DE2045808A1

DE2045808A1 - Silicon carbide refractory - produced by firing with tialite

Info

Publication number: DE2045808A1
Application number: DE19702045808
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ANNA WERK GmbH
Current assignee: ANNA WERK GmbH
Priority date: 1970-09-16
Filing date: 1970-09-16
Publication date: 1972-03-23

Description

Feuerfester, temperaturwechselbeständiger Formkörper auf der Basis von Siliziumkarbid und Verfahren zu sein er Herstellung Die Erfindung betrifft einen temperaturwechselbeständigen, feuerfesten Formkörper auf der Basis von Siliziumkarbid und richtet sich ferner auf ein,Verfahren zu seiner Herstellung.
Synthetisch hergestelltes Siliziumkarbid fällt körnig an und muß zur Herstellung von Formkörpern keramisch gebunden werden. Dies geschah bisher normalerweise durch Zusatz von Ton, manchmal auch durch Zusatz von Silizium und Brand in Stiekstoffatmosphäre. Es sind auch zahlreiche andere Bindematerialien bereits bekannt, die jedoch keine praktische Bedeutung erlangt haben, weil die Eigenschaften des Produktes den gestellten Anforderungen nicht genügten.
Eine der wesentlichsten Eigenschaften von Siliziumkarbidformkörpern ist ihre Temperaturwechselbeständigkeit als Folge einer hohen Warmfestigkeit und einer hohen Wårmeleitfähigkeit sowie einer mittleren Wärmedehnung. Bin Bindemittel, welches diese Eigenschaften nicht wenigstens annähernd in gleichem Maße aufweist, verschlechtert naturgemäß die Temperaturwechselbeständigkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen temperaturwechselbeständigen, feuerfesten Formkörper auf der Basis des wegen seiner Eigentemperaturwechselbeständigkeit sich anbietenden Siliziumkarbids zu schaffen, der wegen eines besonderen verwendeten Bindemittels ebenfalls eine gute Temperaturwechselbeständigkeit aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Formkörper, der aus 60 - 90 Ges.% körnigen, vorwiegend von feiner Körnung freien Siliziumkarbid und 40 - 10 Ges.% Tialit in gegenüber der Körnung des Siliziumkarbid feinerer Körnung gepreßt und gebrannt ist.
Mit der Verwendung von Tialit als Bindemittel ist es gelungen, ein Bindemittel für die Bindung von Siliziuskarbidformkörpern einzusetzen, welche selbst extrem temperaturwechselbeständig ist und eine genügend hohe Festigkeit des Materials garantiert, trotzdem aber vergleichsweise billig ist. Tialit ist an sich bekannt wegen seiner extrem niedrigen durchschnittlichen Wärmedehnung, aber sehr hohen Wärmedehnungsanisotropie. Deshalb konnte man bisher auch praktisch keine Formkörper allein auf der Basis von Tialit herstellen. Die Wårmedehnungsanisotropie bewirkt Mikrorisse, und diese verringern die Festigkeit in beträchtlichem Ausmaß.
Überraschend hat sich aber gezeigt, daß Tialit in Vebindung mit Siliziumkarbid Feuerfestmaterialien mit genügend hoher Festigkeit herzustellen gestattet.
Das Verfahren zur Herstellung von feuerfesten, temperatur~ wechselbeständigen Formkörpern auf der Basis von Siliziumkarbid nach der Erfindung, bei dem aus einer Ausgangsmasse die Formkörper geformt, getrocknet und gebrannt werden, kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch,dass 60 - 90 Gew.% körnigen, vorwiegend von feiner Körnung freien Siliziumkarbids und 40 - 10 Gew.% Tialit in gegenüber der Körnung des Siliziumkarbids feinerer Körnung, gegebenenfalls unter Zusatz eines temporären Bindemittels innig gemischt, durch Stampfen oder Pressen zu Formkörpern verarbeitet und die Formkörper nach dem Trocknen bei ca.
5K 17 gebrannt werden.
Obwohl man gemäß der Erfindung bereits durch einfache Verschneidung einer üblichen SiC-Körnung mit dem angegebenen Anteil von Tialitmaterial als Bindemittel ausgezeichnete emperaturwechselbeständige Körper erhält, ist es zur Erzielung besonders guter Ergebnisse nicht unwesentlich, daß die verwendete SiC-Körnung nur einen sehr geringen oder gar keinen Feinkornanteil zu besitzen braucht, der beim ersten Brand und im Einsatz ohnehin am ehesten zur Zersetzung und damit zur Zerstörung des Gefüges Anlaß gibt. Dieser Feinkornanteil wird vielmehr durch entsprechend feine Bindemittelphasen auf Tialitbasis ersetzt, ohne daß dadurch die günstigen Eigenschaften von üblichen SiC-Materialien verschlechtert werden.
Dies ist deshalb möglich, weil dieses Feinkorn in sich eine extrem niedrige Wärmedehnung hat und dadurch zur hohen Temperaturwechselbeständigkeit beiträgt.
Vorteilhaft ist es, wenn ein Tialitanteil verwendet wird, der aus 45 Gew.%«-Tonerde 45 Gew.% TiO2 (Rutil) 10 Gew.% ZrSiO4 in rohem oder vorgebranntem Zustand mit einer Korngröße unter 0,1 mm besteht.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird zweckmäßig körniges SiC verwendet, das zumindest zu 40 eine Korngröße zwischen 0,1 und 2,0 mm aufweist.
Im folgenden sind drei Ausführungsbeispiele wiedergegeben, die aufzeigen, daß in den beanspruchten Bereichen die angestrebten Vorteile voll erreichbar sind.
Beispiel 1 Ein Reaktionsgemisch aus 10 Gew.% Tialitmasse, bestehend aus 45 Gew. -Tonerde 45 Gew.% TiO2 (Rutil) 10 Gew.% ZrSiO4 in einer Korngröße unter 0,1 mm, roh oder vorgebrannt, wird mit 90 Gew.% SiC-Mischung, bestehend aus 25 Gew.% SiC in der Körnung 0,5 - 1,0 mm 75 Gew.% SiC in der Körnung 1,0 - 2,0 mm nach Zusatz eines temporären Bindemittels, vorzugsweise auf der Basis von Polyvinylalkoholen, innig vermischt und durch Stampfen oder Pressen zu Formkörpern verarbeitet.
Nach erfolgtem Trocknen und Brennen bei SK 17 im Einzel-oder Tunnelofen besitzen die Formkörper folgende Eigenschaften: scheinbare Porosität 22 % Biegefestigkeit bei 20° C 340 kp/cm2 Biegefestigkeit bei 1400°C 280 kp/cm2 Wärmeausdehnungskoeffizient -6 (20 - 500°) 2,8.10-6 (°C-1) Wärmeausdehnungskoeffizient -6 (20 - 1000°) 3,4. 10-6 (°C-1) Feuerfestigkeit SK 30 Oxydasionsbetändigkeit (140° C, lOh) 8 % Abbrand SiC Im Vergleich dazu beträgt die Oxydationsbeständigkeit bei tongebun-denem SiC 10 % SiC-Abbrand, und bei Si20N2-gebundenem SiC 12 % SiC-Abbrand.
Hinsichtlich der Temperaturwechselbeständigkeit erwiesen sich die erfindungsgemäßen Werkstoffe denen anderer Bindungsart als weit überlegen.
Beispiel 2 20 Gew.& der Tialitmischung nach Beispiel 1 werden gemischt mit 10 Gew.% SiC in der Körnung von 0,2 - 0,5 mm 30 Gew.% Sic in der Körnung von 0, 5 - 1,0 mm 40 Gew.% SiC in der Körnung von 1,0 - 2,0 mm.
Die Weiterverarbeitung und das Brennen der hergestellten Körper erfolgt nach Beispiel 1.
Es ergaben sich folgende Eigenschaften: Scheinbare Porosität 24 % Biegefestigkeit bei 20° C 340 kp/cm2 Biegefestigkeit bei 14000 C 260 kp/cm2 Wärmeausdehnungskoeffizient (20 - 500°) 2,6 2,6 Wärmeausdehnungskoeffizient 106 1 (20 - 10000) 3,1 (oc ) Feuerfestigkeit SK 30 Oxydationsbeständigkeit (1400oC, 10h) 7 % Die Temperaturwechselbeständigkeit des erfindungsgemäßen SiC-Formkörpers war denen anderer Bindungsarten zerlegen.
Tialit kann mit zusätzlicher Wirkung als Bindemittel auch in Oxynitritgebundenem Siliziumkarbid den Feinstanteil an Siliziumkarbid ersetzen. Hierfür diene das Beispiel 3 40 Gew.% Tialit nach Beispiel 1 werden gemischt mit 10 Gew.% SiC mit der Körnung von 0,5 - 1,0 mm 40 Gew.% SiC mit der Körnung von 1,0 - 2,0 mm 10 Gew.% Si # 63 µm, Dieses Gemisch wird mit einem temporären Bindemittel, vorzug weise auf der Basis von Polyvinylalkoholen innig vermischt und durch Stampfen oder Pressen zu Formkörpern verarbeitet.
Nach dem Trocknen wird der so geformte Körper in sauerstoffreier Atmosphäre auf ca, 1250 - 15000 C aufgeheizt und danach bei dieser Temperatur zur Ausbildung des Siliziumoxynitrids in sauerstoff- und stickstoffhaltiger Atmosphäre gebrannt.
Die erhaltenen Formkörper besaßen dann folgende Eigenschaften: Scheinbare Porosität 24 % Biegefestigkeit bei 20° C 400 kp/cm2 Biegefestigkeit bei 14000 C 350 kp/cm2 Wärmeausdehnungskoeffizient (20 - 500° C) 2,4 . 10-6 (°C-1) Wärmeausdehnungskoeffizient (500 - 1000° C) 3,3 . 10-6 (°C-1) Feuerfestigkeit SK 36 Oxydationsbeständigkeit (1400° C, 10h) 7 % SiC-Abbrand Die Temperaturwechselbeständigkeit war gut.
Patentansrüche:

Claims

Patentansprüche: 1. Temperaturwechselbeständiger, feuerfester Formkörper auf der Basis von Siliziumkarbid, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß er aus 60 - 90 Gew.% körnigen, vorzugsweise von feiner Körnung freiem SiC und 40 - 10 Gew.% Tialit in gegenüber der Körnung des SiC feinerer Körnung gepreßt und gebrannt ist.
2. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten, temperaturwechselbeständigen Formkörpern auf der Basis von Siliziumkarbid nach Anspruch 1, bei dem aus einer Ausgangsmasse die Formkörper geformt, getrocknet und gebrannt werden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß 60 - 90 Gew.% körnigen, vorzugsweise von feiner Körnung freien SiC und 40 - 10 Gew.% Tialit in gegenüber der Körnung des SiC feinerer Körnung, gegebenenfalls unter Zusatz eines temporären Bindemittels innig gemischt, durch Stampfen oder Pressen zu Formkörpern bearbeitet und die Formkörper nach dem Trocknen bei ca. SK 17 gebrannt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Tialitanteil verwendet wird, der aus 45 Gew.%it-Tonerde, 45 Gew.% TiO2 (Rutil), 10 Gew.% ZrSiO4 in rohem oder vorgebranntem Zustand mit einer Korngröße unter 0,1 mm besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß körniges SiC verwendet wird, das zumindest zu 40 % eine Korngröße zwischen 0,1 und 2,0 mm aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Teil des SiC durch Si in feiner Körnung ersetzt ist und der geformte Körper in sauerstoffreier Atmosphäre auf 1250 - 15000 C aufgeheizt und danach bei dieser Temperatur zur Ausbildung von Siliziumoxynitrid in sauerstoff- und stickstoffhalltiger Atmosphäre gebrannt wird.