DE2301741A1 - Verfahren zur herstellung von stark durchlaessigen materialien - Google Patents

Verfahren zur herstellung von stark durchlaessigen materialien

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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
Verfahren zur Herstellung von stark durchlässigen Materialien
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.
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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
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)

Pat entansprüche
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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