DE19941610C1

DE19941610C1 - Bauteil zur Verwendung in Kontakt zu einer Glasschmelze

Info

Publication number: DE19941610C1
Application number: DE1999141610
Authority: DE
Inventors: Marek Gorywoda; Wulf Kock; David Francis Lupton; Juergen Merker
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2019-09-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil zur Verwendung in der Glasindustrie mit einem feuerfesten Substrat, wobei das Substrat eine Beschichtung aufweist, die aus mindestens einer Einzelschicht gebildet ist, wobei die dem Substrat abgewandte, oberste Einzelschicht aus mindestens einem Edelmetall und/oder aus mindestens einer Edelmetall-Legierung gebildet ist sowie eine Verwendung eines solchen Bauteiles. Es stellt sich die Aufgabe, kostengünstigere Bauteile zur Verwendung in der Glasindustrie bei vergleichbarer Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen und eine Verwendung anzugeben. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die oberste Einzelschicht überwiegend eine offene Mikroporosität > 0,1% und 20% aufweist. Solche Bauteile sind ausgezeichnet für die erfindungsgemäße Verwendung in Glasschmelzen mit einer Viskosität eta von mindestens 3 PaÈs geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil zur Verwendung in Kontakt zu einer Glasschmelze mit einem feuerfesten Substrat, wobei das Substrat eine Beschichtung aufweist, die aus mindestens einer Einzelschicht gebildet ist, wobei die dem Substrat abgewandte, oberste Einzelschicht aus min destens einem Edelmetall und/oder aus mindestens einer Edelmetall-Legierung gebildet ist sowie eine Verwendung eines solchen Bauteiles.

Bauteile, die zur Herstellung von Glas und insbesondere im Bereich der Glasschmelzwannen und Feeder verwendet werden, sind hohen Temperaturen in Verbindung mit aggressiven Atmo sphären ausgesetzt. Ein besonders hoher korrosiver Angriff findet beispielsweise an der Drei- Phasen-Grenze zwischen der Glasschmelze, der Gasatmosphäre über der Schmelze und dem Feuerfestmaterial statt, der zu einer massiven Auswaschung des Feuerfestmaterials in Höhe der Oberfläche des Glasbades führt. Abgetragenes Feuerfestmaterial verunreinigt die Glas schmelze und mindert deren Qualität. Um eine hohe Qualität des Glases zu gewährleisten und die Lebensdauer solcher Bauteile zu verlängern, sind Beschichtungen oder Aus- beziehungs weise Verkleidungen mit Edelmetall üblich.

Derartiges beschreibt die Druckschrift EP 0 559 330 A1 unter anderem für den Einsatz in Glas wannen. Hier schützt eine nicht-poröse Beschichtung aus Edelmetall oder Edelmetall-Legierung ein keramisches Substrat vor korrosivem Angriff durch eine Glasschmelze und die aggressive Atmosphäre oberhalb der Schmelze. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substra tes und der nicht-porösen Beschichtung sind aufeinander abgestimmt, um eine Ablösung der Beschichtung vom Substrat zu verhindern.

Die Druckschriften EP 0 471 505 B1 und EP 0 679 733 A2 beschreiben Bauteile aus metalli schen Substraten und einer Beschichtung, die aus mehreren metallischen und keramischen Schichten aufgebaut ist. Die letzte der Schichten ist aus einem Edelmetall oder einer Edelme tall-Legierung gebildet und nicht-porös.

Als nachteilig und kostenintensiv erweist sich bei den beschriebenen Beschichtungen der not wendige Verfahrensschritt, in welchem die für den Kontakt zu Glasschmelze und korrosiver At mosphäre vorgesehene edelmetallhaltige, letzte Schicht nachträglich verdichtet und ihre offene Porosität verschlossen wird.

Es stellt sich daher die Aufgabe, kostengünstigere Bauteile zur Verwendung in der Glasindust rie bei vergleichbarer Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen und eine Verwendung an zugeben.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die oberste Einzelschicht eine offene Mikroporosität < 0,1 % und 20% aufweist und dass die offene Mikroporosität durch Poren gebildet wird, die einen mittleren Porendurchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 100 µm aufweisen. Davon sei auch das überwiegende Vorhandensein einer offenen Mikroporosität < 0,1% und ≦ 20% in der obersten Einzelschicht umfasst. Trotzdem die oberste Einzelschicht aus Edelmetall und/oder Edelme tall-Legierung porös ist, bietet sie überraschend einen ausreichend guten Schutz für das Sub strat. Aufgrund der Porosität der obersten Einzelschicht stellt sich eine erhöhte Temperatur wechselbeständigkeit und eine verbesserte Haftung der Beschichtung am Substrat ein. Die Ein sparung des im Stand der Technik beschriebenen Nachverdichtungsprozesses wirkt in hohem Maße kostenreduzierend. Das erfindungsgemäße Bauteil ist in nahezu beliebiger Form einzu setzen im direkten Kontakt mit Glasschmelzen.

Für das Substrat kommen keramische Feuerfestmaterialien wie Al₂O₃, Aluminiumsilikatkeramik, Mullit, Zirkonmullit, ZrO₂, SiO₂, Cr₂O₃ und TiO₂, aber auch metallische Hochtemperaturwerk stoffe wie Molybdän oder dispersionsverfestigte Hochtemperaturwerkstoffe auf Eisen- oder Nickelbasis in Frage. Die Auswahl eines geeigneten Substrates erfolgt vor allem im Hinblick auf das gewünschte Temperatur-Einsatzgebiet.

Die oberste Einzelschicht kann eine Dicke im Bereich von 50 µm bis 500 µm aufweisen und besitzt vorteilhafterweise eine Dicke im Bereich von 150 µm bis 500 µm. Vorzugsweise wird eine offene Mikroporosität von mindestes 4% und höchstens 15% gewählt. Eine offene Mikro porosität von mindestens 4% ist definiert einstellbar. Vorteilhaft ist auch ein mittlerer Poren durchmesser im Bereich von 0,35 µm bis 90 µm.

Zwischen dem Substrat und der obersten Einzelschicht können eventuell aufgrund stark unter schiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten oder zum Korrosionsschutz eines metalli schen Substrates gegen oxidative Gase weitere metallische und/oder keramische Einzel schichten beliebiger Dicke erforderlich sein. Es hat sich bewährt, zur Gewährleistung einer aus gezeichneten Schichthaftung und Temperaturwechselbeständigkeit bei gleichzeitig erhöhter Verschleißfestigkeit, vorzugsweise gegenüber Schwebestoffen in der Glasschmelze, auf das Substrat zuerst eine duktile, metallische Einzelschicht und anschließend die oberste Einzel schicht mit offener Mikroporosität aufzubringen. Die duktile, metallische Einzelschicht ist dabei vorzugsweise aus Platin und die oberste Einzelschicht aus der Legierung PtRh10 gebildet.

Die Auswahl des Edelmetalles und/oder der Edelmetall-Legierung für die oberste Einzelschicht erfolgt im Hinblick auf das gewünschte Temperatur-Einsatzgebiet und das zu verarbeitende Glas. Geeignet sind vor allem Edelmetalle mit hohem Schmelzpunkt wie Platin, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Iridium und deren Legierungen, wobei Platin zu bevorzugen ist.

Die beschriebenen Bauteile sind ausgezeichnet für die erfindungsgemäße Verwendung in Glasschmelzen mit einer Viskosität η von mindestens 3 Pa.s geeignet. Die Viskosität von Blei glasschmelzen liegt bei 1150°C beispielsweise im Bereich von etwa 3,5 Pa.s.

Die Beispiele 1 bis 3 dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Ein keramisches Substrat in Form eines Thermoelementschutzrohres aus porösem Al₂O₃ wurde mittels Drahtflammspritzen mit einer Einzelschicht aus Platin beschichtet. Die Schichtdicke be trug 300 µm, die Porosität 10%. Nach Auslagerung des beschichteten Thermoelementschutz rohres in einer Bleiglasschmelze mit einer Viskosität von 3,5 Pa.s und einer Temperatur von 1150°C über einen Zeitraum von 200 h wurde die Probe metallographisch und mittels REM un tersucht. Es wurde kein Ein- oder Durchdringen von Glasschmelze in beziehungsweise durch die poröse Beschichtung festgestellt.

Beispiel 2

Ein keramisches Substrat in Form eines Thermoelementschutzrohres aus gasdichtem Mullit wurde mittels Hochgeschwindigkeits-Drahtflammspritzen mit einer Einzelschicht der Legierung PtRh10 beschichtet. Die Schichtdicke betrug 250 µm, die Porosität 13%. Nach Auslagerung des beschichteten Thermoelementschutzrohres in einer Rasothermglasschmelze mit einer Viskosi tät von 150 Pa.s und einer Temperatur von 1500°C über einen Zeitraum von 200 h wurde die Probe metallographisch und mittels REM untersucht. Es wurde kein Ein- oder Durchdringen von Glasschmelze in beziehungsweise durch die poröse Beschichtung festgestellt.

Beispiel 3

Ein Substrat aus oxiddispersionsverfestigtem Hochtemperatur-Werkstoff auf Eisen-Basis, hier PM2000 der Firma Plansee, in Form eines in der Glasindustrie verwendeten Ziehdornes wurde mittels atmosphärischem Plasmaspritzen mit einer 200 µm dicken Zirkonoxidschicht beschichtet. Anschließend wurde auf diese keramische Schicht mittels Drahtflammspritzen eine oberste Ein zelschicht aus der Legierung PtRh10 aufgebracht. Die Schichtdicke der obersten Einzelschicht betrug 250 µm, die Porosität 12%. Nach Auslagerung des beschichteten Ziehdornes in einer Bleiglasschmelze mit einer Viskosität von 3,5 Pa.s und einer Temperatur von 1150°C über ei nen Zeitraum von 200 h wurde die Probe metallographisch und mittels REM untersucht. Es wur de kein Ein- oder Durchdringen von Glasschmelze in beziehungsweise durch die poröse Be schichtung festgestellt.

Claims

1. Bauteil zur Verwendung in Kontakt zu einer Glasschmelze mit einem feuerfesten Substrat, wobei das Substrat eine Beschichtung aufweist, die aus mindestens einer Einzelschicht ge bildet ist, wobei die dem Substrat abgewandte, oberste Einzelschicht aus mindestens einem Edelmetall und/oder aus mindestens einer Edelmetall-Legierung gebildet ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die oberste Einzelschicht eine offene Mikroporosität < 0,1% und ≦ 20% aufweist und dass die offene Mikroporosität durch Poren gebildet ist, die einen mittleren Po rendurchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 100 µm aufweisen.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einer Keramik gebildet ist.

3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem Metall ge bildet ist.

4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Ein zelschicht eine Dicke im Bereich von 50 µm bis 500 µm aufweist.

5. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Einzelschicht eine Dicke im Bereich von 150 µm bis 500 µm aufweist.

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Ein zelschicht eine offene Mikroporosität von mindestens 4% und höchstens 15% aufweist.

7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Po rendurchmesser Werte im Bereich von 0,35 µm bis 90 µm aufweist.

8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Ein zelschicht aus Platin oder einer Platin-Legierung gebildet ist.

9. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine duktile, metallische Einzelschicht aufweist und auf dieser die oberste Einzelschicht gebildet ist.

10. Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die duktile, metallische Einzel schicht aus Platin und die oberste Einzelschicht aus PtRh10 gebildet ist.

11. Verwendung des Bauteiles nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 für Glas schmelzen mit einer Viskosität η von mindestens 3 Pa.s.