised. It is therefore based on relatively high, normal sintering Temperatures with a tendency referenced them only a little to choose below the melting point. As an order of magnitude for the required electric field strength becomes a value of 1,000 V / cm specified.
Bei der Nacharbeitung dieses Verfahrens hat sich herausge stellt, daß die gewünschten Sinterformkörper mit geringer Dichte und hoher Festigkeit so nicht zu erhalten sind:During the reworking of this procedure it turned out represents that the desired sintered molded body with less Density and high strength cannot be obtained in this way:
Es hat sich überraschend gezeigt, daß die Verwendung reiner Quarzsande, wie sie auch im weiter oben genannten Stand der Technik mit einem Reinheitsgrad von 99,6% SiO₂ angegeben sind, zu Sinterformkörpern mit geringer Festigkeit und wenig Zusammenhalt führen. Solche Sinterformkörper haben weitgehend unabhängig von der Einwirkung und Größe des elektrischen Hoch spannungsfeldes und auch weitgehend unabhängig von einer Tem peratureinwirkung eine bröselige Struktur, die schon bei ge ringer Belastung ihren Zusammenhalt verliert und auseinander fällt. Solche Sinterformkörper auf der Basis reiner Quarzsan de ohne zusätzliche Bindemittel sind somit als Baumateria lien, insbesondere als Bausteine wegen mangelnder Festigkeit und schlechter Bearbeitbarkeit nicht verwendbar. It has surprisingly been found that the use is pure Quartz sands, as they are in the state of the above Technology specified with a purity of 99.6% SiO₂ are to sintered moldings with low strength and little Cohesion. Such sintered moldings have largely regardless of the impact and size of the electrical high field of tension and also largely independent of a tem exposure to temperature a crumbly structure, which already with ge wrestling loses cohesion and apart falls. Such shaped sintered bodies based on pure quartz san de without additional binders are therefore a building material lien, especially as building blocks due to lack of strength and poor workability cannot be used.
Weiter hat sich gezeigt, daß übliche Sintertemperaturen in einem typischen Bereich etwas unter der Nähe des Schmelzpunk tes von Quarz, wie sie von etwa 1.450°C bis etwa 1.600°C ange geben sind, gerade nicht zu einem Sinterformkörper geringer Dichte mit einer hohen Porösität und mit Hohlräumen führen. Überraschend hat sich herausgestellt, daß sich bei der Verwen dung von reinen Quarzsanden und der genannten üblichen Sinter temperatur während des Sintervorgangs eine breiige Masse bil det, die dann beim Abkühlen glasig wird. Durch die Überfüh rung in eine breiige Masse während des Sintervorgangs wird of fensichtlich auch der Einfluß der Aufladung mit dem elektri schen Hochspannungsfeld zunichte gemacht, da eine anfängliche Ausrichtung der Sandkörner zerfließt. Es wird somit nur ein dichter, harter und glasiger Formkörper in der Art einer Ka chel erhalten. Ein solcher Formkörper ist insbesondere als Baustein für ein Mauerwerk nicht geeignet.It has also been shown that usual sintering temperatures in a typical area slightly below the melting point tes of quartz, such as those from about 1,450 ° C to about 1,600 ° C are just not lower to a sintered molded body Lead density with a high porosity and with voids. Surprisingly, it turned out that with the use formation of pure quartz sands and the usual sinters mentioned temperature a pulpy mass during the sintering process det, which then becomes glassy on cooling. By the transfer tion into a pulpy mass during the sintering process is often obviously the influence of the charge with the electri The high-voltage field was destroyed because an initial Alignment of the grains of sand flows away. So it just becomes a dense, hard and glassy shaped body in the manner of a Ka received chel. Such a shaped body is in particular as Block not suitable for masonry.
Andererseits führt eine Temperaturbehandlung als Dichtbrand in dem weiter bekannten Temperaturbereich von 700°C bis 1.000°C, wie er weiter oben im Stand der Technik zur Herstel lung von Sinterformkörpern hoher Dichte auf der Basis von Glas und Quarz angegeben ist, ebenfalls zu schlechten Ergeb nissen mit zu geringer Festigkeit.On the other hand, temperature treatment leads to a sealing fire in the further known temperature range from 700 ° C to 1,000 ° C, as described above in the prior art for the manufacture development of high density sintered bodies based on Glass and quartz is also given, giving poor results nissen with insufficient strength.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, das gattungsgemäße Verfahren so abzuändern und weiterzubilden, daß tatsächlich Sinterformkörper geringer Dichte und hoher Fe stigkeit, wie sie für Baumaterialien, insbesondere Bausteine erforderlich sind, herstellbar werden.In contrast, the object of the present invention is that Modify and further develop generic methods in such a way that actually sintered molded articles of low density and high Fe strength, as used for building materials, especially building blocks are required to be producible.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des An spruchs 1 gelöst.This task is carried out with the characteristic features of the contractor spell 1 solved.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruch 1 wird als Aus gangsmaterial ungewaschener Sand mit den Hauptbestandteilen SiO₂ und Al₂O₃ verwendet und bei einer Temperatur von 1.250°C bis 1.350°C gesintert. According to the characterizing part of claim 1 is considered off gangsmaterial unwashed sand with the main components SiO₂ and Al₂O₃ used and at a temperature of 1,250 ° C sintered up to 1,350 ° C.
Überraschend hat sich gezeigt, daß die besten Ergebnisse mit ungewaschenem Sand erzielt werden, der als Hauptbestandteile SiO₂ und Al₂O₃ enthält und beide Bestandteile nicht in nur ge ringem Anteil vorliegen. Gemäß Anspruch 2 werden sehr gute Er gebnisse dann erzielt, wenn der Volumenanteil von SiO₂ des Sandes etwa 1/2 bis 3/4 beträgt und der wesentliche Restan teil aus Al₂O₃ besteht.Surprisingly, it has been shown that the best results with unwashed sand can be obtained as the main ingredients SiO₂ and Al₂O₃ contains and both components not only in ge small proportion. According to claim 2 very good He Results achieved when the volume fraction of SiO₂ des Sand is about 1/2 to 3/4 and the essential rest part consists of Al₂O₃.
Weitere Verunreinigungen des Sandes führen zu keinen erkenn bar schlechteren Ergebnissen. Insbesondere waren gemäß An spruch 3 in verwendeten Sanden mit guten Ergebnissen auch An teile von K₂O und/oder Fe₂O₃ in geringerem Anteil enthalten.No further contamination of the sand leads to any detection bar worse results. According to An claim 3 in used sands with good results also Parts of K₂O and / or Fe₂O₃ contain in a smaller proportion.
Ein wesentliches Verfahrensmerkmal, um tatsächlich Sinterform körper geringer Dichte und hoher Festigkeit zu erhalten, ist zusätzlich zu der Verwendung geeigneter Sande mit der vorste hend angegebenen Zusammensetzung ein genau festliegender Tem peraturbereich von 1.250°C bis 1.350°C für den Sintervorgang.An essential process feature to actually sinter form to obtain bodies of low density and high strength in addition to using suitable sands with the first one Based on the specified composition, a precisely fixed tem temperature range from 1,250 ° C to 1,350 ° C for the sintering process.
Dieser Temperaturbereich liegt überraschend unterhalb sonst üblichen Sintertemperaturbereichen, die in der Tendenz näher am Schmelzpunkt liegen und im Stand der Technik in typischer Weise von etwa 1.450°C bis etwa 1.600°C angegeben sind. Der erfindungsgemäße relativ niedrige Sintertemperaturbereich von 1.250°C bis 1.350°C dürfte einerseits durch die Zusammenset zung des erfindungsgemäßen Sandes und andererseits durch die ausrichtende Wirkung des elektrischen Hochspannungsfeldes be dingt sein. Der erfindungsgemäße Sintertemperaturbereich liegt somit überraschend gerade zwischen dem im Stand der Technik angegebenen Temperaturbereich von 700°C bis 1.000°C für einen Dichtbrand einer keramischen Masse aus Glas und Quarz und dem im weiteren Stand der Technik in der Art einer üblichen Sintertemperatur angegebenen Bereich von 1.450°C bis 1.600°C.This temperature range is surprisingly below usual sintering temperature ranges, which tend to be closer are at the melting point and more typical in the prior art Way from about 1,450 ° C to about 1,600 ° C are specified. Of the Relatively low sintering temperature range of On the one hand, 1,250 ° C to 1,350 ° C may be due to the combination tion of the sand according to the invention and on the other hand by the aligning effect of the electrical high-voltage field be thing. The sintering temperature range according to the invention is therefore surprisingly exactly between that in the prior art Technology specified temperature range from 700 ° C to 1,000 ° C for a sealing fire of a ceramic mass made of glass and Quartz and in the further prior art in the manner of a The usual sintering temperature range from 1,450 ° C to 1,600 ° C.
Wird der erfindungsgemäße Temperaturbereich nicht eingehal ten, werden die Ergebnisse schlecht und unbrauchbar. Unter halb einer Sintertemperatur von 1.250°C werden der Zusammen halt und die Festigkeit stark reduziert, über 1.350°C ent steht ein hartes, glasiges Material.If the temperature range according to the invention is not maintained The results become poor and unusable. Under At a sintering temperature of 1,250 ° C the together hold and the strength greatly reduced, above 1,350 ° C ent stands a hard, glassy material.
Diese Ergebnisse sind dabei weitgehend unabhängig von einer zeitlichen und betragsmäßig genau definierten Einwirkung des elektrischen Hochspannungsfeldes. Es ist daher davon auszuge hen, daß auch bei einer kurzzeitigen Einwirkung eines statio nären elektrischen Hochspannungsfeldes ab einer bestimmten Feldstärke eine weitgehende Aufladung und Ausrichtung der Sandkörner erfolgt, die sich auch bei höheren Feldstärken in ihrem Ergebnis auf den Sinterformkörper nicht mehr ändert. Es ist lediglich dafür Sorge zu tragen, daß diese Ausrichtung bis und während des Sintervorgangs erhalten bleibt und nicht durch beispielsweise mechanische Erschütterungen zerstört wird.These results are largely independent of one influence of the electrical high-voltage field. It can therefore be assumed hen that even with a brief exposure to a statio när electrical high-voltage field from a certain Field strength an extensive charging and alignment of the Grains of sand take place, which can also be seen at higher field strengths their result on the sintered molded body no longer changes. It it is only necessary to ensure that this orientation until and during the sintering process and not destroyed by mechanical shocks, for example becomes.
Es kann somit durch austesten eine untere Grenze der Größe des erforderlichen elektrischen Hochspannungsfeldes ermittelt werden, bei dem das Verfahren in gewissen Abhängigkeiten zur Größe des Formkörpers und der Art der verwendeten Form gute Ergebnisse liefert. Höhere Feldstärken sind dann nicht erfor derlich und sollten aus ökonomischen Erwägungen auch nicht verwendet werden. Zu einer preiswerten Herstellung der Sinter formkörper trägt auch bei, daß die erfindungsgemäße Sinter temperatur gegenüber üblichen Sintertemperaturen relativ niedriger liegt und somit weniger Energie aufzuwenden ist.It can thus be tested by testing a lower size limit of the required high-voltage electrical field determined , in which the process has certain dependencies on Size of the molded body and the type of mold used good Delivers results. Higher field strengths are then not required necessary and should not for economic reasons be used. Inexpensive manufacture of sinters Shaped body also contributes to the fact that the sinter according to the invention temperature relative to usual sintering temperatures is lower and therefore less energy needs to be used.
Die mechanischen Eigenschaften der Sinterformkörper können zu dem durch die Höhe der Sintertemperatur beeinflußt werden. Sintertemperaturen im unteren erfindungsgemäßen Bereich bei 1.250°C ergeben Formkörper, die bei weniger Härte insbeson dere mit üblichen Sägen und Bohrern leicht zu bearbeiten sind. Formkörper, die mit höheren Temperaturen in der Nähe von 1.350°C gesintert wurden, ergeben härtere und sprödere Materialien, die jedoch ebenfalls noch gut zu bearbeiten sind. The mechanical properties of the sintered molded body can be too which are influenced by the level of the sintering temperature. Sintering temperatures in the lower range according to the invention 1,250 ° C result in moldings that are particularly hard easy to work with conventional saws and drills are. Shaped body with higher temperatures nearby sintered at 1,350 ° C result in harder and more brittle Materials that are also still easy to work with are.
Weiter hat sich gezeigt, daß gemäß Anspruch 4 der verwendete Sand eine körnige Struktur aufweisen muß. Weder sehr feiner, mehliger Sand noch grober, kiesartiger Sand ergeben Sinter formkörper mit den gewünschten Eigenschaften.It has also been shown that the used according to claim 4 Sand must have a granular structure. Neither very fine, floury sand, even coarse, gravel-like sand result in sinter molded articles with the desired properties.
Nach Anspruch 5 kann eine an sich bekannte Form verwendet werden mit elektrisch leitendem Boden und Deckel, die von einander elektrisch isoliert sind. Zwischen dem Boden und Deckel ist das Hochspannungsfeld anlegbar. Es hat sich ge zeigt, daß es nicht erforderlich ist, das Hochspannungsfeld während des Sintervorgangs aufrechtzuerhalten.According to claim 5 a form known per se can be used are made with electrically conductive bottom and cover, which by are electrically isolated from each other. Between the floor and The high-voltage field can be put on the cover. It has been shows that the high voltage field is not required during the sintering process.
Nach Anspruch 6 ist als Formmaterial Graphit geeignet, das so wohl elektrisch leitfähig ist als auch die hohen Temperaturen während des Sintervorgangs verträgt.According to claim 6, graphite is suitable as the molding material, so is probably electrically conductive as well as the high temperatures tolerates during the sintering process.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Hochspannungsfeld, das un mittelbar an der Form anliegt, kann der Sand nach Anspruch 7 durch ein elektrisches Hochspannungsfeld hindurch in die Form eingefüllt werden. Bevorzugt fällt der Sand durch seine Schwerkraft durch ein Hochspannungsfeld in die Form. Das Hochspannungsfeld liegt dabei zwischen zwei Elektroden, die oberhalb und in einem gegenseitigen Abstand über der Form angebracht sind. Typische Feldstärken liegen hier in an sich bekannter Weise bei 1.000 V/cm.Alternatively or in addition to a high voltage field, the un indirectly against the mold, the sand according to claim 7 through an electrical high voltage field into the mold be filled in. The sand preferably falls through its Gravity through a high voltage field in the mold. The The high-voltage field lies between two electrodes above and at a mutual distance above the form are attached. Typical field strengths are in themselves here known way at 1,000 V / cm.
Für praktisch verwendbare Formkörpergrößen als Baumateria lien, z. B. für Bausteine, Wand- und Bodenplatten liegt nach Anspruch 8 eine geeignete Temperatureinwirkungszeit für den Sintervorgang zwischen 1 und 1,5 Stunden.For practically usable molded body sizes as building material lien, e.g. B. for building blocks, wall and floor slabs is after Claim 8 a suitable temperature exposure time for the Sintering process between 1 and 1.5 hours.
Mit Anspruch 9 wird ein Sinterformkörper entsprechend dem Ver fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 beansprucht.With claim 9 is a sintered body according to the Ver drive according to one of claims 1 to 8 claimed.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ersichtlich besonders gut und nützlich in Regionen einsetzbar, wo Sande in der angegebe nen Zusammensetzung in großen Mengen vorhanden sind und zudem kostengünstig Energie, z. B. Sonnenenergie zur Verfügung steht. Auch Regionen mit Wassermangel sind geeignet, da beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Bindemittel und kein Wasser verwendet werden.The method according to the invention is evidently particularly good and useful in regions where sands are specified NEN composition are present in large quantities and also inexpensive energy, e.g. B. solar energy available stands. Regions with a lack of water are also suitable, since the The inventive method no binders and no water be used.
Claims (10)
- a) trockener Sand in eine dem Sinterformkörper entsprechen de Form eingebracht wird,
- b) der Sand durch Anlegen eines stationären elektrischen Hochspannungsfeldes in der Form oder beim Einbringen in die Form aufgeladen wird, und
- c) der aufgeladene Sand in der Form durch Temperatureinwir kung gesintert wird,
- a) dry sand is introduced into a mold corresponding to the sintered molded body,
- b) the sand is charged by applying a stationary high-voltage electrical field in the mold or when it is introduced into the mold, and
- c) the charged sand is sintered in the mold by the action of temperature,
- d) daß ungewaschener Sand mit den Hauptbestandteilen SiO₂ und Al₂O₃ verwendet wird, undd) that unwashed sand with the main components SiO₂ and Al₂O₃ is used, and
- e) daß bei einer Temperatur von 1.250°C bis 1.350°C gesin tert wird.e) that gesin at a temperature of 1,250 ° C to 1,350 ° C. is tert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995116867 DE19516867A1 (en) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | Low density, high strength sintered construction materials prodn. |
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DE1995116867 DE19516867A1 (en) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | Low density, high strength sintered construction materials prodn. |
Publications (1)
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DE1995116867 Ceased DE19516867A1 (en) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | Low density, high strength sintered construction materials prodn. |
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