DE2037963A1 - Inorganic fibers - Google Patents
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Description
PATENTANWÄLTE DR.-ING. H. FINCKE a München 5, 3 &PATENT LAWYERS DR.-ING. H. FINCKE a Munich 5, 3 &
DIP L. -ING. H. BOHR MöllerstraeeDIP L. -ING. H. BOHR Möllerstraee
DIPL-ING. S. STAEGER Fernruf: «26 60 60 DIPL-ING. S. STAEGER long-distance call: "26 60 60
nappe 22338 - Dr Case MD 22099nappe 22338 - Dr Case MD 22099
Imperial Chemical Industries Ltd« London, GroßbritannienImperial Chemical Industries Ltd «London, Great Britain
Priorität: 1.8. 1969 - Großbritannien Priority: 1.8. 1969 - Great Britain
Die Erfindung bezieht sich auf anorganische Fasern und insbesondere auf die Herstellung von feuerfesten Fasern aus Metalloxiden. The invention relates to inorganic fibers and, more particularly, to the manufacture of refractory fibers from metal oxides.
Metalloxidfasern werden gegenwärtig dadurch hergestellt, daß man das geschmolzene Oxid verspinnt oder daß man das Oxid aus dem Dampf niederschlägt. Beide Verfahren sind technisch schwierig und teuer. Außerdem sind die aus den Schmelzen her· gestellten Fasern Gläser, die verhältnismäßig schlechte physikalische Eigenschaften besitzen.Metal oxide fibers are currently made by the molten oxide is spun or the oxide is precipitated from the steam. Both procedures are technical difficult and expensive. In addition, the fibers produced from the melts are glasses that are relatively bad possess physical properties.
ι wude muuMhr gefunden, daß Fasern aus den Oxiden vonIt was found that fibers from the oxides of
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Metallen in bequemer und billiger Weise aus wässrigen Lösungen gewisser anorganischer Salze hergestellt werden können.Metals can be produced conveniently and inexpensively from aqueous solutions of certain inorganic salts.
So wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer anorganischen Faser vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird, daß man eine Faser aus einer wässrigen Lösung eines Salzes aus mindestens einem der Metalle Aluminium, Magnesium, Beryllium, Cer, Chrom, Hafnium, Thorium, Titan, Uran oder Zirkon, wobei der anionische Bestandteil teilweise oder vollständig aus einem Formiation besteht, herstellt, die Faser zur Bildung eines Oxids des Metalls erhitzt und dann die Faser noch weiter auf eine höhere Temperatur im Bereich von .850 bis 20000C erhitzt.Thus, according to the invention, a method for the production of an inorganic fiber is proposed, which is carried out by converting a fiber from an aqueous solution of a salt of at least one of the metals aluminum, magnesium, beryllium, cerium, chromium, hafnium, thorium, titanium, uranium or zirconium, wherein the anionic component consists partially or completely of a formate ion, producing, heating the fiber to form an oxide of the metal and then heated, the fiber still further to a higher temperature in the range of .850 to 2000 0 C.
So kann beispielsweise ein Formiat-, Hjdro^-Formiai^ HaIogeno-Formiat-, Sulfo-Formiat- oder Acetat-Formiat-Salz der genannten Metalle verwendet werden. Salze aus diesen Anionen und Aluminium oder Zirkon sind besonders brauchbar zur Herstellung von Aluminiumoxid— oder ZirkonoxidfasemoFor example, a formate, Hjdro ^ -Formiai ^ HaIogeno-formate, Sulfo formate or acetate formate salt of metals mentioned are used. Salts of these anions and aluminum or zircon are particularly useful in the preparation of aluminum oxide or zirconium oxide fibers
Die wässrige Lösung kann dadurch !hergestellt werden s daß man
das Salz oder Salzgemisch in Wasser auflöst« Es wird Jedoch bevorzugt, die Salze in situ dadurch h@ raust eilen, daß man
das Metall oder eine seiner Verbindungen« wi® s.B« das Metallhydroxid,
in Ameisensäure oeLer is ©inea?-Mischung aus Ameisensäure
und Salzsäure, Schwefelsäure «ad/©der Essigsäure auflöst.
Es ist auch zweckmäßig, das SaIs ia G@@@awart von
Wasser durch doppelte Umsetisimg voa ot©± maä©i?©a Salsen
herzustellen, die das Ion des Metalls b&w„ den anionischem
Bestandteil enthalten. Ein Beispiel ist ti© Herstellimg·von
Aluminiumformiat durch doppelt® Uasetsüag tos Galeiraaf©nsiat
und Aluminiumsulfat in Gegenwart von ¥a©s@gv
mäßig, die Lösung, nachdem
filtriert worden sind, ctareh
beispielsweise durch IMiit^e
bis 1100C, wobei man gegefeeasafalls «,t« iremijKtatem BrückThe aqueous solution can! S are prepared by dissolving the salt or salt mixture in water, "but it is preferred that the salts in situ by h @ Raust rush in that the metal or one of its compounds" w i® sB "the metal hydroxide , in formic acid or is © inea? -mixture of formic acid and hydrochloric acid, sulfuric acid «ad / © of the acetic acid dissolves. It is also expedient to produce the SaIs ia G @@@ awart of water by double conversion voa ot © ± maä © i? © a Salsen which contain the ion of the metal b & w “the anionic constituent. An example is the production of aluminum formate by means of double Uasetsüag tos Galeiraaf © nsiat and aluminum sulfate in the presence of ¥ a © s @ gv moderately, the solution after
have been filtered, ctareh
for example by IMiit ^ e
up to 110 0 C, whereby one is gefeeasafalls «, t« iremijKtatem Brück
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arbeitet. Es wird bevorzugt, die Lösung vor der Herstellung der lasern zu filtrieren und/oder zu entlüften« Damit die wässrige Lösung sich für die Herstellung von Fasern eignet, wird es bevorzugt, daß sie bei der Temperatur, bei der die Fasern hergestellt werden, eine Viskosität von 200 bis 500.000 Centipoise und insbesondere von 1.000 bis 200.000 Gentipoise aufweist.is working. It is preferred to use the solution prior to preparation to filter and / or deaerate the lasers «So that the aqueous solution is suitable for the production of fibers, it is preferred that they have a viscosity of 200 to 500,000 at the temperature at which the fibers are made Centipoise and especially from 1,000 to 200,000 gentipoise.
Die Fasern können aus der wässrigen Lösung durch jedes zweckmäßige Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Zentrifugalspinnen, Blasen, Ziehen oder Extrusion durch eine Spinndüsenplatte. Die Fasern werden am besten bei Raumtemperatur hergestellt, sie können jedoch gewünschtenfalls auch bei einer anderen Temperatur hergestellt werden, bei der die Lösung stabil ist.The fibers can be extracted from the aqueous solution by any convenient means Process can be produced, for example by centrifugal spinning, blowing, drawing or extrusion through a Spinneret plate. The fibers are best made at room temperature, but if desired they can also be made at another temperature at which the solution is stable.
Es wird bevorzugt, die Fasern vor der Erhitzung, die zur Herstellung des Oxids ausgeführt wird, zu trocknen, beispielsweise durch Anwendung eines Vakuums oder durch Einhalten einer Feuchtigkeit von weniger als 50% in der Kammer, in der die Fasern gesammelt werden, oder durch Erhitzen, auf Temperaturen von beispielsweise 90 bis 1000G.It is preferred to dry the fibers prior to the heating carried out to produce the oxide, for example by applying a vacuum or maintaining a humidity of less than 50% in the chamber in which the fibers are collected or by heating , to temperatures of, for example, 90 to 100 0 G.
Die Temperatur, auf welche die Faser erhitzt wird, um das Oxid herzustellen, hängt von der Lersetzungstemperatur des Salzes oder der Salze ab, woraus die Faser besteht. Gewöhnlich ist eine Temperatur im Bereich von 90 bis 5000G erforderlich, um das Oxid herzustellen. Beispielsweise wird Aluminiumformiat auf eine Temperatur von 90 bis 2500C erhitzt. Die Dauer der Erhitzung beträgt vorzugsweise 5 min bis 300 min. Die weitere Erhitzung (Calcinierung) wird vorzugsweise in einer oxidierenden Atmosphäre ausgeführt. Die Dauer dieser Calcinierung beträgt vorzugsweise 10 min bis 5 st.The temperature to which the fiber is heated to produce the oxide depends on the decomposition temperature of the salt or salts of which the fiber is made. Usually a temperature in the range of 90 to 500 0 G is required to produce the oxide. For example, aluminum formate is heated to a temperature of 90 to 250 0 C. The duration of the heating is preferably 5 minutes to 300 minutes, and the further heating (calcination) is preferably carried out in an oxidizing atmosphere. The duration of this calcination is preferably 10 minutes to 5 hours.
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Die oxide Herstellungs- uad die Galeiaiarimgsistiafes, ko°&n@n
in einen Arbeitsgang kombiniert werd@a9 i3ad@a sam die Faser
von der Temperatur, bei der sie hergestollt iä&i?&e auf eine
Temperatur von "bis zu 2.0000G während ©ims© SSeltsmffli© tob
mindestens 30 min erfeitst
5 min und 5 st einhalteThe oxide production uad the Galeiaiarimgsistiafes, ko ° & n @ n becoming combined into a single operation @ a 9 i3ad @ a sam the fiber from the temperature at which they hergestollt iÄ & i? & E to a temperature of "up to 2.000 0 G while © ims © SSeltsmffli © tob for at least 30 minutes
Observe 5 min and 5 hours
Während der* Erhitzung koaa,©a di© JPaassssa @ia@s> worf en werden» Swar Ist &±®m h®± ά®%· !©^st^I Fasern nicht w©igea"feli©hi9 $®ä@©h uiM fei@2%©i g©tJoMali©l. ©ia© größere Orientierung α<&τ fei^tallit© is &<βέ· Fas©^During the * heating koaa, © a di © JPaassssa @ ia @ s> are thrown »Swar ist & ± ®mh® ± ά®% · ! © ^ st ^ I fibers not w © igea" feli © hi 9 $ ® ä @ © h uiM fei @ 2% © ig © tJoMali © l. © ia © greater orientation α <& τ fei ^ tallit © is &<βέ · Fas © ^
Verschiedene Zusätze k©aa@a ia di© fasoss ©isgsits^sitst war den, indem man dies© ^iia!at®© "ö©iiip!©liii-j@l©® d®^ Logiaag gn= gibt, aus der die fase^a 3h©i?g©iit@llt w©s>d®ao B®ispl©le Zusätze, die alt Vorteil "w®Ti-m&&®t ιι®τα,®& kosasa^Various additions k © aa @ a ia di © fasoss © isgsits ^ sitst was that by giving this © ^ iia! At® © "ö © iiip! © liii-j @ l © ® d® ^ Logiaag gn = der die bevel ^ a 3h © i? g © iit @ llt w © s> d®ao B®ispl © le additives, the old advantage "w®Ti-m && ®t ιι®τα, ® & kosasa ^
(a) KornwaonstumeinhibItOi1^a9 wi© (a) Kornwaonstumeinhib ItOi 1 ^ a 9 wi ©
oxid oder feines (b) (c)oxide or fine (b) (c)
dioxid; (d) orientierte aaisoiaet^iiieh© tierung der Kristallite wie s.B. g dioxide; (d) oriented aaisoiaet ^ iiieh © tierung of the crystallites as sB g
brillen, di© durch, SInroTbelaaadltsag "wq& Glarjsotil hergestellt werden.glasses, di © by, SInroTbelaaadltsag "wq & Glarjsotil.
Die durch das erfindiangsgemäße Verfateea h.©rge©tellt©n Fasern besitzen gewöhnlich mittler© Durcfea©®®®^1 v®a 1 r* bis 50A . Jedoch i3t die Erfiaäimg aicht auf di© Herstellung von Fasern nit diesem DBirol]M©ss©Ä@rsick b^sctelnkt; < >The fibers produced by the process according to the invention usually have a medium © Durcfea © ®®® ^ 1 v®a 1 r * to 50A. However, the experience pertains to the production of fibers with this DBirol] M © ss © Ä @ rsick b ^ sctelnkt; <>
Die Fasern bestehen aus dem Oxid des Ifetalls oder der Metalle, das bzw. die in dem ursprünglichen SaIs oder in den ursprünglichen Salzen vorlagen- Das Oxid weist dabei dieThe fibers consist of the oxide of the i-metal or metals, that or those in the original SaIs or in the original salts were present- The oxide shows the
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Form einer dichten polykristallinen Masse auf, die sehr kleine Kristallite enthält. Die Fasern sind stabil und auch bei hohen Temperaturen fest· Sie können beispielsweise für feuerfeste Isolationen oder als Verstärkungsmittel für Harze, Metalle und keramische Materialien verwendet werden. Sie können auch als Katalysatoren und/oder Katalysatorträger für die verschiedensten chemischen Reaktionen verwendet werden.Form a dense polycrystalline mass that is very contains small crystallites. The fibers are stable and solid even at high temperatures · You can, for example for fireproof insulation or as a reinforcing agent for Resins, metals and ceramic materials can be used. They can also be used as catalysts and / or catalyst supports for a wide variety of chemical reactions will.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. The invention is illustrated in more detail by the following examples.
1 Gew.-Teil einer wässrigen Lösung von Aluminiumsulfat wurde mit 2 Gew.-Teilen einer wässrigen Lösung von Calciumformiat gemischt. Das erhaltene Gemisch wurde filtriert, um das ausgefallene Calciumsulfat abzutrennen. Das Filtrat wurde bei 5O°C unter vermindertem Druck eingedampft, wobei eine viskose Lösung erhalten wurde, die 81 Gew.-% Feststoff enthielt, welcher 21 Gew.-% AIpO, äquivalent war· Diese Lösung wurde durch eine Spinndüsenplatte extrudiert, und die austretende Faser wurde auf einen Durchmesser von 5 A heruntergezogen. Diese Faser wurde 10 min bei 1000C getrocknet und dann 10 min auf 2000C erhitzt, währenddessen das Material der Faser sich zum Oxid zersetzte. Die Oxidfaser wurde 4- st bei 125°C kalziniert, wobei eine starke polykristalline Faser erhalten wurde.1 part by weight of an aqueous solution of aluminum sulfate was mixed with 2 parts by weight of an aqueous solution of calcium formate. The resulting mixture was filtered to separate the precipitated calcium sulfate. The filtrate was evaporated at 5O ° C under reduced pressure to obtain a viscous solution was obtained containing 81 wt -.% Solid contained which 21 wt .-% AIPO, was equivalent · This solution was extruded through a spinneret plate, and the leaving Fiber was pulled down to a diameter of 5 Å. This fiber was dried at 100 ° C. for 10 min and then heated to 200 ° C. for 10 min, during which the material of the fiber decomposed to form the oxide. The oxide fiber was calcined at 125 ° C for 4 hours to obtain a strong polycrystalline fiber.
Eine Aluminiua-Sulfo-Formiat-Lösung, die 4,7 Gew*-% Aluminium, ausgedrückt als AIgO,, und 1,5 Gew.-% SO^-Ionen enthielt, wurde durch Erhitzen unter vermindertem Druck auf eine Lösung konzentriert, die eine Viskosität von 200.000 Centipoiee aufwies, aus welcher Fasern gezogen werden'konnten· An aluminum sulfo formate solution containing 4.7% by weight of aluminum, expressed as AlgO ,, and 1.5% by weight of SO ^ ions, was concentrated to a solution by heating under reduced pressure had a viscosity of 200,000 centipoiee from which fibers could be drawn
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Bei dieser Viskosität enthielt die Lösung 60 Gew«-$ Feststoffe, welche 18 Gew.-% AIgO, und 5,7 Gew»-% SO^-Ioaen äquivalent war» Die Lösung wurde durch lärtrusion in trockene Luft in Fasern verarbeitet, wobei eine Stempelspinnvorrich·- tung verwendet wurde, die mit einer Spinndüsenplatte ver» bunden war. Die auf diese Meise hergestellten glasartigen Fasern enthielten das Äquivalent von 31 Gew,»% AIgO^ und 9 Gew.-% SO^-Ionen und besaßen einen mittleren Durchmesser von 10/( · Sie wurden 45 min lang auf 1*1Q0®G erhit&tAt this viscosity the solution contained 60% solids by weight, which 18 wt .-% AIgO, and 5.7 wt .-% SO ^ -Ioaen was equivalent »The solution was by extrusion into dry Air processed into fibers, with a stamp spinning device - device connected to a spinneret plate was used. The glassy ones made on this titmouse Fibers contained the equivalent of 31 wt.% AlgO ^ and 9% by weight SO ^ ions and had an average diameter of 10 / (· They were raised to 1 * 1Q0®G for 45 min
1 st bei dieser !temperatur gehalten, um dasMaintained at this temperature for 1 hour in order to achieve the
Formiat in Aluminiumoxid zu zersetzen, wödiareh, sehlisßlicb, Fasern aus kristallinem ^-Aluminiumoxid erhalten wurden.Formate to decompose in aluminum oxide, wödiareh, sehlisßlicb, Crystalline alumina fibers were obtained.
Frisch ausgefälltes wässriges ZiÄoiadioxid ward© in Ameisen säure aufgelöst, die Lösung wurde filtriert «ad das pntrat wurde konzentriert 9 indem es einer Vakuusprsrdampfung unterworfen wurde, um eine Lösimg mit einer Viskosität von 800 Centipoise herzustelleso Dias.© Losnag itotö.© ia einer Zentrifugalspinnmasehlne "rersp©aa<i®9 wob©! f@iae Fasern erhalten wurden o Di© lasera tnKdes gssaimelt imdFreshly precipitated aqueous ZiÄoiadioxid was © in formic acid, the solution was filtered "ad was pntrat concentrated 9 by it became a Vakuusprsrdampfung subjected itotö a Lösimg having a viscosity of 800 centipoise herzustelleso slides. © Losnag. © ia a Zentrifugalspinnmasehlne" rersp © aa <i® 9 wob ©! f @ iae fibers were obtained o Di © lasera tnKdes gssaimelt imd
2 st auf 120°G und dann, 4- st auf 1O5QQ®6 ©Äitato-Es wurden starke polykristallin© FaseEa aus SiÄ©3sdi@sid ©Aalt es ο2 st to 120 ° G and then, 4 st to 1 O 5QQ®6 © Äitato-There were strong polycrystalline © FaseEa from SiÄ © 3sdi @ sid © Aalt es ο
Beispiel 3 wurde wiederholt, eit d@a lat©n©hi@d„ daß 5 ß©w. feines Magnesiiiiioxid der iosiaas w©i? ü.®& KoagsatrieSiaag STa- gesetzt wurden» Ss wurdea ZiÄ©adi®si<äfa©©sa ®it @ia©K> lbdsse ren Festigkeit als diejenige ¥on Beispi©! 3 Example 3 was repeated, from the time you d @ a lat © n © hi @ d "that 5 ß © w. fine magnesia dioxide of the iosiaas w © i? ü.® & KoagsatrieSiaag STa- were set »Ss was a ZiÄ © adi®si <äfa © © sa ®it @ ia © K> lbdsse ren strength than that ¥ on example ©! 3
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