DE2605949B2

DE2605949B2 - Brennhilfsmittel mit verbesserter Temperaturwechselbeständigkeit

Info

Publication number: DE2605949B2
Application number: DE19762605949
Authority: DE
Inventors: Ludwig 8905 Mering Klopfer; Emil Karl Dipl.-Chem. Dr.-Ing. Koehler; Hans Petschauer
Original assignee: Kwm Keramik-Werk Mering & Co Kg 8905 Mering GmbH; VEREINIGTE GROSSALMERODER THONWERKE 3432 GROSSALMERODE
Current assignee: Vgt Ag 3432 Grossalmerode De Kwm Keramik-Werk Me
Priority date: 1976-02-14
Filing date: 1976-02-14
Publication date: 1978-07-13
Also published as: DE2605949C3; NL7701550A; JPS5298717A; GB1554786A; FR2457266A1; DE2605949A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennhilfsmittel mit verbesserter Temperaturwechselbeständigkeit, insbesondere eine Platte für den Brand keramischer Formlinge in einem Schnellbrandofen, aus einer gemischten, geformten, getrockneten und schließlich gebrannten Ausgangsmasse, die aus einem mengenmäßig überwiegenden Rohstoff, einem Zuschlagsstoff und einem Bindemittel besteht Die Erfindung zeigt gleichzeitig ein Verfahren zur Herstellung von Brennhilfsmitteln mit verbesserter Temperaturwechselbeständigkeit.

Der Brand keramischer Formlinge, insbesondere feinkeramische Erzeugnisse, erfolgt bei Temperaturen zwischen 900 und 1500° C. In Abhängigkeit von der jeweiligen Brenntemperatur kommen dabei Brennhilfsmittel auf Schamotte, Cordierit-, Sillimanit-, Korund-, Mullit-, Zirkonsilikat- und SiC-Basis sowie Kombinationen dieser Rohstoffe mit unterschiedlichen Bindungen zum Einsatz. Diese Brennhilfsmittel zeichnen sich, bedingt durch spezielle Herstellverfahren, Körnungsmaßnahmen. Brennweisen usw. durch relativ gute Temperaturwechselbeständigkeit aus. Bei einigen Rohstoffen, wie z. B. Cordierit und SiC, kommt noch die niedrige Wärmedehnung bzw. die ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit hinzu. Die Verbesserung der Eigenschaftsdaten von derartigen Brennhilfsmitteln kann nur unter Berücksichtigung der vorerwähnten physikalischen Daten erfolgen.

Gemäß der US-PS 33 42 615 wird vorgeschlagen, zur Erhöhung der Oxydationsbeständigkeit des Siliciumcarbids geringe Mengen kristalliner Kieselsäure in feinster Form zuzusetzen. Quarzgut und Quarzglas besitzt jedoch keinen kristallinen, sondern einen röntgenamorphen Aufbau. Kieselsäure in kristalliner Form und in sehr feiner Körnung zwischen 0,074 mm und 0,044 mm ist für die Herstellung von Brennhilfsmitteln mit verbesserter Temperaturwechselbeständigkeit ungeeignet.

Für die Herstellung von säurebeständigen Geräten für den Chemiker, insbesondere für kleine Tiegel, Schalen und Becher wird Quarzglas eingesetzt, welches durch Schmelzfließen in die entsprechende Form gebracht wird. Quarzglas ist ein durchsichtiges klares, erst bei 1720⁰C schmelzendes Glas der Dichte 2—2,2. Es besitzt einen äußerst geringen TemperaturausdehnungskoefFizienten. Quarzgut ist ein trübes undurchsichtiges Kieselsäureglas mit Verunreinigungen. Es besitzt ebenfalls einen äußerst geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine Dichte von 2—2,2. Obwohl es seit langem bekannt ist, daß Quarzgut und Quarzglas sehr kleine Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, ist die Verwendung von Quarzgut allein oder in Verbindung mit keramischen Rohstoffen für die Herstellung von Brennhilfsmitteln nicht bekannt Dies liegt in erster Linie daran, daß Quarzgut oder Quarzglas sowie Mischungen daraus mit anderen Zuschlagsstoffen, wobei Quarzgut oder Quarzglas einen merklichen Antei' stellt, eine relativ niedrige Heißbiege- und Druckfestigkeit aufweisen. Hinzu kommt, insbesondere bei Mischungen, die niedrige median'sehe Festigkeit, die anscheinend einen Einsatz als Brennhilfsmittel bislang ausgeschlossen hat Wesentlich ist weiterhin das . in der Fachwelt bestehende Vorurteil, daß Brennhilfsmittel unter Einsatz von Quarzgut oder Quarzglas als Rohstoff nicht zu vernünftigen Ergebnissen führen können, weil durch die bekannte Rekristallisation des Quarzgutes Cristobalit und Tridymit solche Stoffe entstehen, bei deren Aufheizung oder Abkühlung hohe reversible Ausdehnungseffekte auftreten, so daß mit diesem Rohstoff hergestellte Brennhilfsmittel von

so vornherein für schnelle Temperaturwechsel nicht verwendungsfähig erscheinen. Außerdem lassen sich reine Quarzgutplatten mit ausreichender Festigkeit nach Ansicht der Fachwelt nur im- Schmelzflußverfahren herstellen; damit ist einer rentablen Fertigung von vornherein der Boden entzogen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Brennhilfsmittel mit verbesserter Temperaturwechselbeständigkeit aufzuzeigen, die insbesondere in modernen Brennaggregaten einsetzbar sind und eine große Anzahl von Durchgängen in diesen Brennaggregaten ohne Bruch ermöglichen.

Erfindungsgemäß kennzeichnet sich das Brennhilfsmittel der eingangs beschriebenen Art dadurch, daß der Rohstoff insbesondere Schamotte, Cordierit-bildende oder -haltige Stoffe, Sillimanit, SiC oder eine Kombination dieser Stoffe ist und der Zuschlagsstoff Quarzgut oder Quarzglas ist, dessen Gewichtsanteil etwa 5—50% beträgt. Das Ouarzgut bzw. Quarzglas weist eine

Körnung von 0—7 mm, vorzugsweise 0,1—3 mm, auf.

Bei dem entsprechenden Herstellungsverfahren finden die angegebenen Rohstoffe sowie als Zuschlagsstoff Quarzgut oder Quarzglas Verwendung, und zwar in einem Gewichtsanteil von etwa 5—50% und mit den angegebenen Körnungen, wobei die Wahl der jeweiligen Körnung bzw. Körnungsmischung abhängig vom Einsatzzweck und der Gestalt der Brennhilfsmittel ist Das Quarzgut bzw. Quarzglas wird ohne Fein- und Feinstgut eingesetzt, um die Entglasung möglichst zu reduzieren. Es versteht sich, daß die Cordierit-bildenden Stoffe in einer gesonderten, vorgeschalteten Arbeitsstufe erzeugt werden können, wie es auch möglich ist, diesen Bildungsprozeß während des Brandes selbst durchzuführen.

Die erfindungsgemäßen Brennhilfsmittel sind insbesondere in der Temperaturwechselbeständigkeit, auch nach längerem Einsatz, bei ausreichender mechanischer Festigkeit und guter Heißbiegefestigkeit den bisher auf dem Markt befindlichen Brennhilfsmitteln, insbesondere Platten, bei weitem überlegen. Dies beruht darauf, daß durch die angewendeten Bindemittel, insbesondere die Festigkeitseigenschaften und durch geeignete Körnungsmaßnahmen, unter Verzicht auf Feinststoffe, die Rekristallisation des Quarzgutes bzw. Quarzglases zu Cristobalit und Tridymit in Grenzen gehalten wird. Außerdem werden die gewünschten Eigenschaften, insbesondere die Temperaturwechselbeständigkeit und die Festigkeit, in einem nicht zu erwartenden Maße dadurch positiv beeinflußt, daß durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Bindemittel und Quarzgut anscheinend, insbesondere in heißem Zustand, eine elastische Platte entsteht. An die Bindemittel und Zuschlagsstoffe zur Herstellung von Brennhilfsmitteln auf der Basis von Quarzgut bzw. Quarzglas stellt sich die Hauptforderung, daß sie den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Quarzgutmischung nur in geringem Ausmaß beeinflussen dürfen. Die ganz ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit ist u. a. vielleicht auch darauf zurückzuführen, daß sich im Gefüge Mikrorisse bilden, die bestehende Spannungen abbauen, ohne die Festigkeit wesentlich zu beeinflussen. Die überraschenden Eigenschaften können auch darauf beruhen, daß trotz der Rekristallisation der Quarzgutkörner zu Cristobalit und Tridymit im Brennhilfsmittel die Spannungen nur örtlich auftreten, da die einzelnen Quarzgutkörner durch Bindemittelbrücken voneinander getrennt sind und sich die Spannungen daher nicht über die Bindemittelgrenze hinaus auf den Bereich der Gesamtpläne addieren können.

ίο Nachstehend werden einige Ausführungs- bzw. Anwendungsbeispiele aufgeführt, die die geschilderten Vorteile und überraschenden Eigenschaften erkennen lassen.

Beispiel 1

72 Gew.-% SiC der Körnung 0—3 mm als Rohstoff wurden mit 20 Gew.-% Quarzgut als Zuschlagsstoff und 8 Gew.-% Ton als Bindemittel als Ausgangsmasse aufbereitet und zu einer Platte verpreßt, die bei SK 16 gebrannt wurde. Es ergaben sich folgende Eigenschaften:

Rohdichte
Wasseraufnahme
Scheinb. Porosität
Kaltbiegefestigkeit
Temperaturwechselbeständigkeit

2,28; 2,29 g/cm³
8,9-8,7%
20,2-19,9
100-120 kp/cm2

> 20 Abschreckungen

Beispiel 2

50 Gew.-% Kaolinschamotte, 20 Gew.-% Quarzgut, 20 Gew.-% Talkum und 10 Gew.-% Ton wurden gemäß Beispiel 1 behandelt und bei SK 14 zu Platten gebrannt. Es ergaben sich folgende Eigenschaften:

2,00; 2,04 g/cm³
10,9-9,7%
21,8-19,9
80-lOOkp/cm²

> 20 Abschreckungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennhilfsmittel mit verbesserter Temperaturwechselbeständigkeit, insbesondere Platte für den Brand keramischer Formlinge in einem Schnellbrandofen, aus einer gemischten, geformten, getrockneten und schließlich gebrannten Ausgangsmasse, die aus einem mengenmäßig überwiegenden Rohstoff, einem Zuschlagsstoff und einem Bindemittel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohstoff, insbesondere Schamotte, Cordierit bildende oder -haltige Stoffe, Sillimanit, SiC oder eine Kombination dieser Stoffe ist und der Zuschlagsstoff Quarzgut oder Quarzglas ist, dessen Gewichtsanteil etwa 5—50% beträgt

2. Brennhilfsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzgut bzw. Quarzglas eine Körnung von 0—7 nun, vorzugsweise 0,1 —3 mm, aufweist

3. Verfahren zur Herstellung von Brennhilfsmitteln mit verbesserter Temperaturwechselbeständigkeit nach Anspruch 1, bei dem eine Ausgangsmasse aus einem mengenmäßig überwiegenden Rohstoff, einem Zuschlagsstoff und einem Bindemittel geformt, getrocknet und gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Rohstoff insbesondere Schamotte, Cordierit-bildende oder -haltige Stoffe, Sillimanit, SiC oder eine Kombination dieser Stoffe und als Zuschlagsstoff Quarzgut oder Quarzglas Verwendung finden und daß der Zuschlagsstoff in einem Gewichtsanteil von etwa 5—50% eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzgut bzw. Quarzglas in Körnungen von 0—7 mm, vorzugsweise 0,1—3 mm, eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzgut bzw. Quarzglas ohne Fein- und Feinstgut eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Cordierit-bildenden Stoffe in einer gesonderten, vorgeschalteten Arbeitsstufe erzeugt werden.