DE2301741A1 - Verfahren zur herstellung von stark durchlaessigen materialien - Google Patents
Verfahren zur herstellung von stark durchlaessigen materialienInfo
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Description
PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT1 DIPLOMCHEMIKER
5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90
Köln, den 5.1.1973 Eg/Αχ /2o2
Foseco International Limited, 285 Long Acre/ Nechells,
Birmingham / England
Die Erfindung betrifft die Behandlung von durchlässigen Materialien.
Es gibt zahlreiche Gebiete der Technik, auf denen die Aufbringung undurchlässiger Oberflächenschichten auf die Innenoder
Außenoberfläche von durchlässigen Materialien gewünscht wird. In vielen Fällen kann dies leicht durch Aufbringung
eines geeigneten Überzuges geschehen, jedoch gibt es Fälle, in denen eine Beschichtung aufgrund der Natur des durchlässigen
Materials nicht möglich ist. Dies ist insbesondere bei der Beschichtung von Materialien mit Schaumstruktur der
Fall. Die Beschichtungs- oder Überzugsmaterialien hatoen hier nicht die Neigung, einen Überzug auf der Oberfläche zu
bilden, sondern werden in das Material absorbiert oder eingesaugt .
Ein spezielles Gebiet der Technik, wo dieses Problem besonders ernst ist, ist das Gebiet der keramischen Erzeugnisse mit
Schaumstruktur. Wenn diese Materialien mit einer undurchlässigen Oberflächenschicht versehen werden sollen, sollte
diese Schicht vorteilhaft feuerfest und keramisch sein, damit sie unter allen Einsatzbedingungen des keramischen Materials
brauchbar und unversehrt bleibt. Glasuren sind ausgezeichnete Materialien, die die erforderlichen Eigenschaften aufweisen,
jedoch werden sie allzu leicht während der Aufbringung
Ln die poröse Schaumstruktur gesaugt.
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Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von stark durchlässigen Materialien, die an wenigstens einer Oberfläche
mit einer undurchlässigen Schicht versehen sind, nach einem Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
auf die Oberfläche des stark durchlässigen Materials eine zusammenhängende feinporige Schicht aufbringt, auf die
zusammenhängende feinporige Schicht ein schmelzbares Überzugsmaterial aufträgt und das so behandelte Werkstück trocknet
und bei einer Temperatur, bei der das schmelzbare Überzugsmaterial eine geschlossene undurchlässige Schicht bildet,
brennt.
Die zusammenhängende feinporige Schicht kann beispielsweise gebildet werden, indem eine Oberfläche des stark durchlässigen
Materials mit einem saugfähigen Material beschichtet oder überzogen, auf das saugfähige Material eine Schicht
eines feinteiligen Materials aufgebracht und dann erhitzt wird. Es ist auch möglich, eine Faseraufsehlämmung durch
ein grobporiges Material unter Bildung einer Faserschicht auf einer Oberfläche zu filtrieren, die Faserschicht mit
einem keramischen Schlicker zu behandeln und das Werkstück dann zu erhitzen.
Als schmelzbares Überzugsmaterial wird vorzugsweise ein glasurbildendes Material bekannter Art verwendet. Die verschiedensten
glasurbildenden Materialien sind erhältlich, und der Fachmann kann ohne weiteres Materialien mit geeigneten
Schmelztemperaturen und Wärmeausdehnungseigenschaften auswählen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich zum Bekleiden oder Beschichten der Außenseiten von durchlässigen Formteilen
oder zum Bekleiden von Kanälen oder öffnungen in ihrem Innern. Das Verfahren ist vielseitig anwendbar, jedoch ist
es, wie vorstehend bereits erwähnt, von besonderem Wert im Zusammenhang mit porösen keramischen Materialien mit Schaumstruktur.
In diesem Zusammenhang wird es nachstehend speziell beschrieben.
:-?n 9 e 7 9 / α 9 5 1
Verfahren zur Herstellung von porösen keramischen Materialiei
werden in den britischen Patentschriften 923 862, 916 784, 1 004 352, 1 019 807 und 1 054 421 beschrieben. Bei diesen
Verfahren wird allgemein so gearbeitet, daß ein poröser organischer Schaumstoff, z.B. ein Polyurethan-Schaumstoff,
mit einer Aufschlämmung von feinteiligen keramischem Material
gewöhnlich in Wasser imprägniert und das hierbei erhaltene Werkstück abschließend getrocknet und gebrannt wird.
Der organische Schaumstoff verschwindet beim Brennen und hinterläßt ein keramisches Werkstück. Um einen festen inneren
Zusammenhalt zu gewährleisten, kann die Aufschlämmung ein Bindemittel, z.B. einen Ton, ein Phosphat oder Natriumsilicat,
enthalten.
Aufgrund der verhältnismäßig grobzelligen Struktur dieser Materialien ist es nicht zweckmäßig und in gewissen Fällen
nicht möglich, ihre Oberflächen mit Hilfe normaler Glasierverfahren, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von
keramischen Erzeugnissen, z.B. dekorierten Porzellanen, angewandt werden, zu verschließen, da die Glasur sich während
• des Schmelzens in der Oberfläche des Formkörpers verteilt, ohne sie unbedingt zu verschließen.
Gemäß der Erfindung werden die zu glasierenden Oberflächen zuerst mit einer feinporigen Struktur versehen, die anschließend
eine geeignete Unterlage bildet,' auf der die Glasur sich als dicke Schicht absetzt. Beim Brennen entsteht
eine undurchlässige Oberfläche.
Die Kanäle und/oder sonstigen Oberflächen, auf die die Glasur
aufgebracht werden soll, werden im ursprünglichen, als Form dienenden organischen Schaumstoff in beliebiger geeigneter
Weise ausgebildet. Sie können dann mit einer Schicht aus saugfähigem Material, z.B. ungeleimtem Papier oder Keramikfasern,
die in die Form der Oberfläche oder des Kanals gebracht worden sind, beschichtet oder bekleidet werden. Diese
saugfähige Schicht kann gesondert in der gewünschten Form hergestellt und dann in die ursprüngliche Schaumstofform ein-
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gesetzt oder darauf aufgebracht werden, oder sie kann in situ durch Einführung einer Aufschlämmung von Fasern, die
in einem geeigneten Träger (z.B. Wasser) dispergiert sind, in die Oberflächen und_in die Kanäle, die ausgekleidet
werden sollen, gebildet werden. Gegebenenfalls kann ein geeignetes Bindemittel der Aufschlämmung zugesetzt werden.
In gewissen Fällen kann der Kapillarzug des Schaumstoffs auf den Aufschlämmungsträger oder der Einfluß der Schwerkraft
in Verbindung mit der Porosität des Schaumstoffs genügen, um die Aufschlämmung zu entwässern und zur Bildung
einer zusammenhängenden Fa^ermatte führen, jedoch kann der
Prozeß durch Einwirkung von Druck auf die Aufschlämmung oder vorzugsweise durch Anlegen von Vakuum an die Flächen
des Formkörpers aus organischem Schaumstoff, die im endgültigen Werkstück nicht glasiert sein sollen, beschleunigt
werden. Sobald die zusammenhängende Faserschicht auf der Oberfläche des Schaumstoffkörpers sich gebildet hat,
läßt man überschüssige Aufschlämmung ablaufen, worauf der Formkörper vorzugsweise durch Erhitzen mit Mikrowellen
getrocknet wird.
Der in dieser Weise gebildete Formkörper kann nach den Verfahren, die in den oben genannten britischen Patentschriften
und in den deutschen Patentschriften ..<,.<,<,.·.<>,
...o und .o (Patentanmeldungen
vom gleichen Tage
entsprechend den britischen Patentanmeldungen 1927/72, 1929/72 und 1930/72) der Anmelderin beschrieben werden, in
eine keramische Nachbildung überführt werden. Wenn der Formkörper in einen keramischen Schlicker getaucht wird,
bauen sich Feinteile der Aufschlämmung auf den Schichten des saugfähigen Materials durch die Kapillarwirkung dieses
Materials auf. Sie bilden nach dem Trocknen und Brennen ein Substrat, das eine ausreichende Dichte für die Aufnahme
einer G-lasur hat.
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Bei einem anderen Verfahren wird die keramische Nachbildung
eines organischen Schaumstoffs, die an den gewünschten Stellen mit zu glasierenden Oberflächen oder Kanälen versehen
ist, zunächst nach den vorstehend "beschriebenen Verfahren hergestellt, und erst dann werden die zu glasierenden
Oberflächen oder Kanäle mit einer saugfähigen Schicht aus organischen und/oder anorganischen Fasern nach den
vorstehend beschriebenen Verfahren versehen, worauf die Schicht getrocknet wird. Der gesamte Formkörper wird dann
in einen keramischen Schlicker getaucht, der vorzugsweise die gleiche Zusaamensetzung wie. der zur Herstellung des
Formkörpers verwendete Schlicker hat, worauf man überschüssigen Schlicker ablaufen läßt und den Formkörper
trocknet und brennt. Diese Alternative des Herstellungsverfahrens erfordert einen zusätzlichen Brand, der vom Standpunkt
der Kosten nicht erwünscht ist.
Der nach den vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Formkörper wird dann glasiert, wobei vorzugsweise wie
folgt gearbeitet wird: Die Stellen des Formkörpers, die nicht glasiert werden sollen, werden mit Fett, Abdeckband,
Gummilösung oder ähnlichem Abdeckmaterial abgedeckte Dann
wird die Glasurfritte vorzugsweise aus einer wässrigen Aufschlämmung, in die der Formkörper getaucht wird, aufgetragen.
Falls gewünscht, können mehrere G-lasurschichten
aufgetragen und zwei oder mehrere verschiedene Glasurzusaiiimensetzungen
verwendet werden, wenn beispielsweise ein Unterschied in den Wärmeausdehnun^sei^enschaften des porösen
keramischen Materials und der abdichtenden Schicht «er Glasur vorhanden ist oder die Gefahr besteht, daß die
Glasur eine nachteilige chemische Reaktion mit dem porösen keramischen Substrat eingeht. Der Formkörper wird
dann erneut bei einer Temperatur gebrannt, die genügt, um
die gewünschte undurchlässige Schicht auf der behandelten Über flächβ durch Sintern und Aufschmelzen der Glasur zu
bilden.
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Als Beispiel einer speziellen Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist der Gasbrenner illustrativ:
Bekannte Gasbrenner aus porösem keramischem Material gehören ganz einfach zu einem Typ, bei der, ein Gemisch von
brennbarem Gas und Luft oder Sauerstoff durch einen Block des Materials geführt wird und an einer Seite des Blocks
verbrennt. Diese Brenner haben begrenzte Anwendungsmöglichkeiten, da das brennbare Gemisch dem Brennerblock
unter einem über Normaldruck liegenden Druck zugeführt werden mußo Während der Gasdruck von Gasleitungsnetzen
für diesen Zweck ausreicht, muß Luft unter Druck durch ein . Gebläse oder eine Pumpe zugeführt werden* wodurch die
Einsatzmöglichkeiten dieser Brenner begrenzt werden. In
viel größerem Umfange werden Gasbrenner verwendet, in denen die Verbrennungsluft bei Normaldruck verwendet wird. Bisher
konnten solche Brenner nicht einwandfrei aus porösem keramischem Material hergestellt werden.
Mit Hilfe der Methoden gemäß der Erfindung ist es möglich, einen Gasbrennerblock herzustellen, der aus einem an wenigstens
einer Seite verschlossenen und abgedichteten Block aus porösem keramischem Material, Mitteln zur Zuführung
von Gas zum Körper des Blocks und mehreren Röhren besteht, die von der abgedichteten Fläche des Blocks durch den
Block führen und sich zur gegenüberliegenden (nicht abgedichteten) Seite öffnen, wobei die Wände der Röhrenundurchlässig
sind. Ein solcher Gasbrennerblock ist neu und stellt einen weiteren Gegenstand der Erfindung dar«
Im Gebrauch wird der Brennerblock so angeordnet, daß die
Rohre senkrecht verlaufen und seine at gedichtete Fläche nach· unten zeigt. Gas wird in den Körper des Blocks eingeführt
und tritt an der Oberseite aus, wo es sich mit Luft,
die durch die Rohre nach oben strömt, mischt, wobei eine glatte Verbrennung stattfindet. Um die Verteilung des
Gases im Block v,\x verbessern, besteht der größere Teil des
Blocks vorzugsweise aus einem porösen keramischen Material
w η 9 β ? s / ο 9 δ 1
mit sehr hoher Durchlässigkeit. Um jedoch eine einwandfreie Brennerfläche zu erhalten, hat die der abgedichteten
Fläche gegenüberliegende Seite des Blocks vorzu_sweise eine ziemlich feine Struktur und demgemäß eine geringere
Durchlässigkeit. Vorzugsweise hat das Material des Brennerkörpers wenigstens die dreifache Durchlässigkeit der
Brennerseite.
Das brennbare Gas wird dem Block vorzugsweise durch eine
Verteilerleitung, die den Block umschließt und dicht an ihm befestigt ist, zugeführt.
Die Abdichtung der der Brennerseite gegenüberliegenden Fläche und der Seitenwände der Rohre erfolgt nach dem vorstehend
beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung durch Auftrag einer Glasurschicht auf diese Flächen. Da die
Flächen sehr porös sind, ist es nicht möglich, diese Flächen einfach zu glasieren. Nach dem Verfahren gemäß der
Erfindung werden d aher die zu glasierenden Flächen mit einer feinstrukturierten Schicht versehen. Diese Schicht
wirkt während des Eintauchens in den Glasurschlicker als feines Substrat, auf das sich die Glasur als dicke Schicht
absetzt. Beim Brennen wird eine undurchlässige Oberfläche ausgebildet.
Der Brennerblock wird hergestellt, indem eir. Modell in organischem Schaumstoff gebildet und mit einer Aufschlämmung
von feinteiligem keramischem Material imprägniert und der Formkörper getrocknet und gebrannt wird. Die Löcher
müssen natürlich im Modell vorhanden sein, das vorzugsweise aus einer dicken Schicht von grobem, sehr durchlässigem
organischem Schaumstoff zwischen zwei dünnen Schichten von feinstrukturiertem feinzelligem Schaumstoff
besteht, wobei eine dieser Schichten die Brennerseite und die andere Schicht die undurchlässige Seite (nach der
Glasur) bildet. Die drei Schichten können zusammengehalten werden, inden. sie einfach zusammengelegt und die Löcher
mit Stäben, die auf geregelte Temperaturen erhitzt sind,
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durchgestoßen werden. Durch die Hitze im Stab wird der Schaumstoff ausreichend verschweißt. Um eine feinstrukturierte
Oberfläche in den Rohren auszubilden, können sie vor der Imprägnierung des Modells mit der Aufschlämmung
mit einem augfähigen Material, z.B. ungeleimtem Papier, ausgekleidet werden· Die Peinteile der Aufschlämmung bauen
sich dann durch Kapillarwirkung auf dem saugfähigen Material auf, und nach dem Trocknen und Brennen sind die Rohrwände
so fest, daß das Eindringen von Glasurfeststoffen in die Rohrwände verhindert wird.
Das Aufbringen der Glasur erfolgt vorzugsweise aus wässriger Aufschlämmung durch teilweises Eintauchen des Blocks
mit der nach oben zeigenden Brenneroberfläche in den Glasurschlicker, wobei darauf geachtet wird, daß die
Brennerseite nicht eingetaucht wird. Während des Eintauchens müssen Teile des Blocks, in die das Gas eingeführt
werden soll, mit Fett, Abdeckklebstreifen, Gummilösung oder ähnlichem Abdeckmaterial abgedeckt werden. Palis gewünscht,
können mehrere Glasurschichten aufgebracht werden.
Ein typischer Brenner dieser Art wird nachstehend als Beispiel in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben, die
einen Gasbrenner gemäß der Erfindung im Schnitt und in Draufsicht zeigen. Der in den Abbildungen dargestellte
Gasbrenner besteht aus einem Block von stark durchlässigem porösem keramischem Material 1, das an seiner Oberseite
mit einer Schicht aus weniger durchlässigem porösem keramischem Material 2 und um seine Unterseite und Seitenflächen
mit einer Glasurschicht 3 bedeckt ist. Um die Seiten des Blocks verläuft eine Gasverteilerleitung 4 mit
einem Gaseintritt 5.
Der Block ist von Kanälen 6 in Dreiecksanordnung durchzogen. Die Innenwand jedes Kanals ist glasiert. Die Glasurschicht
wurde wie.folgt gebildet: Der Block wurde in eine wässrige Aufschlämmung der folgenden Zusammensetzung getaucht:
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16 | Gew. -56 |
12 | η |
12 | W |
60 | H |
Feinstgemahlene Tonerde
Natriumsllicat (Si02/Na20 = 2s1*
48 Gew.-# Natriumsilicatfeststoffe) Zirkonfritte
Wasser
Natriumsllicat (Si02/Na20 = 2s1*
48 Gew.-# Natriumsilicatfeststoffe) Zirkonfritte
Wasser
Der Block wurde dann getrocknet, in eine 40#ige wässrige
Aufschlämmung der Zirkonfritte getauoht, getrocknet und
gebrannt.
Im Betrieb strömt das Gas durch die Leitung 5, die Verteilerleitung 4» das Material 1 und duroh die Schicht 2
und mischt sich unmittelbar über der Brenneroberflache
mit Luft, die in den Röhren 6 nach oben strömt. Das in dieser Weise gebildete brennbare Gemisch verbrennt wirksam,
vollständig und sauber.
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Claims (8)
1) Verfahren zur Herstellung von stark durchlässigen Materialien, die an wenigstens einer Oberfläche mit
einer undurchlässigen Schicht versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Oberfläche des stark
durchlässigen Materials eine zusammenhängende feinporige Schicht aufbringt, auf die zusammenhängende feinporige
Schicht ein schmelzbares Überzugsmaterial aufträgt und das so "behandelte Werkstück trocknet und bei einer
Temperatur, bei der das schmelzbare Überzugsmaterial eine geschlossene undurchlässige Schicht bildet, brennt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhängende feinporige Schicht aus feinteiligem
Material, das aus einer Aufschlämmung auf säugfähiges Material, z.B. feinporigem Schaumstoff oder Papie. „■
aufgetragen wird, gebildet wird·
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man ein Modell aus organischem Schaumstoff bildet, eine Oberfläche des organischen Schaumstoffs
mit einem saugfähigen Material bekleidet, den Schaumstoff mit dem aufgebrachten saugfähigen Material mit
einer Aufschlämmung eines keramischen Materials imprägniert, überschüssige Aufschlämmung entfernt und durch
Erhitzen des Werkstücks einen Körper aus stark durchlässigem Material bildet, der an einer Oberfläche mit
einer zusammenhängenden feinporigen Schicht bedeckt ist.
4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man die zusammenhängende feinporige Schicht bildet, indem man eine Aufschlämmung von Fasern durch ein stark
• durchlässiges Material filtriert und hierbei eine Faserschicht
auf eine Oberfläche aufbringt und die Faserschicht mit einem keramischen Schlicker behandelt und
den Formkörper erhitzt.
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-11 - 23017«* .
5) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet,
daß als schmelzbares Überzugsmaterial eine Glasur aufgebracht wird.
6) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als stark durchlässiges Material ein Werkstoff mit
Schaumstruktur verwendet wird.
7) Verfahren zur Herstellung eines Gasbrennerblocks, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Modell aus organischem
Schaumstoff in der Form eines Blocks bildet, der an einer Seite aus feinporigem Schaum besteht und von
Kanälen durchzogen ist, die Kanäle mit saugfähigem Material bekleidet, den Schaumstoff mit einer Aufschlämmung
von keramischem Material imprägniert, überschüssige Aufschlämmung entfernt, den Block trocknet und brennt,
die Wände der Kanäle und wenigstens eine Oberfläche des Blocks mit einer feinporigen Oberfläche versieht, eine
Glasur aus einem Schlicker auf die feinporige Oberfläche und die Innenwände der Kanäle aufbringt und den
Block trocknet und bis zu einer Temperatur brennt, die genügt, um die Glasur zu einem undurchlässigen Überzug
zu verschmelzen.
8) Gasbrennerblock, bestehend aus einem Block (1) aus porösem keramischem Material, das an wenigstens einer
Oberfläche undurchlässig gemacht ist, Mitteln(4, 5) zur Zuführung von Gas zum Block (1) und einerVielzahl
von Röhren (6), die undurchlässige Wände aufweisen und von der abgedichteten, undurchlässigen Oberfläche des
Blocks (1) durch den Block führen und sich zur gegenüberliegenden, nicht verschlossenen Oberfläche des
Blocks Öffnen.
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