DE2033823A1 - Dichter zirkonsihkat und cordient haltiger keramischer Formkörper und Ver fahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Dichter zirkonsihkat und cordient haltiger keramischer Formkörper und Ver fahren zu seiner Herstellung

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DE2033823A1 DE19702033823 DE2033823A DE2033823A1 DE 2033823 A1 DE2033823 A1 DE 2033823A1 DE 19702033823 DE19702033823 DE 19702033823 DE 2033823 A DE2033823 A DE 2033823A DE 2033823 A1 DE2033823 A1 DE 2033823A1
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Description

Dichter zirkonsiLikat- und cordierithaltiger keramischer Formkörper und Verfahren seiner Herstellung
Dichte elektrokeramisehe Isolierformkörper werden im wesentLiehen aus Porzellan, Steinzeug, Steatit, Sondersteatit und Tonerdeporzellan hergesteLLt. Für Isolierkörper, an we Lohe hohe Ansprüche in bezug auf TemperaturwechseL geste I Lt werden, stehen bisher dichte cordierithaltige Hassen zur Verfügung.
Nach dem deutschen Normblatt DIN 40 685 sind dies die Typen KER 110.1, 110.2, 111, 120, 220, 221, U1O und 610. Die technischen Daten dieser Typen sind in der EigenschaftstafeL des genannten NormbLattes festge-Legt. Je nach Verwendungszweck wird vom Verbraucher die betreffende Type ausg&vsclh Li, was den Erzeuger zwingt, eine große Palette der verschiedensten Keramik-Typen anzubieten. Es ist ein Leuchtend, daß diese Mannigf■> tigkeit einer Rationalisierung entgegensteht und die Fertigung ver teuer· c.
Als Ideal wäre es anzusprechen, würde ein Typ gefunden, welcher möglichst viele Eigenschaf ten der genannten δ Typen in sich vereinigt.
Dieses Ziel der vor Liegenden Erfindung wird dadurch realisiert, daß keramische Formkörper sowie Verfahrensmaßnahmen zum Herste LLen derselben vorgeschlagen werden, die nach einem keramischen Brennen bei üblicher, Temperaturen absolut dicht sind und aus Zirkonsi likat, C, /ierit und einem geringen Anteil einer Silikatschmelze bestehen. Zahlenmäßig ausgedrückt, umfassen diese 3 Hauptbestandtei Le die folgen Jen Dereiche:
Zirkonsilikat 40 bis 60 Gew.% Cordieri t 35 " 45 Gew./i Glasphase 2 " 15 Gew.%.
In den folgenden 4 Beispielen werden zwei verschiedene Verfahrenswege zum Herstetlen erfindungsgemäßer Formkörper beschrieben.
' 209813/1436
Se i spie L 1:
Im MahLraum einer Kugel-TrommeImühle werden gemischt
vorgemahLener Zirkonsand ...
Speckstein ..,
kalzinierte Tonerde ..,
.Vasserg (as . .,
Y/asser . .,
Mah Ldauer 120 Stunden. Anschίießend werden hinzugefügt
51 Gew. -Te i Ie
23 Gew. -Te i Ie
10 Gew. -Te ί Le
0,4 Gew. -Te i Le
60 Gew. -Te i Le.
KL ingenberger Ton ... 10 Gew. -Tei Le
Geisenheimer Bentonit ... 6 Gew. -Tei Le
»"lasser • · ■ 50 Gew. -Tei Le.
Weitere Mahldauer 24 Stunden. Bei Abschluß der Mahlung wird die Teilchengröße nach dem Fisher-Sub- Sieve-Sizer ermittelt, und zwa,r zu rund 1,1 μ.
Die künftigen Körper werden in der Presse bzw. Strangpresse ausgeformt und sodann zwischen Segerkege L 9 und 74, je nach dem Grad der Verdichtung beim Verformen, gebrannt. Dies entspricht einem BrennintervaM von ca. 100 C, dessen Span: mäßen Verfahrens darsteI Lt.
von ca. 100 C, dessen Spanne einen weiteren Vorzug des erfindungsge-
In den fertiggebrannten Formtei len liegt ein Kristallgemisch aus 52 Gew.'/» Zirkonsi likat und 4-7 Gew.% Cordierit vor. Die Zwischenräume werden durch eine Glasphase, welche sich aus der überschüssigen Kieselsäure und den rest liehen Oxiden gebildet hat, ausgefülLt (7 Gew.%).
An yesondert und vorachrif tsmäßig hergeateL Iten Prüfkörpern, die nach VDc' 0335 (Prüfregeln des Vereins Deutscher Eiektro-Ingenieure) durchgemessen wurden, konnten die f olgenden technischen Daten ermitte Lt werden,
Wasserauf nähme
Rohdichte
Biegefestigkeit La'ngenausdehnungs-Koeff izient
zwischen + 20 und + 600 C
Temperaturwechselbeatändigkeit 230 " 250 grd
209813/1 A35
bis O % 5 kg/dm
3,1 Il 3, 2 kp/cm
1800 Il 2700 7O"6 grd
3,0 3»
Spezifischer Durchgangswiderstand bei Wechse!spannung
11 bis 12 Q · cm
von 50 Hz bei 20 °c
n 200 °c
Il 400 °c
It 600 °c
Il <S00 °c
Il 1000' °c
10 It Π Ω V cm
8 η 9 Q · cm
6 η 7 & * cm
5 it 6 Ω ' cm
5 Il 6 Ω . cm.
Der niedrige Längenausdehnungs-Koeffizient von 3,0 bis 3,5 ist dem entstandenen Cordierit zuzuschreiben. Die überraschend hohe Biegefestigkeit durf te von der geringen KristatLwachstums-Geschwindigkeit und einer hohen Keimbi LdungszahL herrühren. Dadurch Liegen im End produkt sehr viete und_ feinste 'Kristal Ie vor,· was aufgrund von Schleifversuchen an Probekörpern bestätigt wurde» - Im Gegensatz hierzu ist Ä bei den seither bekannten cordierithaLtigen Keramiken ein relativ großes V/achstum der Kristalle zu beobachten, wodurch ein Dichtbrennen der Massen sehr erschwert wird.
ßeispie-l 2: '
Es vjerden vermiseht
Zirkonsand · · ■
Speckstein ...
kalzinierte Tonerde ...
■ KLingenberger Ton Il ...
Geisenheimer Bontonit ...
V/asserg Las ..
Die Aufbereitung erfolgt wie beim Beispiel 1. Der fertiggebrannte Körper setzt sich wie folgt zusammen:
Zirkonsi likat zu 56,β Gew.%
Cordierit " 40,3 Gew."A
Si Likatschmelze " 2,9 Gew.%.
Gemessen wurden die folgenden Eigenschaften:
Wasseraufnahme O %
Biegefestigkeit 7400 bis 1700 kp/cm
Längenausdehnungs-Koeff izient
zwischen + 20 und + 600 C 3,81 * 10~ grd "
Rohdichte 3,13 kg/dm3.
209813/U'35
57 Gew. -Tei Ie
23 Gew. -Tei Le
12 Gew. -Tei Le
8 Gew. -Tei Le
O, 4 Gew. -Tei Ie.
203382
Beispie L 3:
Es werden vermi seht
Zirkonsand ··· 46 Gew.-TeiIe
Speckstein ... 21,8 Gew.-Teile
kalzinierte Tonerde ... 3,4- Gew. -Te i ie
Klingenberger Ton Il ... 74,2 Gew.-TeiIe
Geisenheimer Bontonit· ... 7,2 Gew.r^eiie
Zettlitzer Osmose-Kaolin . "7,2. Gew.-TeiIe
Wasserglas <,.„ 0,4- Gew.-Tei Ie.
Die Aufbereitung erfolgt wie beim Beispie I 1. Oer fertiggebrannte Körper setzt sich wie folgt zusammen:
Zirkonsi I ikat zu 4-7,5 Gew.%
Cordier it " 37,5 Gew,%
Si l ikat schmelze " 15,0 Gew./O.
Gemessen wurden die foIgenden Eigenschaf ten:
Wasseraufnahme , O %
2 Biegefestigkeit ' 1300 bis 1600 kpjcm
Längenausdehnungs-Koeffizient
ο -6 -7
zwischen + 20 und + 600 C 3,57 · 70 grd
Rohdichte 2,15 kg/dm .
Bei spie I 4:
Eine Masse zum kerami sehen Gießen von erf indungsgema'ßen Formkörpern wird wie folgt hergesteI It. 70 Gew.-Tei te einer Rohmischung, die wie diejenige des Bei spie Is 1 zusammengesetzt ist, werden bei ca. 950 bis 7000 C verg lu'ht, abgekühlt und mit folgenden Bestandtei len vermengt:
roher Masse, die ebenso zusammengesetzt ist wie diejenige des Beispiels 1,
5 V 50 Gew.-Tei Ie roher Mass
o, 0075 Gew.-Te ί Ie Nero-F-Ton
O, 009 · Gew.-Tei Ie Duraflux B
o, 003 Gew.-Tei Ie Darvan C
o, Gew.-fei Le Qebracho
70 Gew.-Tei ie Wasser.
20981 3/ U3B
-S-
Dieses Gemenge wird während 5 Stunden gemahlen. Man erhält eine gut vergießbare Masse, die in Ub Licher Weise in Formen mit saug fähigen Wänden vergossen wird. Dia weitere Verarbeitung und das Brennen der so entstandenen Formkörper erfolgt in bekannter Weise bzw* wie bei Bäispie I 1.
- Die eigenschaftsmäßigen Daten sind in elektrischer und thermischer Hinsicht genau die gleichen wie diejenigen des BeispieIs 1. Die mechanischen Daten sind ebenso gut, teiIweise noch etwas besser als diejenigen laut 3eispie I 1, da die Verdichtung der Rohmasse beim keratnisehen Gießverfahren bekannte ich eine besonders gute und gleichmäßige ist. ..-■.-
In der angefügten Tabelle sind die laut Beispie t 1 bis 4 erreichbaren Eigenschaf ten denen der eingangs genannten Keramiktypen KER 110.1 bis 610 gegenu'bergeste I It.
2098 13/ U3S
Gegenüberstellung der technischen IVerie von erfindungsgemäßen Keramik-Körpern mit denen einiger Typen nach PIN 40
ro ο co oo
Typ: KER θ/
/· 		kg/dm 770.7 110.2 111 720 220 221 410 670 erfind.-
gem.Kera-
mik-Körp.
t'.'a sserau f nahmst —
vermögen (ΛΆ) 		kp/cm 0 0 0,1-0,5 0 0 0 0 0 0
Rohdichte in
-6 -1
10 'grd 		2,2-2,6 2,2-2,6 2,3-2,5 2,5 2,6-2,8 2,6-2,8 2,1-2,2 2,6-3,3 3,7-3,2
Biegefes tigke i t grd 4-00-300 800-1200 300-600 4-00-700 1200-1600 14-00-1600 500-350 1200-2200 1800-2700
Längenausdehnungs—
Koeffizient
20...600 °C 		Ω · cm 4-6 4-5 - - 7-9 7-9 2-3 6-8 2,5-3,3
Temperaturwschse L-
bes t'Sndigke i t 		150-170 15O-170 - - 80-130 110-150 250 150-160 230-250
be i
Spezifischer 2O0C
Durchgangs- 2Q0°C
widerstand
bei Hechsei- 400°C
spannung ^0
von 50 Hz
8OO°C
10C0°C 		11-12
7-9
5-6
4-5
I		 11-12
7-9
5-6
4-5		 7-9
5-6
4-5		 8
6
5 		11-12
10-11
7-8
5-6 		12-13
11-12
9-10
7-8
4-7
5-6 		11-12
8-9
4-7
4-5		 9-10
6.8
5-6
4
3		 11-12
10-11
8-9
6-7
5-6
5.-6

Claims (3)

S t e m a g '- Lauf, 6. 7. 1970 ο ....... Cr/Dr.Kl/W Patent-Abtei Lung St. P. 1265, ■ Pa ten t α η s ρ r ü c h e :
1.)j Dichtgebrannter keramischer Formkörper, gekennzeichnet durch die foIgende Zusammensetzung
4C bis 60 Gew.r/o Zirkonsi I ikat 35 " 45 Gew.% Cordierit 2 " 15 Gew.'/i GLasphase.
2.) Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers gemäß Anspruch 1, ^
dadurch gekennzeichnet, daß die Rohstoffe aus
4-6 bis 57 Gew,% Zirkonsand
"25 Gew.% Speckstein
3 " 15 Gew.% kalzinierte Tonerde
O " 15 Gew.% Ton
O " 10 Gew.;i Kaolin
4- " 10 Gew. A Bent on i t, vorzugsweise Na-Bentoni t,
O " 1 Gew.% ;'/asserg las (als Mahlhilfe)
bis auf eine Feinheit von 2 μ und darunter gemahlen, gemischt und geformt werden und diese Formkörper, nach ausreichendem Trocknen, zwisehen SegerkegeI 8 und 15 bis zur Ausbildung eines dichten Ge- füges gebrannt werden. *
3.) Verfahren zum Herste Ilen eines Formkörpers gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohstoffe aus
Gew.% Zirkonsand
Gew.% Speckstein
Gew.% kalzinierte Tonerde Gew.% Ton Gew.'/o Kaol in Gew.% Bentonit, vorzugsweise Na-Bentonit, Gew.% Wasserglas Γαί* Mahlhilfe)
209813/U35
46 bis 57 20 Il 25 3 Il 15 O Il 15 O Il 10 4 Il 10 O Il 1
bis auf eine Feinhei t von 2 μ gemahlen und gemiseht werden, sodann der überwiegende Anteil dieses Rohgemenges bei einer Temperatur unter-
o
halb 7200 C, jedoch mindestens bis zum Verlust des KristalIwassers vorgeglüht und wieder abgekühlt wird, worauf der restliche Anteil des Rohgemenges unter Zugabe von Wasser, kleinen Mengen von Elektrolyten und gegebenenfalIs bis zu 5 Gew.Ά , bezogen auf die Trocken-Rohmasse, eines gießfähigen, humussäurehaltigen Tones hinzugemiseht und längere Zeit gemahlen wird, worauf der so entstandene gießfähige Sch Iicker in bekannter Meise in saug fähige Formen gegossen und bis zum Entstehen eines dichtgebrannten keramisehen Formkö'rpers weiter be" handelt wird.
209813/U35
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