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Verfahren zur Orientierung von Teilchen in einer Matrix-Phase Die
Errindung-betriRrt ein Verfahren zur Orientierung von Teilchen in einer Matrix-Phase
gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Die Erfindung befasst sich mit einem Verrahren zur Orientierung von
Teilchen in Fluiden, insbesondere die Herstellung von anisotropen Glaskeramiken.
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Viele Materialien, einschließlich bestimmter Gläser, können als wesentlich
homogene Matrix-Phase betrachtet werden, in der asymmetrisch gestaltete Teilchen
eingebettet sind. Bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung derartiger Materialien
sind die asymmetrischen Teilchen in-der Matrix-Phase zufallsmäßig bzw. statistisch
orientiert. Es ist Jedoch bekannt, daß die physikalischen Eigenschaften von vielen
derartigen Materialien durch eine Ausrichtung dieser Teilchen modifiziert werden
können. So läßt sich insbesondere durch eine Orientierung der Teilchen in vielen
Materialien dem orientierten Material
eine bemerkenswerte mechanische
Festigkeit geben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu schaffen, das zur Orientierung von Teilchen in einer Matrix-Phase dient. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst.
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Die Erfindung beruht auf der Auffindung eines Verfahrens zur Orientierung
von Teilchen, das bei Glas oder anderen Materialien zur Anwendung kommen kann, welche
orientierbare asymmetrisch geformte Teilchen enthalten.
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Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Orientierung von Teilchen
in einer Matrix-Phase geschaffen, bei dem ein Fluid, das eine Matrix-Phase mit darin
enthaltenen asymmetrisch geformten Teilchen enthält, in eine Orientierungszone eingeführt
und aus dieser Orientierungszone in zumindest einem Strom abgeführt wird, wobei
das Strömungsmuster in der Orientierungszone derart gewählt ist, daß im Symmetriezentrum
der Zone im wesentlichen keine Bewegung der Fluidmoleküle stattfindet, daß jedoch
eine erhebliche Strömung der Matrixmoleküle in denjenigen Bereichen der Orientierungszone
stattfindet, die sich entfernt vom Symmetriezentrum befinden, wobei diese Matrixmoleküle
parallel zu der Bewegungsrichtung der die Orientierungszone verlassenden Fluidströmung
fließen, so daß irgendwelche asymmetrisch geformten Teilchen in dem strömenden Fluid
parallel zur Bewegungsrichtung der die Orientierungszone verlassenden Strömung ausgerichtet
werden.
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Wenn die Anordnung derart getroffen ist, daß eine einzelne Fluidströmung
die Orientierungszone verläßt, erhält man zusätzlich zu der vorstehend erwähnten
ausgedehnten Strömung der Matrixmolekllle eine rotierende bzw. kreisförmige Strömung
der Moleküle, wobei die Drehung um die Strömungsrichtung
als Achse
verläuft. In einigen Systemen wirkt sich diese Drehkomponente der Strömung nicht
nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften des orientierten Materials aus, wobei
dies von der genauen Geometrie der zu orientierenden asymmetrischen Teilchen abhängt.
In den meisten Fällen ist jedoch eine derartige Drehbewegung unerwUnscht, so daß
gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung das Fluid von der Orientierungszone
in zumindest zwei einander entgegengesetzten Strömungen entfernt wird. Unter diesen
Umständen verläuft die ausgedehnte Strömung der Matrixmoleküle parallel zur Bewegungsrichtung
der entgegengesetzten Ströme, wobei jedoch im wesentlichen keine Drehströmung der
Matrixmoleküle auftritt und die asymmetrisch gestalteten Teilchen dann streng parallel
zur Bewegungsrichtung der einander entgegengesetzten Strömungen ausgerichtet werden.
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In Fällen, bei denen die Anwesenheit einer axialen Drehströmung in
den Matrixmoiekülen in Kauf genommen werden kann, lassen sich befriedigende Strömungsmuster
für das Fluid bei einer ähnlich aufgebauten, jedoch gegenüber der vorstehend beschriebenen
einfacheren Anordnung erreichen, in der einer der Auslässe mit Absicht zugesetzt
oder von einer Ablenk- bzw. Reflexionsplatte ersetzt ist, wobei das Material in
einer einzigen Strömung durch den einen Auslaß entfernt wird.
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Die Erfindung kann dadurch verwirklicht werden, daß man das Fluid
in die Orientierungszone durch irgendeine geeignete Einrichtung einführt und das
Fluid entsprechend der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung über die Bohrungen
von zwei einander gegenüberliegender Düsen bzw. Strangpreßformen abführt, die im
Abstand voneinander angeordnet sind. Diese Düsen können so angeordnet sein, daß
ihre Bohrungen in einer gemeinsamen Achse verlaufen. Auf diese Weise kann das Fluid
von der Orientierungszone in zwei zueinander entgegengesetzt verlaufenden Strömungen
entfernt werden.
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Es wurde festgestellt, daß die ausgedehnte, für das erfindungsgemäße
Orientierungsverfahren charakteristische Strömung nicht in der Bohrung der Düsen
selbst stattfindet, sondern in dem Raum zwischen den Düsen. Es ist daher wesentlich,
eine ausgedehnte d. h. erhebliche Strömung in dem Raum zwischen den Düsen sicherzustellen.
Es zeigte sich, daß die Wahl eines geeigneten Abstands zwischen den Öffnungen der
Düsen in diesem Raum geeignete Strömungsmuster gewährleistet. Dies bedeutet, daß
im Symmetriezentrum, das genau in der Mitte zwischen den beiden Öffnungen liegt,
im wesentlichen überhaupt keine Molekularbewegung stattfindet, daß jedoch die erwünschte
Art der Molekularbewegung in den Bereichen zwischen diesem Symmetriezentrum und
den Öffnungen der einzelnen Düsenbohrungen entsteht.
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Im praktischen Versuch zeigte es sich, daß eine gewisse Orientierung
unabhängig von dem genauen Abstand zwischen den Öffnungen der beiden Bohrungen stattfindet.
Wenn Jedoch eine lohnende Orientierung erzielt werden soll, insbesondere in Nachbarschaft
zur Symmetrieachse, sollte üblicherweise der Abstand zwischen den Öffnungen der
Bohrungen nicht größer sein als der zehnfache Bohrungsdurchmesser. Mit zunehmender
Verminderung des Abstands zwischen den Öffnungen - bezogen auf den Durchmesser derselben
- verbessert sich das Ausmaß der Orientienng. Man erhält üblicherweise optimale
Ergebnisse, wenn der Abstand zwischen den Bohrungen zwischen dem 0,1- und Zweifachen
des Bohrungsdurchmessers der Düse liegt. Ganz besonders gute Ergebnisse wurden bei
Verwendung einer Orientierungszone zwischen den Düsenöffnungen von quadratischer
Gestaltung erhalten, wenn der Abstand zwischen den Öffnungen gleich dem Durchmesser
derselben ist.
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Für den Normalfalle erweisen sich Düsenbohrungen mit einem kreisförmigen-Querschnitt
als am zweckmäßigsten. Diese Ausgestaltung
ist Jedoch nicht wesentlich,
so daß auch quadratische, rechteckförmige und anders gestaltete Querschnitte verwendet
werden können. Im Normalfalle ist es zweckmäßig, wenn beide Düsen eine Bohrung mit
gleichem Durchmesser aufweisen. Eine derartige Wahl der Düsen ist jedoch nicht notwendig,
wobei in denjenigen Fällen, in denen die Bohrungen der Düsen eine unterschiedliche
Größe aufweisen, der Abstand zwischen den Öffnungen entsprechend dem mittleren Durchmesser
der beiden Bohrungen berechnet werden sollte.
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Die absolute Größe der Bohrungen ist nicht kritisch. Die Größe der
Bohrung läßt sich in einfacher Weise unter Bezugnahme auf die geplante Endverwendung
des orientierten Materials auswählen. Wenn daher Stäbe oder Stangen aus dem orientierten
Material gebildet werden soll, wird man die Bohrung mit einem kreisförmigen oder
quadratischen Querschnitt wählen und mit einem Durchmesser von 5 - 50 mm oder mehr.
Wenn andererseits aus dem orientierten Material Fasern erzeugt werden sollen und
das die Orientierungszone verlassende Material weiter gedeD-F bzw. gezogen werden
soll, wird man einen Durchmesser von 0,5 - 5 mm oder darunter wählen.
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Die vorstehenden Ausführungen bezogen sich auf die Verwendung eines
Paares von einander gegenüberliegenden Düsen zur Erzeugung zweier aus der Orientierungszone
in entgegengesetzter Richtlxng herausführender Strömungen. Es ist Jedoch auch möglich,
das Fluid aus der Orientierungszone in mehr als zwei Strömungen herauszuführen.
Dies kann dadurch erfolgen, daß man das Fluid in verschiedenen Paaren von einander
entgegengesetzten Strömungen herausführt oder auch in bestimmten Fällen, indem man
für zwei parallele Fluidströmungen einen Abgleich durch eine einzige Fluidströmung
erzeugt, die in entgegengesetzte Richtung verläuft. Wenn das Fluid in verschiedenen
Paaren von entgegengesetzt zueinander verlaufenden Strömungen entfernt
werden
soll und verschiedene Paare von einander gegenUberliegenden Düsen verwendet werden,
lassen sich diese Düsen so anordnen, daß ihre Öffnungen auf einer gemeinsamen Kugelfläche
liegen.
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Es zeigte sich des weiteren, daß man die gleiche Art von Strömungsmustern
in einer Orientierungszone erzeugen kann, die von zwei Paaren einander im Abstand
gegenüberliegender Walzen begrenzt ist, wobei das die zu orientierenden Teilchen
enthaltende Fluid in die Zone zwischen einem ersten Walzenpaar und zwischen einem
zweiten Walzenpaar eingeführt wird und wobei das Fluid von der Orientierungszone
zwischen einer Walze des ersten Walzenpaares und der benachbarten Walze des zweiten
Walzenpaares und zwischen der anderen Walze des ersten Walzenpaares und der zu ihr
benachbarten Walze des zweiten Walzenpaares abgeführt wird.
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Jedes Walzenpaar sollte bezüglich seiner Walzen als auch bezüglich
der Walzen des gegenüberliegenden Walzenpaares symmetrisch sein. Dies bedeutet,mit
anderen Worten ausgedrückt, eine Anordnung der Walzen auf parallelen Achsen, eine
Ausbildung mit ähnlichem Durchmesser und eine Anordnung in äquidistanten Abständen,
so daß die Mittelpunkte der vier Walzen an den vier Ecken eines Quadrates liegen.
Der Orientierungseffekt läßt sich Jedoch auch mit asymmetrischen Konfigurationen
der vier Walzen erzielen, beispielsweise durch Anordnung ihrer Mittelpunkte an den
Ecken eines Rhombus oder durch eine Verwendung von nicht parallelen Achsen für die
Walzen.
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Die genaue Größe der Walzen und ihr gegenseitiger Abstand sind nicht
kritisch, wobei entsprechende Uberlegungen auch für diese Ausführungsform gelten,
wie für die Dimensionierung der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, bei
der Düsen verwendet sind.
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Wie im Falle der mit Düsen versehenen Ausführungsform muß die Einführung
des Fluids in die Orientierungszone und die Entfernung desselben aus dieser nicht
notwendigerweise in zwei Strömungen erfolgen. Durch eine geeignete Abwandlung der
Walzenzahl und der Walzenanordnung kann die Einführung des Fluids in die Orientierungszone
und die Abführung desselben aus dieser auch in einer Strömung oder in mehr als zwei
Strömungen erfolgen. Zusätzlich zu der Anordnung, bei der vier Walzen verwendet
werden, lassen sich andere Mehrfachwalzenanordnungen, bei denen benachbarte Walzen
im entgegengesetzten Sinne rotieren, auch zur Erzeugung von ausgedehnten Strömungsfeldern
verwenden. So können beispielsweise sechs Walzen verwendet werden, deren Mittelpunkte
an den Ecken eines Sechsecks liegen, oder acht Walzen, deren Mittelpunkte an den
Ecken eines Achtecks liegen.
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Ob man eine Anordnung mit Düsen oder eine Anordnung mit Walzen verwendet,
hängt im Normalfalle davon ab, zu welchem Produkt das orientierte Material geformt
werden soll. Wenn das orientierte Material in Stab- oder Rohrform anfallen soll,
sollte man die Technik mit den Düsen verwenden, während in denjenigen Fällen, in
denen das orientierte Material in Bogen-bzw. Platten- oder Filmform anfallen soll,
die Technik mit den ,Walzen verwendet werden sollte.
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Die G>schwindigkeit, mit der das Fluid in die Orientierungszone
eiiigeführt oder aus dieser entfernt wird, ist ebenfalls nicht kritisch. Sie hängt
in erster Linie von der Art des zu orientierenden Fluids ab und von dem Verfahren,
das für die Einleitung des Fluids in die Einlaßströmung oder -strömungen und für
die Entfernung aus der Zone verwendet wird.
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Im Prinzip läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Orientierung
von irgendwelchen asymmetrisch gestalteten Teilchen
verwenden, die
in einer strömenden Matrixphase transportiert werden. Ein Bereich von großer praktischer
Wichtigkeit ist die Orientierung von Zweiphasenglas. Es sind nunmehr viele Gläser
erhältlich, die kristallisieren. Ein derartiges Glas wird von den Corning Glass-Fabriken
hergestellt und trägt die Bezeichnung Corning 119 SCR. Dieses Glas kristallisiert
zu einer Glaskeramik, welche als Haupt-kristalline-Phase Fluorphlogopit (fluorophlogopite),einen
Glimmer, enthält. Das kristallisierte Glas ist unter der Bezeichnung Corning Code
9658 erhältlich. Ein anderes derartiges Glas ist Corning 119 MCY, das ebenfalls
zu einer Glaskeramik kristallisiert, in der Fluor-Magnesium-Richterit, ein Asbest,
die Haupt-kristalline-Phase bildet. Diese Glimmer- und Asbestteilchen sind asymmetrisch
geformt. Indem man sie in dem kristallinen Produkt mit einer bevorzugten Ausrichtung
anbringt, läßt sich eine anisotrope Glaskeramik erhalten, die außerordentlich gute
mechanische Eigenschaften aufweist. Diese Materialien können nach einem Extrudieren
zu orientierten Stäben mittels herkömmlicher Glasfaser-Ziehtechniken bis zu Durchmessern
ausgezogen werden, die in einem Bereich zwischen 10 und lOO<m liegen. Dies liefert
Glasfasern mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften.
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Die Erfindung läßt sich außer zur Orientierung des vorstehend beschriebenen
Zweiphasenglases auch für die Herstellung von polarisierenden photochromen Gläsern
verwenden. Die photochromen Eigenschaften beruhen auf dem Silberhalogenid oder anderen
Kristallen oder Teilchen im Glas. Diese Kristalle oder Teilchen haben eine Gestalt,
die annähernd abgeplatteten Sphäroiden entspricht, welche so orientiert werden können,
daß sie ein Glas liefern, das seine photochromen Eigenschaften behält und darüber
hinaus polarisierend wirkt.
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Eine weitere Art von einem Material, das mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren
behandelt werden kann, ist eine Zweiphasenmischung mit asymmetrisch gestalteten
Kristallen oder anderen in einer Matrix eingebetteten Teilchen, welche in der Lage
sind, Wellenlängen hindurchzulassen, die größer sind als diejenigen des sichtbaren
Lichts, d. h. Wellenlängen von beispielsweise von mehr als 100/um. Die Orientierung
dieser Kristalle und Teilchen kann zu einem Material führen, das in der Lage ist,
eine derart langwellige Strahlung zu polarisieren.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet für die Erfindung ist die Herstellung
von polykristallinen Lasern. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt lassen sich bestimmte Lasermaterialien
lediglich in Form von sehr kleinen Kristallen züchten. Indem man diese kleinen Laserkristalle
in eine transparente Matrix verteilt, die üblicherweise aus Glas besteht, und indem
man die Kristalle in der Matrix orientiert, läßt sich eine Lichtverstärkung erreichen,
welche derjenigen entspricht, wie man sie von einem langen einzigen Kristallaser
erhalten würde.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet für die Erfindung bildet die Herstellung
von kristallisierten Glimmer-Glas-Keramik-Folien bzw.
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-Platten. Zufallsorientierte kristallisierte Folien oder Platten haben
Bruch-Oberflächen-Energien, die für Keramiken be-X enswert hoch sind und für das
Material Corning 9654 bei 40 ^00 Erg/cm2 liegen. Die Herstellung von orientierten
Folien bL.- Platten aus diesen Materialien mittels der beschriebenen Walzen verwendenden
Technik zeigt eine bemerkenswerte Anisotropie in der Bruch-Oberflächen-Energie mit
bemerkenswert größeren Bruch- Oberflächen-Energien für Sprünge, die sich senkrecht
zur Ebene der Platte ausdehnen, wenn die Spaltebenen bzw. Schieferungsebenen der
Glimmerkristalle parallel zu der Platte bzw. der Folie orientiert sind.
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Die Erfindung läßt sich auch auf andere Materialien anwenden, die
orientierbare asymmetrisch geformte Teilchen enthalten,
wie die
sog. "Superlegierungen" die Aluminium enthaltende feste Lösungen auf Nickelbasis
sind, wobei die orientierbaren asymmetrisch gestalteten Teilchen entweder die Nickel,/Aluminium-Verbindung
Ni5Al sind oder von dieser herstammen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Orientierung von kurzen
Fasern aus anorganischen Materialien in einer Metall-oder Plastikmatrix, beispielsweise
Asbestfasern in einer Nickelmatrix verwendet werden, um den Gegenständen gute mechanische
Eigenschaften zu geben. Eine Anwendung des Verfahrens auf Ferrite oder andere Kristalle
kann zur Erzeugung von Mikrowellensendern bzw. Mikrophonen führen, wobei die Erfindung
ein alternatives Verfahren darstellt, um eine Übertragung sicherzustellen, die sich
mit bestehenden elektrischen Verfahren vergleichen läßt.
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Zusätzlich zu einer Orientierung von rein anorganischen Materialien
läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Orientierung von Teilchen verwenden,
die von organischen Materialien mitgeführt sind. In diesem Zusammenhang wird auf
die Behandlung von Wismuthtellurid enthaltenden Kunststoffmaterialien verwiesen,
auf die Behandlung von Pech zur Orientierung der Graphitteilchen und auf die Behandlung
von organischen Polymeren. Vorstehend war lediglich auf die Behandlung von Flüssigkeiten
Bezug genommen worden. Die Erfindung läßt sich jedoch auch auf eine Behandlung von
irgendwelchen fluidartigen Materialien anwenden, einschließlich Gasen, welche orientierbare
asymmetrisch geformte Teilchen enthalten.
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Die beiliegenden Zeichnungen, welche bevorzugte Ausführungsbeispiele
von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen dienen
der weiteren Erläuterung der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung von einer Strangpresse.
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Fig. 2 zeigt einen vertikalen Schnitt längs der Linie X-X durch die
Mittellinien der Düsen.
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Fig. 3 zeigt in Vertikalansicht eine Walzenanordnung.
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Zunächst soll auf die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform
eingegangen werden. Das Gerbt enthält allgemein zwei Düsenhalterungseinsätze 10
und 11, welche Düsen 21 und 22 haltern,sowie Einlaßrohre 12 und 13 und Auslaßrohre
14 und 15.
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Kolben 16 sind so angeordnet, daß sie in den Einlaßrohren 12 und 13
einen Druck erzeugen. Die Düsen 21 und 22 enthalten jeweils eine Mittelbohrung 18
und 19, die auf einer gemeinsamen Achse liegen und zu den Auslaßrohren 14 und 15
führen. Die Düsen 21 und 22 erstrecken sich jeweils zum Teil in die Einlaßrohre
12 und 13. Die Düsen weisen einen derartigen Abstand voneinander auf, daß eine Orientierungszone
20 zwischen ihnen ver--bleibt. Das gesamte Gerät ist im Inneren eines elektrischen
Induktionsofens angeordnet, der in der Zeichnung nicht darge--stellt ist, sowie
zwischen dem Querjoch und der Grundplatte eines Untersuchungsgeräts für die mechanischen
Eigenschaften, .s ebenfalls nicht dargestellt ist.
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nto Zemperatur im Gerät wird mittels eines nicht dargestellten onftschen
Pyrometers gemessen.
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Die Beschickung des Gerätes erfolgt durch Einsetzen von Glasstäben
in die Einlaßrohre 12 und 13, wobei der horizontal verlaufende Glasstab aIi den
notwendigen Stellen mit Einsenkungen versehen ist, so daß die Düsen in die Einlaßrohre
12 und 13 teilweise vorstehen können. Das gesamte Gerät wird dann durch die Zufuhr
von Induktionswärme auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um das Glas bei
Druckeinwirkung fließen zu
lassen, worauf von den Kolben 16 auf
das schmelzflüssige Glas eine Kraft ausgeübt wird, welche das schmelzflüssige Glas
in die Orientierungszone 20 und von dort durch die Öffnungen der Bohrungen 18 und
19 hindurchdrückt. Ein dünner Strahl des schmelzflüssigen orientierten Fluids wird
dann durch die Auslaßrohre 14 und 15 abgeführt und nach einem Erkalten Versuchen
zur Feststellung seiner mechanischen Eigenschaften unterzogen.
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Fig. 3 zeigt in Vertikalansicht eine geeignete Anordnung von Walzen
30, 31, 32 und 33, die sich um Achsen 34, 35, 36 und 37 in die mit Pfeilen angezeigtenRichtungen
drehen können. Die vier Walzen haben identische Durchmesser. Sie sind symmetrisch
zueinander angeordnet. Die Orientierungszone 39 wrd zwischen den Walzen 30, 31,
32 und 33 gebildet, wobei das Symmetriezentrum 40 der Orientierungszone derjenige
Punkt ist, an dem im wesentlichen keine molekulare Bewegung stattfindet. Das zu
orientierende Fluid 38 kann in die Zone 39 durch den Walzenspalt zwischen den Walzen
30 und 31 und durch den Walzenspalt zwischen den Walzen 32 und 33 eingeführt werden.
Die beiden aufeinander in der Zone 39 auf treffenden Fluidstromungen verlassen die
Zone 39 durch den Walzenspalt zwischen den Walzen 30 und 33 bzw. den Walzenspalt
zwischen den Walzen 31 und 32. Ein derartiger Betrieb der Vorrichtung liefert die
erwünschte ausgedehnte bzw. starke Strömung der Matrixmoleküle parallel zu den Richtungen
der entgegengesetzt zueinander verlaufenden Ströme.
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Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
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Beispiel I Dieses Beispiel wurde mit dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Gerät durchgeführt. Der Behälter, der Kolben und die Rohre bzw.
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Leitungen sowie die Düsenhalterungseinsätze waren aus korrosionsfestem
Stahl
gefertigt, während die Düsen selbst aus pyrolytischem Graphit bestanden. Als Glas
wurde Corning 119 SCR verwendet, das in Form von gegossenen Glasstäben bzw. Barren
in die Einlaßrohre eingeführt wurde. In dem horizontal verlaufenden Glasstab wurden
vorher mittels eines Ultraschall-Bearbeitungsgerätes Vertiefungen für die Anordnung
der Düsen angebracht. Das gesamte Gerät wurde in dem Induktionsofen erhitzt und
die Kolben wurden unter Druck gesetzt. Hierdurch wurden zwei Glasstäbe mit 1 mm
Durchmesser bei 950°C stranggepreßt, wobei eine Dehnungsgeschwindigkeit zwischen
den Düsen von 165 sei 1 verwendet wurde. Es wurde ein teilweise kristallisiertes
Glas-Keramik-Material erzeugt. Das Material wurde zur Bildung eines Laue-Diagramms
mittels Röntgenstrahlen durchleuchtet. Desweiteren wurden polierte und geätzte Querschnitte
durch Abtastung mit dem Elektronenmikroskop untersucht. Diese Versuche zeigten,
daß die Fluorphlogopit-Platten streng parallel zu der Strangpreßrichtung ausgerichtet
waren. Es zeigte sich, daß die Fluorphlogopit-Kristalle in der monoklinen 1M polymorphen
Form vorlagen und nicht in der hexagonalen 3T-Form, wie dies bisher berichtet wurde.
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Die extrudierten Stäbe aus orientiertem Material wurden mittels herkömmlicher
Faserziehtechniken auf Durchmesser von 50/um oder darunter gezogen bzw. verstreckt.
Eine weitere Untersuchung der vorstehend beschriebenen Art zeigte, daß die Orientierung
der Fluorphlogopit-Kristalle in diesen gestreckten Fasern beibehalten war, deren
Durchmesser annähernd dem Fünffachen des Durchmessers der Fluorphlogopit-Kristalle
entsprach.
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Zinke Glühbehandlung des orientierten Materials bei 9500C führte zu
einer vollständigen Kristallisation, wenn eine Kristallisationskeimbildung der unorientierten
Kristalle stattfand.
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Es wurden bestimmte mechanische Eigenschaften der nach dem vorstehend
beschriebenen Verfahren erhaltenen Materialien gemessen und mit denjenigen von Grünglas
verglichen, d. h. vor Orientierung und Kristallisation, sowie mit einem in zufallsmäßiger
Orientierung kristallisierten Glas, das kommerziell erhältlich ist. Die folgende
Tabelle gibt diese Ergebnisse wieder:
| Material Volumenanteil der tYoung'scher scher |
| Haupt-krlstallinen- Modul |
| Phase (bar) |
| Grünglas 0 0,58 |
| 0,61 |
| orientiertes Glas 7,5 x 10-3 0,53 |
| o,63 |
| 0,81 |
| vollständig zufalls- 0,59 |
| mäßig kristallisiertes 0,62 |
| Glas (Corning Code |
| 9658) 0,6 (veröffentlich- 0,68 |
| ter Wert) |
Die Kristallorientierung erzeugt ferner eine deutliche Verbesserung der Bruchbeanspruchung
bzw. Bruchspannung. So nahm beispielsweise die Zerreißfestigkeit für einen Stab
mit 1 mm Durchmesser, bei dem die mit einem Volumenanteil von 10 2 vorhandenen Glimmerkristalle
parallel zur Achse ausgerichtet waren, die Zerreißfestigkeit von 0,22 Kbar für Grünglas
auf 0,61 bis 0,74 Kbar zu. Dieser Wert ist vergleichbar mit demjenigen Wert von
0,69 Kbar, den man bei einem 0,5 Volumenanteil von zufallsmäßig orientierten Kristallen
erhält.
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Eine Mikrohärteprüfung nach Knoop zeigte, daß die sich auf polierten
Quer- und Längsschnitten des orientierten stranggepreßten 1 mm Glasstabs ergebenden
Einkerbungen Längenunterschiede aufwiesen, die nahezu bei einem Faktor von 2 lagen.
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Man erhielt bei Verwendung einer 100 g-Belastung in einem GKN-Mikrohärteprüfungsgerät
Kerben mit einer Länge von 0,15 + 0,08 mm bei Querschnitten im Vergleich zu 0,26
+ 0,06 mm bei Längsschnitten, wobei diese im zuletzt genannten Falle unabhängig
von der Orientierung der Kerbe waren. Das Restglas enthält einen hohen Borgehalt
und neigt zu einer offenen Struktur. Wenn man annimmt, daß es als Folge hiervon
unter Einwirkung eines hydrostatischen Drucks leicht komprimiert werden kann, lassen
sich die Ergebnisse der Härteversuche als Widerstand gegen eine Komprimierung parallel
zur Orientierung der Glimmerplatte erklären.
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Beispiel II Der in Beispiel I beschriebene Vorgang wurde wiederholt,
wobei man gegossene Glasstäbe bzw. -barren von Corning Glas 119 MCY verwendete und
das Glas bei einer Temperatur von 10000C mit einer Dehnungsgeschwindigkeit zwischen
den Düsen von 1,65 sek strangpreßte. Eine Untersuchung des Glases mit dem in Beispiel
I erwähnten Verfahren zeigte, daß die Stäbe von Fluormagnesium-Richterit (fluor-magnesio-richterite)
wesentlich parallel zur Richtung des Strangpressens ausgerichtet waren. Die Fluoramphibole
(fluoramphiboles) sind nadelförmige Kristalle mit monoklincr Struktur. Diese Kristalle
sind zwar klein, trotzdem zeigen sie das nadelförmige Verhalten, wobei das Längenverhält
nis ungefähr 5 : 1 beträgt. Die mechanischen Eigenschaften des Glases im Vergleich
zu dem Grünglas und im Vergleich zu dem zufallsmäßig kristallisierten Glas sind
aus folgender Tabelle ersichtlich:
| Material Volumenanteil der 1 Young'scher |
| Haupt-kristallinen- Modul - |
| Phase (Mbar) |
| Grünglas 0 1,20 |
| 1,25 |
| orientiert-kristallisier- annähernd 1,43 + |
| tes Glas 3 x wo 2 während |
| des Strangpressens |
| + 0,65 1,74 + |
| während des an- |
| schließenden Glüh- |
| vorgangs bei 10000C |
| zufallsmäßig kristalli- annähernd 0,7 1,25 |
| siertes Glas 1,25 |
| 1,66 |
+ Wenn die angelegte Belastung zunimmt, zerbröckelt das nichtkristalline Material
und die Neigung der Krümmungs-Spannungs-Kurve nimmt allmählich ab, bis bei einer
Belastung in der Größenordnung von 100 bar ein Bruch auftritt.