DE2613023A1 - Poroeser keramikfilter, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung - Google Patents

Description

8 MÖNCHEN 40, DIPL-CHEM. DR. ELISABETH JUNG clemensstrassew

DiPL-PHYS. DR. JÜRGEN SCHIRDEWAHN teleq^m^resse:invent/monchen

D R.-IN G. GERHARD SC H M ITT-N I LSON «»«"»«β

PATENTANWÄLTE

u.Z.: L 011 C+a (J/vdB/or) 26. März 1976

Case 862

SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG
Chippis, Schweiz

"Poröser Keramikfilter, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung"

Beanspruchte Prioritäten:

28. März 1975, V.St.A., Nr. 563 212

28. März 1975, V.St.A., Nr. 563 213

23. Juni 1975, V.St.A., Nr. 589 29¹J

21. Juli 1975, V.St.A., Nr. 597 963

Poröse Keramikfilter sind in den US-PSen 3 090 09M und 3 097 930 beschrieben. Insbesondere sind derartige poröse Keramikfilter brauchbar zum Filtrieren von geschmolzenen Metallen, wie es in der älteren aber nicht vorveröffentlichten US-PS 3 893 917 ausgeführt worden ist.

Geschmolzene Metalle, insbesondere geschmolzenes Aluminium ,enthalten in der Praxis für gewöhnlich mitgeschleppte Feststoffe, die beim

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Gussmetallendprodukt qualitätsmindernd wirken können. Diese mitgeschleppten Feststoffe treten als Einschlüsse im Gussmetallenprodukt auf, nachdem sich das geschmolzene Metall verfestigt hat, und verursachen beim Endprodukt, dass es weniger duktil ist oder schlechtere Glanz- und Eloxierungseigenschaften zeigt. Die Einschlüsse können aus verschiedenen Quellen stammen. Z.B. können diese Einschlüsse aus oberflächlichen Oxidfilmen entstehen, die vom Metall abbrechen und in das geschmolzene Metall mitgeschleppt werden. Ausserdem können die Einschlüsse aus unlöslichen Verunreinigungen, wie Carbiden, Boriden und anderen Substanzen oder abgebröckelten Ofen- und Wannenbaustoffen, herstammen.

Es ist natürlich in hohem Masse erwünscht, ein verbessertes Filter zu entwickeln, das zum Entfernen oder zumindest Vermindern der mitgeschleppten Feststoffe beim Gussmetallendprodukt verwendbar ist, insbesondere im Hinblick auf geschmolzenes Aluminium und ganz besonders z.B. dann, wenn das betreffende Metall bei einem Dekorationsstück, wie einer dekorativen Ausstattung oder bei Blechen verwendet werden soll, die aus Aluminiumlegierungen der Reihe 5000 (AlMg), wie den Legierungen 5252 (AlMg2,5) und 5657 (AlMgO,8), hergestellt werden. Andere Aluminiumlegierungen, bei denen ein verbessertes Filtrieren von Vorteil ist, sind Kondensatorblechstreifen aus Aluminium aus der Reihe 1000 der Aluminiumlegierungen (handelsübliches Aluminium), wie die Aluminiumlegierungen 1145 und 1188, um Schweissblasenfehler bei Dünnblechschweisserzeugnissen zu vermindern und die Leistungsfähigkeit beim Walzen auf Höchstwerte zu steigern, ferner strangpressbare hochfeste Legierungen, wie die Aluminium-

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legierungen 2024 (AlCuMg2) und 7075 (AlZnMgCuI,5), um eine hohe Ultraschallqualität zu erzielen, und ferner strangpressbare Legierungen der Reihe 6000 (AlMgSi) von Aluminiumlegierungen, wie die Aluminiumlegierung 6061 (AlMgSiICu), um eine höhere Leistungsfähigkeit beim Strangpressen zu erhalten.

Die vorgenannten Einschlüsse verursachen einen Verlust der Eigenschaften bei der endgültig verfestigten Legierung und führen zu einer Verschlechterung des Bearbeitungsnutzwertes und zum Verlust von Eigenschaften beim Fertigprodukt. Z.B.' ist ein Typ eines Risses beim Endprodukt, der besonders auffällig bei dekorativen Ausstattungen oder Blechen aus der Aluminiumlegierung 5252 (AlMg2,5) ist, ein Fehler, der durch in Bearbeitungsrichtung in die Länge gezogene, in kleinsten Abmessungen vorhandene Fremdbestandteile verursacht ist und als "linearer Fehler" ("linear defect") bekannt ist.

Scharfe Schmelzbehandlungsverfahren, wie mit Gas als Flussmittel, setzen zwar das Auftreten derartiger Fehler herab, sind jedoch nicht als erfolgversprechend anzusehen, wenn für Anwendungsbereiche mit kritischen Bedingungen bestimmte Werte erreicht werden müssen, üblicherweise wird ein Filtrieren der Schmelze angewendet, um den grössten Teil derartiger Fehler und auch anderer zu verringern, die durch das Vorliegen von Einschlüssen in der Schmelze verursacht werden. Die gebräuchlichste Form einer Schmelzfiltrierung umfasst die Anwendung von in Transport- oder Giessrinnen oder im noch flüssigen Metall am oberen Teil eines sich verfestigenden Blockes angeordneten grobmaschigen Glasge-

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webesieben. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass derartige Filter nur zum Teil wirksam sind, da sie nur grössere Einschlüsse aussondern. Ein anderer üblicherweise angewendeter Typ eines Filters ist ein Schichtfilter, das beispielsweise aus tafelförmigem Aluminiumoxid hergestellt ist. Derartige Filter haben jedoch zahlreiche Nachteile, von denen die vielleicht wohl am bedeutenste die grosse Schwierigkeit ist, welche das Einstellen und Aufrechterhalten der für eine wirksame Filtration erforderlichen Porengrösse bietet. Eine andere Schwierigkeit bei derartigen Filtern besteht in ihrer Neigung, eine anfängliche Menge von Metall mit einer schlechten Qualität zu erzeugen, was sich bei jedem nachfolgenden Giessansatz wiederholt. Dieses Verhalten resultiert aus einem sogenannten Blockendeneffekt bei den Blöcken, d.h., dass die Blöcke untere Enden von verhältnismässig schlechter Qualität besitzen, die verschrottet und im Kreislauf geführt werden müssen. Des weiteren müssen die Metalle in den Schichtfiltern im schmelzflüssigen Zustand gehalten bleiben, sogar wenn die Filter nicht in Benützung sind.

Im Vergleich hierzu scheinen poröse Keramikfilter in hohem Masse erwünscht zu sein. Eine erfolgreiche Anwendung derartiger Filter bei Arbeitsweisen, die hohe Anforderungen stellen, wie das Filtrieren von geschmolzenen Me.tallen, erfordert jedoch, dass die Filter besondere physikalische und chemische. Eigenschaften besitzen. Insbesondere erfordern die porösen keramischen Filter mit Schaumstruktur eine bestimmte Durchlässigkeit und strukturelle Gleichförmigkeit, um das geschmolzene Metall in wirtschaft-

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lieh annehmbaren Geschwindigkeiten und Reinheitsgraden wirksam zu filtrieren. Infolgedessen muss das poröse Material einem chemise::; Angriff des geschmolzenen Metalls widerstehen, um einen langdauernden und wiederholten Gebrauch des Materials als Filter zu gewährleisten.

Zur Herstellung von porösen keramischen Materialien mit Schaumstruktur sind bereits füher zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden. Insbesondere wird in der US-PS 3 111 396 angeregt, dass ein organischer Schaumstoff mit einem feuerfesten Material imprägniert wird und dann zusammengepresst werden kann, indan er durch Presswalzen geleitet wird, um ein Entfernen von überschüssigem feuerfesten Material zu bewirken. Diese Technik, die mit einer grossen Anzahl von üblichen auf diesem Gebiet angewendeten Austreibtechniken vergleichbar ist, leidet an dem untrennbar damit verbundenem Nachteil, dass die Aufschlämmung nicht vollständig gleichmässig durch die Masse des Gegenstands verteilbar ist. Demzufolge kann es vorkommen, dass der äussere Bereich des Gegenstands mit der Aufschlämmung dünner als der näher zur Mittel gelegene Bereich überzogen wird. Derartige Nachteile treten besonders an den äussersten Grenzen desjenigen Durchlässigkeitsbereichs auf, der zur Anwendung bei der Herstellung von Filtern für geschmolzene Metalle als geeignet gefunden worden ist. Somit können Körper mit hoher Durchlässigkeit in unerwünschter Weise schwache Oberflächen und Kanten aufweisen, wohingegen Körper mit verhältnismässig niedriger Durchlässigkeit in unerwünschter Weise eine Blockierungslinie im Inneren des Körpers zeigen können. Beide der vorgenannten Nachteile machen

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die erhaltenen porösen Filter ungeeignet zum Filtrieren von geschmolzenem Metall.

Die Hauptaufgabe bei vorliegender Erfindung bestand nun darin, einen porösen Keramikfilter zu konstruieren, der eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist, so dass er bei einer Vielzahl von geschmolzenen Metallen verwendbar ist, und der eine solche Struktur auf v/eist, dass sie einer Verschlechterung unter harten Anwendungsbedingungen, die mit dem Filtrieren von geschmolzenem Metall verbunden sind, widersteht.

Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, ein hochtemperaturbeständiges 'poröses Keramikfilter der vorgenannten Art zu schaffen, das auf einfache Weise und mit vernünftigen Kosten herstellbar ist.

Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe - zugrunde, ein hochtemperaturbeständiges poröses Keramikfilter der vorgenannten Art zur Verfügung zu stellen, das die vorgenannten Nachteile ausschliesst, die Schmelze nicht erunreinigt und keine Verschlechterung der wünschenswerten Eigenschaften beim metallischen Endprodukt ergibt.

Eine weitere Aufgabe bei vorliegender Erfindung besteht in der zur Verfügungstellung eines Verfahrens zur Herstellung von porösen keramischen Gegenständen mit Schaumstruktur, das sowohl genau als auch in vorteilhafter Weise durchführbar ist. Des weiteren soll das Verfahren Produkte liefern, die Durchlässig-

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keiten innerhalb eines engen Bereichs besitzen. Ausserdem sollen die porösen keramischen Gegenstände eine strukturelle Gleichförmigkeit zeigen und fehlerfrei sein, also keine Blockierung in der Mitte und keine Schwächung an der äusseren Oberfläche aufweisen. Schliesslich soll sich das Verfahren selbst für eine rasche Erzeugung im wirtschaftlichen Massstab eignen.

Weitere Aufgaben und Vorteile sind aus einem sorgfältigen Studium der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Die vorliegende Erfindung stellt ein hochwirksames poröses keramisches Material mit Schaumstruktur zum Gebrauch beim Filtrieren von geschmolzenen Metallen, insbesondere geschmolzenem Aluminium, zur Verfügung.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein poröses Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur, das durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen gekennzeichnet ist, die mit einem Netzwerk aus Keramik umgeben sind, wobei das Filter ein Luft-

—7 2 durchlässigkeit von 400 bis 8000 χ 10 cm , eine Porosität von 0,80 bis 0,95, eine Porenanzählvon 2 bis 20 Poren auf 1 cm Länge und eine Dicke von 10 bis 100 mm aufweist.

Es ist gefunden worden, dass die vorstehend gekennzeichneten Filter gemäss der Erfindung besonders wertvoll zum Filtrieren von geschmolzenem Metall, insbesondere geschmolzenem Aluminium sind. Zahlreiche Vorteile werden bei Verwendung der Filter vorliegender Erfindung erreicht, von denen einige vorstehend genannt sind und

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nachstehend ausführlicher besprochen werden.

Im Normalfall verwendet man einen verhältnismässig feinporigen Filter nach vorliegender Erfindung mit einer Luftdurchlässigkeit

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von 400 bis 2500 χ 10 cm , einer Porosität oder einem.Hohlraumanteil von 0,80 bis 0,95 und einer Porenanzahl von 8 bis 18 Poren je 1 cm Länge, und zwar insbesondere, wenn man Aluminiumlegierungen der Reihe 5000 filtriert. Wenn jedoch das zugeführte Metall besonders verunreinigt ist, muss man das Metall zuvor durch ein verhältnismässig grobporiges keramisches Filter mit einer Porengrösse zwischen 2 und 8 Poren je cm, einer Luftdurch-

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lässigkeit von 2500 bis 8000 χ 10 cm und Porositäten oder Hohlraumanteilen zwischen 0,90 und 0,95 filtrieren. Hierfür kann man ein einziges keramisches Filter mit abgestuften Eigenschaften vorsehen oder man wendet eine Reihe von Filtern unterschiedlicher Porosität an.

Zusätzlich zu Vorstehendem ist deshalb Gegenstand vorliegender Erfindung ein Verfahren zum Filtrieren von geschmolzenem Metall durch ein poröses Keramikfilter, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein geschmolzenes Metall, verwendet und dieses durch das Filter mit einer Fliessgeschwindigkeit von 0,127 bis 1,27 cm /cm der Filterfläche je Minute leitet. Gemäss einer anderen Ausführungsform des Verfahrens vorliegender Erfindung kann das geschmolzene Metall zuerst durch ein verhältnismässig grobporiges Keramikfilter nach vorliegender Erfindung und anschliessend durch ein verhältnismässig feinporiges Filter, wie es nach vorliegender Erfindung bevorzugt ist, filtriert werden. In dieser vorge-

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schaltenen Filtrationsstufe kann man eine Reihe von porösen Keramikfiltern mit abnehmender Porosität verwenden, und sie ist besonders vorteilhaft bei besonders verunreinigten Schmelzen.

Wie bereits vorstehend ausgeführt worden ist, sind die beschriebenen porösen Keramikfilter besonders vorteilhaft zum Filtrieren von geschmolzenen Metallen, insbesondere von geschmolzenem Aluminium. Das poröse Keramikfilter mit Schaumstruktur nach vorliegender Erfindung besteht aus einem preisgünstigen Material, das in geeigneter Weise frei ausgewählt werden kann.

Wie weiterhin vorstehend angegeben worden ist, besteht ein Kennzeichen bei dem porösen Keramikfilter vorliegender Erfindung in seiner offenzelligen Struktur mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen, die mit einem Hetzwerk aus dem keramischen Material umgeben sind. Es ist gefunden worden, dass diese Merkmale des Filters vorliegender Erfindung ein Filter definieren, das beim Filtrieren

von geschmolzenen Metallen, insbesondere Aluminium, bei niedrigen Kosten überraschend hochwirksam ist
und überraschenderweise eine Filtrationswirksamkeit

mit einer bisher nicht zur Verfügung stehenden Flexibilität erreicht.

Die Kombination von Eigenschaften des Filters vorliegender Erfindung ist kritisch, um die gewünschten Ergebnisse vorliegender Erfindung zu erhalten. Wie eingangs dargelegt worden ist, weisen die porösen Keramikfilter vorliegender Erfindung eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von *J00 bis 8000 χ 10~⁷ cm² und

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im üblicherweise bevorzugten Fall im Bereich von 400 bis

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2500 χ 10 cm auf. Die Luftdurchlässigkeit wird mittels Blasen von Luft durch das poröse keramische Schaummaterial bei einer gemessenen Geschwindigkeit bestimmt. Gemäss diesem Verfahren wird der Druckabfall durch Messen des Druckunterschieds zwischen der in das poröse Material eintretenden Luft und der aus dem porösen Material austretenden Luft bei einem definierten Oberflächenbereich und einer definierten Dicke des porösen keramischen Materials bestimmt. Die Luftdurchlässigkeit wird dann nach der folgenden Gleichung berechnet:

K =

in der K die Luftdurchlässigkeit, μ die absolute Viskosität der Luft, Q die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Masse, L die Länge, d.h. die Dicke des keramischen Piltermaterials, A der Bereich, d.h. der definierte Bereich des porösen Materials und ^P der Druckabfall ist.

Gemäss vorliegender Erfindung wendet man eine Luftströmungsgeschwindigkeit von 0,857 m je Minute und einen Bereich von

73 cm an. Die vorstehend genannte Bestimmung der Durchlässigkeit kann dem Buch "Micromeretics" von J.M. Dallavalle, Verlag Pitman 19^8, Seite 263 entnommen v/erden. Es ist deshalb ersichtlich, dass die Luftdurchlässigkeit eine Punktion von mehreren Variablen ist, z.B. vom Raumgewicht, von der Porengrösse, vom Oberflächenbereich und von der Gewundenheit der Fliesswege. Gemäss vorliegender Erfindung hat man gefunden, dass Durchlässig-

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—7 2
keiten von über 2500 χ 10 cm eine unzulängliche Filtration ergeben, wenn die Schmelze nicht besonders verunreinigt ist,

-7 2 wobei in diesem Falle Durchlässigkeiten bis zu 8000 χ 10 cm

angewendet werden können, während Durchlässigkeiten von unter 400 χ 10"⁷ cm² unbrauchbare hohe Materialstauungen und einen

Druckaufbau ergeben. Der besonders bevorzugte Bereich

-7 2 der Durchlässigkeit liegt bei 1000 bis 1500 χ 10 cm , bei denen ein Höchstmass an Filtration und ein niedriger Druckaufbau erhalten werden.

Zusätzlich zu den vorstehenden Ausführungen müssen die Keramikfilter nach vorliegender Erfindung eine Porosität oder/Hohlraumanteil von 0,80 bis 0,95 haben. Diese Variable bezeichnet die Menge an Poren oder Hohlräumen in der keramischen Masse und kann nach der folgenden Gleichung berechnet werden:

^fp

in der f die Gesamtporosität oder der Hohlraumanteil, d, die wahre Dichte der festen keramischen Hasse und d_b das : Raumgewicht gemäss _{dera Buch} »introduction to Ceramics" von W.D. Kingery, Verlag John Wiley I960, Seite ¹IIo ist.

Man hat gefunden, dass die besten Ergebnisse mit Porositätswerten von 0,85 bis 0,90 erhalten werden. Selbstverständlich hängt der

verwendeten ^s'

spezifische Wert für d. von der speziell /keramischen Masse ab, z.B. von keramischen Massen auf Basis von Aluminiumoxid und Chromoxid. Die vorstehend genannten Porositätswerte entsprechen

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Raumgewichteη von 0,65 bis 0,25 g/cm und die besten Werte entsprechen den Raumgewichten von 0,35 bis 0,^5 g/cm . Wie vorstehend angegeben, muss das verhältnismässig grobporöse Vorfilter eine Porosität zwischen 0,90 und 0,95 aufweisen.

Des weiteren müssen die Keramikfilter nach vorliegender Erfindung, wie vorstehend ausgeführt worden ist, einen wirksamen Bereich der Porengrösse oder Porendichte in Form einer Anzahl von Poren auf i cm Länge, nämlich von 2 bis 20 Poren auf 1 cm Länge, insbesondere 3 bis 18 Poren je cm Länge und im/meisten bevorzugten Falle 10 bis I^ Poren auf 1 cm Länge aufweisen.

Die vorstehend genannten drei Variablen, nämlich die Durchlässigkeit, die Porosität und die Porengrösse₅ sind kritisch, um die ausserordentlich. verbesserten Eigenschaften nach vorliegender Erfindung su erreichen. Diese Variablen beeinflussen nämlich einander beim Erzielen der überraschenden Wirkung des Filters

fest vorliegender Erfindung. Sie legen tatsächlich /, wieviele Poren

miteinander oder Hohlräume im Filter vorhanden sind,, wie sie/verbinden sind

sie definieren
und wie gross sie sind,/Weiterhin die Oberflächenausdehnung des

Hauptursache für die/

keramischen Netzwerkes, und schliesslieh sind, .sie-die/ überraschend® Wirkung des porösen Keramikfilters mit Schaumstruktur.

Des weiteren müssen die porösen Keramikfilter nach vorliegender Erfindung einen wirksamen Bereich hinsichtlich der Filterdicke von 10 bis 100 mm haben, d.h. eine Dicke in der Richtung des Metallflusses. Der günstigste Bereich der Filterdicke beträgt 35 bis 65 mm, Ss ist gefunden worden ₃ dass Filter unter 10 mn

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Picke zum Entfernen von nichtmetallischen Stoffen aus dem geschmolzenen Metall unwirksam sind, wohingegen Dickenwerte über 100 mm die Filtrationsgeschwindigkeiten stark verringern, so dass der wirksamste Bereich des Filters die ersten 25 mm bis 33 mn der Dicke sind. Ein zusätzliches und bemerkenswertes Merkmal bei wirksamen Filtern vorliegender Erfindung besteht darin, dass sie eine im wesentlichen strukturelle Gleichförmigkeit aufweisen. Um ein wirksames Filter für geschmolzenes Metall zu schaffen, muss die poröse Keramikmasse einen hohen Grad struktureller Gleichförmigkeit aufweisen. Obwohl einige Prozent blockierter Poren hilfreich und wünschenswert insofern sind, als sie die Gewundenheit des Fliessweges erhöhen, müssen diese Blockierungen möglichst gleichmässig durch die keramische Masse verteilt und nicht miteinander zu Gruppen angeordnet vorliegen. Eine Gruppierung von Blockierungen führt nur zur Kanalbildung und damit zur unwirksamen Filtration.

Eine grosse Anzahl von Materialien kann zur Herstellung der porösen Keramikfilter vorliegender Erfindung eingesetzt v/erden. Es ist ein Vorteil bei vorliegender Erfindung, dass geringe Kosten und die Leichtigkeit bei der Herstellung der Filter vorliegender Erfindung diese sehr bequem für einen Einsatz auf Wegwerfbasis machen.

Der Hauptbestandteil des porösen Keramikmaterials nach vor-

vorzuqsweise

liegender Erfindung ist/Al₂O in einer Menge von 40 bis 95 % und

insbesondere von 45 bis 55 %· ^Al?°"5 ^^st besonders erwünscht zum

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Einsatz als Keramikfilter, da es beispielsweise nicht durch geschmolzenes Aluminium oder geschmolzenes Kupfer angegriffen wird, wohingegen Siliciumdioxid von diesen Metallen angegriffen wird. Weiterhin weist Aluminiumoxid eine brauchbare ^Festigkeit auf ,^uiri sowohl chemischen Angriffen als auch strukturellen und/oder

/Beanspruchungen,

mechanischen* —* j insbesondere bei erhöhten Temperaturen,

standzuhalten. Ausserdem können die keramischen Materialien vorliegender Erfindung 1 bis 25 % Cr»O , vorzugsweise 10 bis 17 % Cr₂O , enthalten. Dieser Bestandteil ist besonders bedeutungsvoll, da gefunden worden ist, dass er in auffälliger Weise eine bessere Hochtemperaturbeständigkeit verleiht, d.h. einen Widerstand gegen einen Angriff der geschmolzenen Metalle bei erhöhten Temperaturen.

/al!gemeinen

Des weiteren enthalten die porösen keramischen Materialien ^im / Erzeugnisse einer thermischen Zersetzung und 0,1 bis 12 % Kaolin und/oder Bentonit und 2,5 bis 25 % eines Abbindemittels in Luft, das im wesentlichen nicht mit dem geschmolzenen Material reagiert und vorzugsweise Aluminiumphosphat ist.

Nach vorliegender Erfindung werden die vorstehenden Aufgaben gelöst und die Vorteile in einfacher Weise nach dem folgenden Herstellungsverfahren erhalten.

/definierten

Keramische Schäume mit einer / Durchlässigkeit und strukturellen Gleichförmigkeit werden nach einem Verfahren hergestellt, das erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass man einen Schaum mit schwairaaartiger Gerüststruktar aus einem hydrophober organischen Polymerisat

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mit einer vorbestimmten Durchlässigkeit und Rückprallelastizität mit einer wässrigen Aufschlämmung einer thixotropen keramischen Zusammensetzung mit einer Viskosität im Bereich von 1 χ ICK bis

■ζ höchstmöglichen

80 χ ICr Centipoise in einer/zur Imprägnierung und vollständigen Sättigung des Schaumstoffes ausreichenden Menge imprägniert, währenddessen man die Aufschlämmung einer Einwirkung von Scherkräften unterwirft, danach überschüssige Aufschlämmung von dem Schaumstoff abstreift, indem man den imprägnierten Schaumstoff mindestens zweimal durch festeingestel^ Walzen führt und dabei eine zeitweilige Zusammendrückung um etwa 50 bis 90 % bei einem Durchgang und 70 bis 90 % beim anderen Durchgang ausübt und schliesslich den Schaumstoff trocknet und zum Entfernen der organischen Substanz daraus erhitzt.

Der erhaltene Gegenstand ist dann gebrauchsfertig und kann gegebenenfalls noch weiter erhitzt werden, um das keramische Material zu sintern.

Nach vorliegender Erfindung ist gefunden worden, dass die Luftdurchlässigkeit der erhaltenen keramischen Gegenstände von der Durchlässigkeit des zu seiner Herstellung verwendeten organischen Schaumstoffes abhängt. Beispielsweise sind keramische Schäume mit Durchlässigkeiten im Bereich von etwa 800 bis etwa 2200 χ 10 'cm aus Polyurethanschaumstoffen mit Luftdurchlässigkeiten von *J500 bis 5¹JOO χ 10~⁷ cm² hergestellt

worden. Weiterhin erleichtert die Auswahl einer hohen Schaum- mit einer Genauigkeit ,

durchlässigkeit/im Bereich von - 2 % die Herstellung der keramischen Schäume mit einer innerhalb eines Bereichs von - 5 %

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vorbestimmten Durchlässigkeit.

Ausser der Regelung der Luftdurchlässigkeit müssen die erfindungsgemässen Schäume eine strukturelle Gleichförmigkeit und einen bestimmten Zellgrössenbereich besitzen. Wie gefunden wurde, steht die strukturelle Gleichförmigkeit mit der Rückprallelastizität des eingesetzten organischen Schaumstoffes in Beziehung. Insbesondere kann die Rückprallelastizität unter Bezugnahme auf bestimmte Standardvorschriften errechnet werden, wie sie in der Vorschrift ASTM-D-1564-71 aufgestellt sind, die sich auf die Eigenschaften der Zusammendrückbarkeit und die Rückprallelastizität beziehen, wie sie nach der Kugelrückprallmethode gemessen werden. Die Zusammendrückbarkeit, die nach der Durchbiegeprüfung durch Druckbelastung bestimmt wird, misst das Ausmass, bis zu dem der Schaum zu seiner ursprünglichen Grosse oder Dicke nach einem Druck auf eine genau bestimmte Verkleinerung, wie beispielsweise um 50 %, zurückkehrt. Schäume, die als erfindungsgemäss geeignet gefunden worden sind, zeigen eine Zusammendrückbarkeit (bleibende Verformung) von unter 30 % bei 50prozentiger Stauchung und kehren daher zu mindestens 70 % ihrer ursprünglichen Dicke nach Aufhebung der Stauchung zurück. Die Rückprallelastizität, die nach der Kugelrückprallprüfung bestimmt wird, misst die Festigkeit des Materials gegenüber Druck, die mittels der Rückprallhöhe einer Stahlkugel gemessen wird, die von einer vorgegebenen Höhe auf die Schaumprobe herabfällt. Hierbei wird die Rückprallhöhe der Kugel in Prozenten, bezogen auf die ursprüngliche Höhe, vermerkt, und es ist gefunden worden, dass für vorliegende

Erfindung geeignete Schäume einen Kugelrückprall von über 25 % besitzen.

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Die vorgenannten Eigenschaften sind bei Prüfungen gemessen worden, die unter trockenen Bedingungen stattgefunden haben, jedoch müssen solche Eigenschaften im wesentlichen auch in wässriger Umgebung beibehalten werden, beispielsweise während der Imprägnierung mit einer wässrigen keramischen Aufschlämmung gemäss vorliegender Erfindung. Demgemäss ist gefunden worden, dass hydrophobe Schäume' bessere Leistungen erbringen und deshalb bevorzugt sind gegenüber hydrophilen Schäumen, da die letzteren einen erheblichen Verlust an Rückprallelastizität in wässriger Umgebung erleiden. Dieser Verlust an Rückprallelastizität macht sich im Auftreten des früher genannten Nachteils einer Blockierung in der Mitte des Schaumstoffes bemerkbar.

Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Kriterien umfassen die erfindungsgemäss anwendbaren organischen polymeren Schaumstoffe eine Vielzahl hochelastischer, hydrophober Substanzen mit

/wie/
schwammartiger Gerüststruktur,/ auf Basis von Polyestern und PoIyäthern aufgebaute Polyurethane, hochelastische oder kaltgehärtete Urethane, bei deren Herstellung polymere Isocyanate eingesetzt worden sind, Polyvinylschaumstoffe, wie Polyvinylchlorid und Polyvinylacetat, ferner Polyvinylschaumstoffe von verschiedenen Mischpolymerisaten, weiterhin mit Polyäthylen oder Polysiloxanen oder deren Mischpolymerisaten beschichtete Polyurethane und schliesslich Schaumstoffe, die aus geeigneten natürlichen Harzen, wie Cellulosederivaten, hergestellt worden sind. Die Schaumstoffe müssen unterhalb der Brenntemperatur des keramischen Materials, mit dem sie imprägniert sind, verbrennen oder sich verflüchtigen. Wie bereits weiter oben ausgeführt worden ist, müssen die Abmessungen des Schaumstoffes grob den Ab-

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messungen des gewünschten keramischen Gegenstands entsprechen. So wird beispielsweise ein Schaumstoff mit einer Dicke von etwa 10 bis 100 mm eingesetzt, wenn der erhaltene keramische Schaum als Filter für geschmolzenes Metall eingesetzt werden soll.

Ausser den Eigenschaften von Durchlässigkeit und Gleichförmigkeit müssen die verstehend genannten· Polymerisate auch eine Porengrösse innerhalb definierter Grenzen aufweisen-, um sie für die Herstellung von Filtern'für geschmolzene· Metalle brauchbar·zu-machen. Die Poren-oder Zellengrösse ist'bedeutsam- für die strukturelle Gleichförmigkeit des keramischen· Schaumstoffes und sollte innerhalb eines Bereichs von 2 bis 20 Poren je cm Länge variieren.

Die bewusste- Regelung der vorgenannten Variablen trägt zur strukturellen Gleichförmigkeit· und Durchlässigkeit- der erhaltenen Filter bei und beeinflusst unmittelbar' durch· die Gewundenheit des Fliessweges die Metallfliessgeschwindigkeit' und die Wirksamkeit. Obwohl diese Faktoren bedeutsam sind, werden-nachstehend zusätzliche Faktoren besprochen, die iirr Verein-mit'den-anderen Faktoren eine weitere Kontrolle der porösen keramischen Endprodukte ermöglichen.

Die unter Bezugnahme auf die" vorstehenden Ausführungen ausgewählten organischen Schaumstoffe'werden dann' mit einer Aufschlämmung eines thixotropen keramischen Materials imprägniert. Die Eigenschaft der Thixotropie' ist bedeutsam bei'vorliegender Erfindung, da sie die· Gleichförmigkeit der Struktur und die Festigkeit des porösen keramischen Endproduktes beeinflusst.Ihiotrope

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Substanzen sind-solche, die einen hohen Widerstand gegen ein Fliessen unter einer geringen Schereinwirkung und dementsprechend einen niedrigen Widerstand gegen ein Fliessen unter einer verhältnismässig starken Schereinwirkung zeigen. Infolgedessen muss die keramische Aufschlämmung eine geeignete Fliessfähigkeit besitzen, um rasch einzudringen und die Hohlräume bzw. Poren des organischen Schaumstoffes zu füllen und dadurch das umgebende Netzwerk des Polymerisats zu überziehen, wobei diese Aufschlämmung aber eine ausreichende Viskosität besitzen muss, um ein Ablaufen oder Abtropfen von dem Schaumstoff zu verhindern, wenn die Imprägnierung erst einmal vollendet ist. Gemäss vorliegender Erfindung ist gefunden worden, dass bestimmte keramische Materialien, die mit besonderen Mitteln, die in Luft abbinden, und mit zeitweiligen Bindemitteln kombiniert worden sind, die erwünschte thixotrope Eigenschaft für eine erfolgversprechende Durchführung der Imprägnierung zeigen.

Weil die hier verwendete keramische Aufschlämmung entsprechend dem Anwendungszweck des Schaums variiert, kann man eine grosse Zahl von keramischen Materialien unterschiedlicher Feuerfestigkeit einsetzen. Es können insbesondere solche Materialien, wie Aluminiumoxid, Chromoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid, Siliciumoxid und deren Gemische vorliegen. Derartige Substanzen sind wegen ihrer verhältnismässig hohen Feuerbeständigkeit oder Fähigkeit, bei hohen Temperaturen von Nutzen zu sein, bekannt". Jedoch können auch andere Materialien von geringerer Feuerfestigkeit, wie Mullit, gebrannter Ton oder

zahlreiche Gläser hoher Erweichungstemperatur entweder allein oder in Kombination untereinander oder mit feuerbeständigeren Substanzen, eingesetzt werden, z.B. in einer Menge bis zu 15 %, um die porösen Endprodukte herzustellen. Soweit die Verwendbarkeit des erhaltenen Gegenstands¹ als Filter für geschmolzene Metalle betrachtet wird, ist das einzige Erfordernis bei der Auswahl der besonderen keramischen Materialien darin zu sehen, dass diese Materialien die Herstellung eines Gegenstands mit einer ausreichenden Beständigkeit gegen einen chemischen Angriff der geschmolzenen Legierungen während der Filtrierzeiten ermöglichen. Eine besondere Zusammensetzung, die sich erfindungsgemäss mit Erfolg einsetzen lässt, besteht aus einem Gemisch von Aluminiumoxid und Chromoxid.

Die vorgenannte Zusammensetzung enthält auch ein bei Raumtemperatur wirkendes Bindemittel oder ein Mittel, das in Luft abbindet, und der Aufschlämmung eine Grünfestigkeit insbesondere während des Verglühens und gegebenenfalls des Sinterns verleiht, wobei der Schaumstoff einer thermischen Beanspruchung unterworfen wird.

Nach der Erfindung \erwendet man 2,5 bis 25 % eines in Luft abbindenden Mittels, das gegenüber dem geschmolzenen Metall im wesentlichen indifferent ist. Das in Luft abbindende Mittel oder das Bindemittel befördert das Ansetzen der oder härtet die keramische Aufschlämmung ohne Notwendigkeit eines Erhitzens, sondern vorzugsweise durch Trocknen,· gewöhnlich mittels einer chemischen Reaktion, wobei auf massige Temperaturen erwärmt wird. Das bevorzugte in Luft abbin-

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dende Mittel ist Aluminiumorthophosphat, vorzugsweise in Form einer 50prozentigen wässrigen Lösung. Andere an Luft abbindende Mittel, die verwendbar sind, sind beispielsweise Magnesiumorthoborat, Aluminiumhydroxychlorid und dgl.. Mindestens zum Teil können Aluminiummetallsilicate, wie Natriumsilicate, mitverwendet werden, jedoch sind sie weniger empfehlenswert, da bereits bei Temperaturen um 800 C ein Schmelzen und demzufolge ein Haftungsverlust auftritt. Weiterhin kann Silicium und vielleicht auch Natrium gelöst in die Schmelze gelangen. In ähnlicher Weise können Äthylsilicat und andere Phosphate eingesetzt werden, doch sind sie weniger empfehlenswert. Aluminiumorthophosphat ist besonders wegen seiner sehr erwünschten Kombination von Eigenschaften bevorzugt, d.h. wegen seiner Unempfindlichkeit, seiner Stabilität über einen weiten Temperaturbereich und seiner Abbindeeigenschaften.

Wie bereits ausgeführt worden ist, wird das in Luft abbindende Mittel vorzugsweise als wässrige Suspension zugesetzt, die insbesondere im Falle von Aluminiumorthophosphat gleiche Mengen von Bindemittel und Wasser enthält. Das Bindemittel erzeugt eine Grünfestigkeit vor der Bildung einer keramischen Bindung, d.h. nach dem Brennen und Verflüchtigen des Netzwerkes des elastischen Schaumstoffes. Das Bindemittel schafft eine ausreichende Festigkeit, um das Gemisch für eine Bildung des Fertigproduktes zusammenzuhalten. In der Tat ist die durch das bevorzugte, in Luft abbindende Mittel hervorgerufene Stabilität und Festigkeit der chemischen Bindung für zahlreiche Anwendungsgebiete ausreichend, um einen Gebrauch des Erzeugnisses in diesem Zustand ohne ein

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Hochtemperatursintern zu gewährleiten. Diese Festigkeit ist sehr ausgeprägt und besteht über einen weiten Temperaturbereich. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden 12 bis 17 % Aluminiumorthophosphat verwendet.

Ausser den vorgenannten Bindemitteln können des weiteren bestimmte Mittel mitverwendet werden, die als Theologische Mittel bezeichnet werden und zur Beschleunigung der erwünschten Thixotropie der Aufschlämmung dienen. Es sind zahlreiche Substanzen bekannt, die als Theologische Mittel dienen können, unter ihnen bestimmte organische Verbindungen, wie Carboxymethylcellulose und Hydroxyäthylcellulose, sowie bestimmte anorganische Verbindungen, wie Bentonit und Kaolin. Von diesen Substanzen wird erfindungsgemäss in Bezug auf die Verfügbarkeit Bentonit besonders bevorzugt. Bentonit ist ein natürlich vorkommender Ton, der hauptsächlich Aluminium und zahlreiche Silicate enthält sowie gewöhnlich Magnesium und Eisen. Ausser zur Förderung der Thixotropie der Aufschlämmung besitzt Bentonit eine schwache Bindemittelfunktion, da bestimmte GLasphasen beim Brennen des Gegenstands erzeugt werden, die eine erhöhte Festigkeit bei der porösen Endstruktur liefern. Ausser Bentonit kann ebenfalls eine geringe Menge Kaolin mit verwendet werden, das sowohl eine Verbesserung beim Abbinden als auch eine rheologische Verbesserung bei der fertigen Aufschlämmung in gleicher Weise wie Bentonit hervorruft. Kaolin ist ein hauptsächlich aus Aluminium- und Siliciumoxid bestehender Ton. Natürlich kann man zu diesen vorgenannten Substanzen chemisch äquivalente Sub-

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stanzen einsetzen, um sich diesen Zusammensetzungen anzupassen. Der übliche Bereich des Theologischen Zusatzmittels nach vorliegender Erfindung liegt innerhalb etwa 0,1 bis etwa 12 Gewichtsprozent, bezogen auf die Aufschlämmung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die rheologischen Mittel in einer Menge von etwa 0,5 bis 5 Gewichtsprozent zugesetzt.

Obwohl nach den vorstehenden Ausführungen das thixotrope keramische Material in einer grossen Mannigfaltigkeit von Rezepturen hergestellt werden kann,' ist eine besondere Zusammensetzung gefunden worden, die ganz ausserordentlich vorteilhaft ist und aus Aluminiumoxid in einer Menge von etwa hO bis 80 %, vorzugsweise etwa 45 bis 50 %_t Chromoxid in einer Menge bis etwa 20 %₃ vorzugsweise von etwa 10 bis 15 %, Kaolin in einer Menge bis zu etwa 10 %, vorzugsweise von etwa 2 bis 5 %, Bentonit in einer Menge von etwa 0,1 bis 10 % und vorzugsweise von etwa 0,5 bis 2 %_t kolloidalem Aluminiumorthophosphat (50pro~ zentige Lösung) in'einer Menge von etwa 5 bis 50 % und vorzugsweise von etwa 25 bis 35 % besteht. Zusätzliches Wasser kann der vorgenannten Rezeptur in Mengen bis zu etwa 20 % und vorzugsweise von etwa 5 bis 10 % zum Zwecke der Einstellung der Viskosität, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird, zugegeben werden. Gewöhnlich liegen 10 bis hO % Wasaer in der Aufschlämmung vor. Obwohl die vorgenannte Rezeptur in ihren bevorzugten Bereichen angegeben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Grenzen beschränkt, sondern es können andere Rezepturen mit den früher erwähnten Be-

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- 2k -

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standteilen hergestellt v/erden

Ausser der Thixotropie muss die keramische Aufschlämmung vorliegender Erfindung eine sorgfältig eingestellte Viskosität bei und während der Imprägnierungszeit aufweisen. Die Viskosität hat eine bedeutsame Wirkung in bezug auf die Herstellung eines reproduzierbar gleichmässigen keramischen Gegenstandes. Der wünschenswerte Viskositätsbereich liegt bei 1 χ 10 bis 80 χ 10^ Centipoise und vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 10 χ 10^ bis ^J40 χ 10^ Centipoise. Die Viskosität Vtird während der Bildung der Aufschlämmung eingestellt und muss innerhalb des vorstehend genannten Bereichs gehalten werden, während der organische Schaumstoff mit der Aufschlämmung imprägniert wird. Wie vorstehend angegeben, ist der übliche Weg zur Einstellung und dadurch Regelung der Viskosität eine Änderung des Wassergehalts innerhalb des vorgenannten besonderen Bereichs. Für die Belange vorliegender Erfindung wird die Viskosität bei 25°C mittels eines Brookfield RVT-Viskosimeters bei 20 UpM nach 20 Minuten Drehen bei 25°C gemessen. Die Aufschlämmung ist vorher 30 Minuten lang mit 60 UpM in einem 76,5 Liter fassenden Hobart-Mischer durchgemischt worden.

Wenn die keramische Aufschlämmung innerhalb der vorgenannten Viskositätsgrenzen hergestellt worden ist, kann die Imprägnierung

des Schaumstoffs durchgeführt werden. Somit werden Platten von Pound mit lyurethanschaum mit schwammartiger Gerüststruktur /Porengrö'ssen

zwischen 2 und 20 Poren je 1 cm Länge in die Aufschlämmung ge-

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taucht, bis die Hohlräume des Schaums vollständig mit der Aufschlämmung gesättigt sind. Die Imprägnierung kann nach einer von zahlreichen Techniken durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Schaumplatte vollständig in die Aufschlämmung eingetaucht und dann durch ein Walzenpaar geführt v/erden, das in gleicher 'Weise eingetaucht ist, _um die Luft aus den Poren des Schaums beim Zusammenpressen auszutreiben, wodurch der aus den Walzen austretende und sich wieder ausdehnende Schaumstoff die Aufin s.ich.
schlämmung/hineinzieht und dadurch mit der Aufschlämmung gefüllt

Schaumstoff wird. Bei einer anderen anwendbaien Technik ordnet man den/ über dem Aufschlämmungsbad in einem geschlossenen Gefäss an, setzt das Gefäss unter verminderten Druck, taucht den Schaumstoff in das Aufschlämmungsbad und belüftet das Gefäss wieder.

Dieses Verfahren, das eine Modifikation der Vakuumimprägnierung

in
darstellen würde,ermöglicht /gleicher Weise eine vollständige Sättigung des Schaumstoffes mit der Aufschlämmung. Natürlich sind auch andere Imprägnierungsformen, einschliesslich der normalen Vakuumimprägnierungstechnik, wobei lediglich ein Unterdruck auf einer Seite des Schaumstoffes ausgeübt wird, während die Aufschlämmung durch die gegenüberliegende Seite eingesogen wird, anwendbar,daher ist die Erfindung nicht auf eine besondere Technik per se beschränkt.

Das bevorzugte Imprägnierungsverfahren, das erfindungsgemäss angewendet wird, besteht in einem vollständigen Eintauchen des Schaumstoffes in das Aufschlämmungsbad und in einem wiederholten Zusammendrücken und Ausdehnenlassen des Schaumstoffs

/Kolbenpumpenvorrichtung"? mittels einer mechanisch betriebener! 7 die aus

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perforiertem Stahlblech hergestellt ist. Dieses Verfahren wird während 30 bis 60 Sekunden durchgeführt oder natürlich so langte, bis die Hohlräume des Schaumstoffes vollständig angefüllt sind. Im Hinblick auf die bereits früher besprochene thixotrope Natur der Aufschlämmung ist es besondere vorteilhaft und bedeutsam, dass die Aufschlämmung während der Imprägnierung kontinuier lieh der Einwirkung von Scherkräften unterworfen wird, um die gewünschte Fliessgeschwindigkeit in den Schaumstoff hinein beizubehalten. Diese Einwirkung von Scherkräften kann auf zahlreichen Wegen erfolgen, wie einem kontinuierlichen Bewegen der

/bevorzugt

Aufschlämmung mit hoher Geschwindigkeit. Das erfindungsgemäss / angewendete Verfahren besteht in einem kontinuierlichen Vibrieren der Aufschlämmung während des Imprägnierens. Es ist an dieser Stelle zu betonen, dass alle vorstehend besprochenen Imprägnierungstechniken erfordern würden, dass die Aufschlämmung in ihrem in höchsten Masse fliesfähigen Zustand durch eine bestimmte Form von Scherkrafteinwirkung, wie der Vibration oder dgl. verbleibt. Wenn die Imprägnierung des Schaumstoffs vollständig ist, wird die Einwirkung der Scherkräfte unterbunden. Die innerhalb des Schaumstoffs befindliche Aufschlämmung wird gegen ein Fliessen beständig und verbleibt im wesentlichen vollständig darin, höchstens mit einem ganz geringen Verlust infolge Abtropfens xirährend des anschliessenden überführens des Schaumstoffs aus dem Imprägnierungsbereich.

Wenn die Imprägnierung des Schaumstoff^ mit der Aufschlämmung abgeschlossen ist, folgt eine Behandlung, um überschüssige Aufschlämmung aus dem Schaumstoff zu entfernen. Dieses Ent-

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/Austreibung
fernen oder / der überschüssigen Aufschlämmung muss sehr

"\m sorgfältig kontrolliert und gleichmässig/ganzen Schaunkörper durchgeführt werden, um einen gleichmässigen keramischen Gegenstand zu erhalten. Wie bereits früher ausgeführt worden ist, sind zahlreiche übliche Verfahren zum Entfernen von Aufschlämmung aus imprägnierten Schaumstoffen bekannt, jedoch liefern Verfahren, einschliesslich Abquetschen, Ausblasen mit Druckluft, Zentrifugieren und sogar Durchleiten durch Walzen, in dieser Hinsicht keine befriedigenden Ergebnisse. Gewöhnlich besitzen in dem Falle, in dem die erhaltenen Gegenstände durch Walzen geführt

diese
werden, /entweder den Nachteil einer Blockierung in der Mitte,

in der überschüssige Aufschlämmung verbleibt, und innerhalb der Mitte des Gegenstands agglomeriert, oder sie zeigen eine äussere Oberflächenschwäche, wobei eine ungenügende Menge an keramischem Material nach dem Austreiben an der Oberfläche verbleibt und dadurch den Gegenstand mechanisch schwächt.

Gemäss vorliegender Erfindung ist gefunden vzorden, dass ein Austreiben vorteilhafter unter Erzielung gleichförmiger poröser Keramikwerkstücke durchgeführt wird, indem ein Verfahren angewendet wird, nach dem der imprägnierte Schaumstoff mindestens zweimal durch fest eingestellte Walzen geführt wird, um ein Zusammenpressen dieses Schaumstoffs in einem Bereich von etwa 50 bis 90 % seiner Dicke beim ersten Durchgang und 70 bis 90 % der Dicke beim zweiten Durchgang zu bewirken. So führt ein mehrmaliger Walzendurchgang, der bei gleichen oder erhöhten prozentualen-Stauchungen durchgeführt wird, zu keramischen Werkstücken, die eine erhöhte Festigkeit besitzen und frei

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von einer Blockierung in der Mitte des Schaumstoffes sind. Weiterhin bietet die Anwendung eines mehrfachen "alzendurchgangs eine sorgfältige Kontrolle der Durchlässigkeit des keramischen Fertigprodukts, v/as besonders kritisch ist, wenn derartige Werkstücke zur Verwendung als Filter für geschmolzene Metalle hergestellt v/erden.

Ein weiterer bedeutsamer Gesichtspunkt bei der Austreibtechnik nach vorliegender Erfindung besteht darin, von der thixotropen Art der Aufschlämmung bei der Walzenbehandlung Gebrauch zu machen. Da die Aufschlämmung unter hohen Schergeschwindigkeiten frei fliesst, jedoch tatsächlich statisch bleibt j v/enn der Einfluss der Scherwirkung aufhört, steht eine genaue Kontrollmöglichkeit über das Entfernen der Aufschlämmung zur Verfügung, nämlich durch eine Steuerung des Walzenspalts (prozentuale Verminderung),der Walzen geschwindigkeit und/oder des Walzendurchmessers. Insbesondere bestimmen die Steuerung des Walzenspalts und der Walzengeschwindigkeit das Ausmass

der Einwirkung der Scherkräfte auf die Aufschlämmung und somit das Ausmass des Entfernens der Aufschlämmung und die Geometrie seiner Neuverteilung auf das Netzwerk des durch die Walzen geführten Schaumstoffs.

Die bevorzugte Walzentechnik vorliegender Erfindung verwendet das Zweigangschema, obwohl ein Mehrgangsehema in bestimmten Fällen wünschenswert sein kann, nämlich wenn die Schaumstoffe eine Dicke über 5 cm besitzen.

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Es ist bereits früher vermerkt worden, dass die jeweiligen prozentualen Zusammendrückungen, die mittels des Zv/eigangschemas bestimmt worden sind, 50 bis 90 % für den ersten Durchgang und 70 bis 90 % für den zweiten Durchgang betragen. Die bevorzugten prozentualen Zusammendrückungen innerhalb der vorgenannten Bereiche sind 70 bis 80 % für den ersten Durchgang und 70 bis für den zweiten Durchgang.

Das Austreiben kann mit üblichen Walzgerüstapparaturen durchgeführt werdenj die aus zwei zusammenwirkenden Walzen bestehen. Somit wird der Schaumstoff ein erstes I-Ial durch das Walzgerüst geführt werden und danach für den zweiten Durchgang rückgeführt v/erden. In demjenigen Falle, wo der zweite Durchgang bei einer unterschiedlichen prozentualen Zusammendrückung durchgeführt werden muss, könnten zwei Walzgerüste zweckmässig sein, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind und von dem Schaumstoff durch die jeweiligen Einstellungen in aufeinanderfolgender Weise durchlaufen vier den. Eine weitere Möglichkeit, aufeinanderfolgende Walzenspalteinstellungen zu schaffen, besteht darin^einen einzigen Durchgang durch einen Walzenstuhl mit drei Walzen mit den jeweiligen aufeinanderfolgenden Walzenspalteinstellungen vorzusehen. Diese Technik liefert die Vorteile eines Zweigangschemas in einer einzigen Arbeitsstufe unter Verwendung lediglich eines einzigen Walzgerüstes.

Die verwendeten Walzen können vorteilhaft mit Substanzen, wie Sand,

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Kies oder dgl., beschichtet sein, um die Reibung zwischen dem Schaumstoff und den Walzen zu erhöhen und dadurch einen Schlupf beim Walzen zu verhindern oder auf ein möglichst geringes !lass herabzusetzen. Ein weiteres Ilerkmal der bei der Austreibung der Aufschlämmung angewendeten Vorrichtung besteht in einem am Austritt an den Walzgerüsten angeordneten beweglichen Rolltisch, um den frisehgewalzten Schaumstoff, wie er herauskommt, abzustützen und vielter zu fördern. Insgesamt kann die Anwendung von beschichteten Walzen und eines beweglichen Rolltisches

und
dazu dienen, die Unversehrtheit/ die Gleichförmigkeit der Struktur

und Gestalt des gewalzten Produkts zu fördern, da sie unerwünschte Verformungswirkungen verringern und eine unnötige Handhabung des porösen Gegenstands auf ein Mindestmass herabsetzen, die Verteilung der Aufschlämmung beeinträchtigen könnte.

Wie bereits ausgeführt worden ist, hat ein mehrfacher Walzendurchgang den Vorteil eines unerwarteten Anstiegs der Durchlässigkeit beim porösen Endprodukt. In dem Falle,wo zwei Durchgänge durch die Walzen bei gleicher prozentualer Zusammendrückung durchgeführt werden, ist die Durchlässigkeit des Endprodukts um 30 bis 50 % erhöht. Dieser Anstieg ist bemerkenswert insofern, als das Durchgangsschema zu einer gleichmässigeren Verteilung der Ausschlämmung und schliesslich zu festeren und gleichförmigeren Gegenständen führt, als sie mittels vergleichbarer Zusammendrückungen bei einem einzigen Durchgang erhältlich wären. Weiterhin ergeben die durchgeführten Durchgangsschemata, bei denen der zweite und der nachfolgende Walzendurchgang von einer prozentual höheren

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Zusammendrückung sind als der erste Durchgang einen Durchlässigkeitsanstieg von mehr als 100 % gegenüber einen Zusammendrückungsschema mit nur einem einzigen Durchgang.

Sobald die Austreibung der überschüssigen Aufschlämmung beendet ist, können die erhaltenen Schaumgefüge getrocknet und gegebenenfalls gebrannt werden, um gesinterte poröse Keramikgegenstände zu schaffen. Die Trockenstufe wird primär dazu angewendet, um den organischen Schaumstoff aus dem Gegenstand zu entfernen. Im allgemeinen können übliche Trocknungsverf^oVi^en

angewendet werden, jedoch ^{ist zu} berücksichtigen, dass eine zweckmässige Erhitzungsgeschwindigkeit

die durch die Oxydation des Schaumes selbst hervorgerufene Wärme berücksichtigen muss. Die Wirkung dieser Erscheinung ist besonders bemerkenswert beim Erhitzen umfangreicher Schaummassen, wo ein bedeutendes Volumen des Erhitzungsaus ge füllt raumes vom Gegenstand selbst/sein kann. In derartigen Fällen kann es erforderlich sein, das Material auf einer Temperatur im Bereich von 200 bis 370 C zu halten, um ein übermässiges Aufheizen zu vermeiden, das sich aus der chemischen Reaktion ergibt, was ein Brechen der keramischen Pasern unter thermischer Beanspruchung verursachen kann. Die genaue Tempera- . tür wird durch den verwendeten besonderen organischen Schaumstoff bestimmt und braucht hier nicht näher erläutert zu v/erden.

Wie schon ausgeführt worden ist, kann der keramische Schaum gegebenenfalls weiterhin wärmebehandelt oder gebrannt werden, um die keramischen Teilchen zu einem in hohem Masse feuerfesten

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Gefüge zu sintern. Wie weiter vorne angegeben ist, ist

/Massnahr.e
diese / fakultativ, beispielsweise bei der Anwendung der porösen Gegenstände vorliegender Erfindung als Filter für geschmolzenes Aluminium. In diesem Falle ist gefunden worden, dass das geschäumte Material lediglich eines Erhitzens auf eine Temperatur von 5^0 bis 600°C bedarf, um die OTanische Komponente

zum zu entfernen. Der erhaltene Gegenstand ist als solcher geeignet/

Einsatz bei Schmelzen von Aluminiumlegierungen bei Temperaturen

schon bis. 76O C. In einem solchen Falle würde/ein in Luft abbindendes Mittel oder ein Bindemittel die erforderliche Festigkeit bei dem Gegenstand schaffen, und es würde keine vollständige Sinterbehandlung erforderlich sein.

Bei Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann man poröse keramische Gegenstände mit einer Dicke von 6 bis 100 mm

/Oberflächenausdehnung ρ

und einer / bis zu etwa 1 m oder sogar noch darüber herstellen. Die porösen Gegenstände besitzen, bezogen auf den eingesetzten rohen Schaum, eine Porenzahl von etwa 2 bis 20 Poren

-7 je 1 cm Länge, Durchlässigkeiten im Bereich von etwa 100 χ 10 'cm

-7 2 3 3

bis 10000 χ 10 ' cm und Raumgewichte von 0,2 g/cm bis 1 g/cm .

In dem Falle, in dem die porösen Gegenstände vorliegender Erfindung als Filter für geschmolzene Metalle eingesetzt werden,

Werte -7 2

können die Luftdurchlässigkeit/von etwa ¹JOO bis 8OOO χ 10 cm

Werte erreichen./

und die Porenanzahl/von etwa 2 bis 18 Poren je 1 cm Länge/ Natürlich können sowohl

die Durchlässigkeiten als auch die Porengrössen variiert werden, um sich der jeweiligen besonderen Art des beabsichtigten Ver-

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5 z\;e cl:s des/

/ Gegenstands anzupassen. So können beispielsweise

verhältnismässig feinporige Filter hergestellt werden, die eine

— 7 2

Luftdurchlässigkeit von Ί00 bis 2500 χ 10 cm und eine Porenanzahl von 8 bis 18 Poren je 1 cm Länge besitzen. Derartige Gegenstände sind vorteilhaft beim Filtrieren von Aluminiumlegierungen der Reihe 5000. Wenn jedoch im Falle des Filtrierens von geschmolzenen Metallen das eingebrachte Metall besonders stark verunreinigt ist, würde man zuerst das Metall durch ein verhältnismässig grobporiges Keramikfilter mit einer Porenanzahl zwischen 2 und 8 Poren je 1 cm Länge und einer Luftdurchlässigkeit von 2500 bis 8000 x. lCT^cm filtrieren. Dies kann man durch Verwendung eines einzigen Filters mit einer Abstufung der Eigenschaften oder durch Verwendung einer Reihe von Filtern unterschiedlicher Porosität erreichen.

Das Verfahren vorliegender Erfindung ermöglicht die genaue Kontrolle der Durchlässigkeit des erhaltenen porösen Keramikgegenstandes. Weiterhin zeigen nach vorliegender Erfindung hergestellte keramische Schäume eine strukturelle Gleichförmigkeit, da weder eine Blockierung in der Mitte des keramischen Körpers noch eine Schwächung an den äusseren Oberflächen zu verzeichnen ist. Wenn die Gegenstände vorliegender Erfindung bei der Filtrierung von geschmolzenem Metall eingesetzt v/erden, ist gefunden worden, dass sie erfolgreich der Beanspruchung durch

einen Metallfluss ohne Verstopfungen (Blockierungen) oder Brüchen widerstehen und dass die erhaltenen Metallfiltrate eine unerwartet verbesserte Reinheit besitzen.

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Das erhaltene Endprodukt ist ein verbundenes poröses keramisches Material mit einer offenzelligen Struktur, die durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen und durch ein keramisches ITetzwerk umgebenen Hohlräumen charakterisiert ist, wobei das poröse Material die vorstehend angegebenen Eigenschaften besitzt: Wenn nan ein einziges poröses Filter mit einer Abstufung der Eigenschaften von grob zu fein durch die Dicke des Filtermaterials hindurch wünscht, kann man zwei oder mehrere Platten Polyurethanschaum mit in geeigneter Weise unterschiedlichen Porengrössen kombinieren. Selbstverständlich kann der poröse Keramikgegenstand jede gewünschte Konfiguration aufweisen, je nach der Konfiguration, die für das Filtrieren des jeweiligen geschmolzenen Metalls erforderlich ist. Obwohl natürlich diese Konfigurationen vielfach und zahlreich sein können, können einzelne Konfigurationen zum Filtrieren in ^der Transportrinne zwischen einem Ofen und Giessformen beim Filtrieren von geschmolzenem Aluminium bevorzugt sein. Eine grosse Anzahl von geeigneten Konfigurationen kann in'einfacher und üblicher Weise im Hinblick auf die durch das hier angewendete Herstellungsverfahren sich bietende Flexibilität hergestellt v/erden. Es ist ein besonderer Vorteil bei dem porösen keramischen Material vorliegender Erfindung, dass der keramische Schaum eine be-

um

friedigende Festigkeit aufweist/einem Angriff durch geschmolzenes Metall zu widerstehen, und ebenfalls ist es vorteilhaft, dass keine übermässigen Giessköpfe von geschmolzenem Metall erforderlich sind, um das Filtrationsverfahren in Gang zu setzen.

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Wie vorstehend angegeben worden ist, stellt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Filtrieren von geschmolzenem Metall durch ein verfügbares Keramikfilter zur Verfugung, das dadurch gekennzeichnet ist., dass man geschmolzenes Metall durch das keramische Material mit einer Geschwindigkeit von 12,5 bis

-ζ ρ

125 dnr je dm Filterfläche je Minute und vorzugsweise von 25 bis

■τ. ■ 2
75 dm je dm Filterfläche je Minute für Aluminium giesst. Die Metallfliessgeschwindigkeiten bei normalen Aluminiumgiessverfahren variieren von einem Minimum bei etwa 90 kg je Minute bis zu einem Maximum über 900 kg Metall je Minute mit einer typischen Fliessgeschwindigkeit einer Metallmenge von etwa 225 kg je Minute. Gemäss vorliegender Erfindung sind die keramischen Materialien vorliegender Erfindung sehr gut geeignet, unter Anwendung der vorbeschriebenen Fliessgeschwindigkeit der Metallmassen erfolgreich zu arbeiten. Gewöhnlich sollte die besonders spezifische Fliessgeschwindigkeit für Aluminium

2 innerhalb des Filters 35 kg Metall je dm des Filterquerschnitts je Minute nicht übersteigen und vorzugsweise sollte sie unter

2
21 kg je dm je Minute betragen. Höhere Fliessgeschwindigkeiten durch das Filter als vorstehend angegeben.ergeben bei den Filterdurchläufen zuviele unerwünschte nichtmetallische Anteile bei einer Erzeugung von hochwertigem Blech. Die untere Grenze wird durch die praktischen Grössenerwägungen bestimmt und würde unpraktisch grosse Filter erfordern, um Fliessgeschwindigkeiten von Metallmassen über 450 kg je Minute zu

oder handhaben, d.h. dass das keramische Filter über 114 cm im Quadrat/

2
130 dm erfordern würde. Ein typisches Filter vorliegender Erfindung kann deshalb derart definiert werden, dass es 40 cm im

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Quadrat oder etwa l6 dm auf v/eist und für einen Durchsatz von 225 kg Metall je Minute bei einer spezifischen Fliessge-

2
schwindigke.it von IH kg je dm je Minute angelegt ist.

Zusätzlich zu den vorstehenden Ausführungen ist die Qualität des eingegebenen Metalls eine bedeutsame Variable. Wenn das eingegebene Metall besonders stark verunreinigt ist und wenn ein bevorzugtes, verhältnismässig feinporiges Filter verwendet wird, verstopft dieses Metall sehr rasch das Keramikfilter vorliegender Erfindung. Die Qualität des Austrass,d.h. das erhaltene filtrierte Metall.ist eine Funktion der Qualität der zugeführten Menge. Somit sollte eine "linde st-Einspeisungsqualität zur Verfügung gestellt werden, um eine gute Qualität des Austrags zu sichern. Um eine gute Austragscmalität zu gewährleisten kann man nach vorliegender Erfindung das geschmolzene Metall zuerst durch ein verhältnismässig grobporiges Keramikfilter und optimal eine Reihe von porösen Filtern mit abnehmender Porosität verwenden. Somit würde, wie eingangs angegeben, gemäss vorliegender Erfindung eine typische Erstfiltrationsstufe ein Verhältnismässig grobporiges Keramikfilter mit einer Porengrösse zwischen 2 und 8 Poren je 1 cm Länge, mit Luftdurchlässigkeiten von 2500 bis 8000 χ ΙΟ*"' cm , Porositäten oder Hohlraumanteilen zwischen 0,90 und 0,95, Raumgewichten zwischen 0,20 und 0,35 und Dicken von 10 bis 100 mm umfassen; Eine Reihe derartiger Filter mit abnehmender Durchlässigkeit ist besonders geeignet. Gegebenenfalls kann ein einziges Vorfilter oder ein einziges Filter vorliegender Erfindung mit einer Abstufung der Eigenschaften von grob (hohe

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Durchlässigkeit) bis fein (niedrige Durchlässigkeit) durch seine Dicke hindurch verwendet werden.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Es wird ein Polyurethanschaum mit einer Dicke von etwa 5 cm vorgesehen. Dann wird eine wässrige keramische Aufschlämmung mit folgender Zusammensetzung zubereitet: hj % kl^O , 13 % Cr^O , 3,5 % Kaolin, 1 % Bentonit und^ als wässrige Lösung mit einer gleichen Menge VJasser zugegeben. 1^,5 % kolloidales Aluminium-

Schlicker/ orthophosphat. Die Aufschlämmung bzw. der / enthält 82 % Peststoffe und 18 % Wasser. Der Schaumstoff wird in die Aufschlämmung getaucht und darin geknetet, um die Luft zu entfernen und praktisch alle Hohlräume mit der Aufschlämmung zu füllen und auch das Netzwerk des Schaums mit der Aufschlämmung zu überziehen. Der erhaltene imprägnierte Schaumstoff wird aus der Aufschlämmung entnommen und einem Druck durch fest eingestellte Walzen unterworfen, um etwa 80 % der Aufschlämmung aus dem Schaumstoff abzuquetschen,indem der imprägnierte Schaumstoff durch die vorher eingestellten Walzen geführt wird. Der Schaumstoff springt in seine ursprüngliche Dimension zurück, nachdem er die Walzen passiert hat, und weist nunmehr ein Polyurethannetzwerk auf, das mit einem im wesentlichen gleichmässigen Rückstand der keramischen Aufschlämmung beschichtet ist. Das Material wird eine Stunde bei 125°C in einem Ofen getrocknet,

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dann langsam bei einer Wärmeaufnahmegeschwindigkeit von 0,5⁰C je Minute auf 50O⁰C erhitzt, um das V/asser auszutreiben und die Polyurethanfasern zu. verflüchtigen und/oder zu verbrennen, ohne dass das keramische Material zusammenfällt und ohne dass die keramische netzartige Konfiguration zerstört wird. Der Schaum wird eine Stunde bei 500⁰C gehalten und anschliessend auf I35O C mit einer Geschwindigkeit von 1°C je Minute erhitzt, dann 5 Stunden bei 1350 C gehalten, um die keramischen Teilchen sintern zu lassen und dadurch ein offenzelliges poröses Keramikmaterial mit einer Konfiguration des ursprünglichen Polyurethanschaums zu erzeugen. Die Eigenschaften des erhaltenen Schaums sind wie folgt:

Durchlässigkeit 1425 x 10~⁷ cm²

Porosität 0,87

Porengrösse 12 Poren je 1 cm Länge

Dicke 5 cm

strukturelle .

Gleichförmigkeit ausgezeichnet

Beispiel 2

225OO kg einer Charge einer Aluminiumlegierung 5252, die 2,3 % Magnesium, 0,04 % Silicium, 0,05 % Eisen und 0,06 % Kupfer _ — enthält, wird in einem mit Gas beheizten Siemens-Martin-Ofen erschmolzen, durch den in üblicher Weise Chlor als Schmelzmittel durchgeleitet wird. Dieses unfiltrierte Metall wird dann in drei Walzbarren mit jeweils 4500 kg Gewicht und einem Querschnitt

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von 50 χ 135 cm gegossen.

Eine zweite Charge der gleichen Zusammensetzung wird erschmolzen und zum Giessen nach der gleichen Praxis vorbereitet, jedoch mit der Ausnahme, dass das Metall mit einer Geschwindigkeit von 14 kg/dm /Minute durch das pemäss Beispiel 1 hergestellt-?

und in einem Eingiessbehälter angeordnete Keramikfilter geleite'/, bevor das Metall in Walzbarren gegossen wird. Es ist lediglich eine Metallsäule von 15 cm erforderlich, um das Filter in Betrieb zu setzen und während des Giessens baut sich eine laufende Verlusthöhe von 0,3 bis 2,5 cm auf, nachdem 13500 kg Metall durch das Filter filtriert worden sind.

Druckfilterprüfungen beziehen sich auf das Metall, das einmal vom Eingang und Ausgang des Filters während des Giessens des filtrierten Metalls und zum anderen vom Eingiessbehälter während des Giessens des unfiltrierten Metalls entnommen worden ist. Die Filtrierwirkung des porösen Keramikfilters aus dem

nach
Schaum / vorliegender Erfindung erweist sich als ausgezeichnet.

Querschnitte der Druckfilterplatte aus dem unfiltrierten Metall werden mit Querschnitten der Druckfilterplatte aus dem filtrierten Metall verglichen. Diese Querschnitte zeigen in ein- ■ deutiger Weise, dass kein oder nur ein sehr geringer Rückstand in dem mit dem erfindungsgemässen porösen keramischen Filter filtrierten Metall vorhanden ist. Demgegenüber liegen beträchtliche Rückstandsmengen in dem Querschnitt der Druckfilterplatte aus dem unfiltrierten Metall vor. In gleicher Weise wird eine

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- HO -

Druckfilterplatte am Eingang des porösen Keramikfilter erhalten, die das Vorliegen eines beträchtlichen Filterrückstands zeigt. Dies zeigt deutlich die Wirksamkeit des porösen Keramikfilters vorliegender Erfindung.

Die vorstehend beschriebene Druckfilterprüfung stellt ein Verfahren zum Konzentrieren und Prüfen der nichtmetallischen Teilchen in einer Probe von 9 bis 11,3 kg geschmolzenem Aluminium dar. Das geschmolzene Aluminium bei dieser Prüfung wird vorsichtig in einen vorerhitzten 11,3 kg fassenden Ton-Grafit-Tiegel geschöpft, in dessen Unterteil ein J>Q mm im Durchmesser messender 3 mm dicker aus porösem Siliciumdioxid bestehender scheibenförmiger Boden eingesetzt ist. 90 % des Metalls wird unter Anwendung von Druckluft durch die Scheibe gepresst, und das restliche Metall verfestigt sich in situ. Dann werden die Scheibe und das angrenzende Metall zerschnitten, poliert und mittels üblicher metallographischer Techniken geprüft, um die Menge der ausgefilterten nichtmetallischen Anteile sichtbar v/erden zu lassen.

Beispiel 3

Die nach dem Beispiel 2 hergestellten Barren werden auf 0,75 mm

/im aufgerollten Dicke heruntergewalzt, und dann werden Blechproben / Band von den Stellen entsprechend den Kopf- und Pussabschnitten der Barren geprüft, um ein Anzeichen von linearen Fehlern je Flächeneinheit des Bleches aufzuzeigen. Bei dem aus dem filtrierten Metall hergestellten Blech ist gefunden worden, dass

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-Hl-

es etv;a zehnmal weniger lineare Fehler enthält als das aus der. unfiltrierten Metall hergestellte Blech, wie aus der nachstehenden Tabelle I hervorgeht. Dies ist ein weiteres starkes Anzeichen für die Wirksamkeit des porösen Keramikfilters vorliegender Erfindung.

Darüber hinaus wird das gemäss Beispiel 2 verwendete erschöpfte poröse Keramikfilter metallographisch untersucht. Es ist gefunden worden, dass in dem Netzwerk des Filters beträchtliche Oxidschilfer und feine nichtmetallische Teilchen eingefangen worden sind, was einen weiteren Beweis der Filtrierleistung des Filters vorliegender Erfindung darstellt.

Ausserdem werden mechanische Eigenschaften und die Zusammensetzung bei dem filtrierten Metall gemäss vorliegender Erfindung geprüft. Es werden gute mechanische Eigensqhaften erhalten, und es ist gefunden worden, dass sich infolge Verwendung des erfindungsgemässen Keramikfilter keine Metallverunreinigungen im Endprodukt befinden.

Beispiel U

Wie in Beispiel 2 wird eine weitere Schmelze von 22500 kg der Aluminiumlegierung 5252 hergestellt. In diesem Falle wird das Metall durch ein tafelförmiges Bett von Aluminiumoxid nach der üblichen Praxis filtriert, bevor es zu Vergleichszwecken in Walzbarren gegossen wird. Die derart gegossenen Barren vrerden auf eine Blechdicke von 0,75 mm heruntergewalzt, und es werden

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Proben aus denjenigen Stellen bei der erhaltenen Rolle entnommen, die dem Barrenfuss, einer 50 cm vom Barrenfuss entfernten Stelle und dem Barrenkopf entsprechen. Diese Proben werden geprüft, um Anzeichen von linearen Fehlern aufzuzeigen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in der nachstehenden Tabelle I zusammen mit denjenigen Daten angegeben, die mit unfiltriertem lietall und mit dem durch ein Keramikfilter filtrierten Metall nach Beispiel 2 erhalten worden sind. Die Ergebnisse in dieser Tabelle sind als Prozentzahlen angegeben worden, wobei als Bezugsgrösse zu Vergleichszwecken das unfiltrierte Metall verwendet worden ist.

Tabellel Vergleich bezüglich der linearen Fehlerpunkte

50 cm vom Art des Metalls Fuss Fuss entfernt Kopf

unfiltriertes Metall 100 % 100 % 100 %

durch ein Bett filtriertes Metall 150 % 25 % 10 % durch poröses Keramikfilter

filtriertes Metall 10 ? 10 % IQ %

Die Ergebnisse zeigen deutlich die verminderte Güte der Fuss- ■ region des durch Filtrieren mit einem üblichen Bettfilter erzeugten Barrens im Vergleich zu der Güte eines Barrens, der mit einem Filter vorliegender Erfindung erzeugt worden ist.

Beispiel 5

Wie in Beispiel 2 beschrieben wird eine v/eitere 22500 kg Charge der Aluminiumlegierung 5252 hergestellt. Das Metall durchläuft das

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nach Beispiel 1 hergestellte poröse Keramikfilter, das in gleicher V/eise wie in Beispiel 2 beschrieben in dem Eingiessbehälter befestigt ist. Das verwendete Filter ist identisch mit dem des Beispiels 1, jedoch mit der Ausnahme, dass der zur Verfügung stehende Filterbereich um zwei Drittel verkleinert worden·ist, mit dem Ergebnis,·dass die spezifische Fliessgeschwindigkeit des Metalls innerhalb des Filters Ü2 kg/dm /ITinute beträgt, was höher als die spezifische Höchstfliessgeschwindigkeit vorliegender Erfindung ist.

Die erhaltenen Barren werden dann auf eine Dicke von 0,75 mm heruntergewalzt. Es werden Proben entnommen und geprüft, um Anzeichen von linearen Fehlern in der V/eise wie in Beispiel h angegeben aufzuzeigen.Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in der nachstehenden Tabelle II angegeben und werden mit den entsprechenden Untersuchungen verglichen, die an unfiltriertem Metall und solchem Metall durchgeführt worden sind, das durch ein Keramikfilter des Beispiels 2 bei einer Fliessgeschwindigkeit von 14 kg/dm /Minute filtriert worden ist. Die Ergebnisse sind in Prozenten angegeben, wobei als Grundlage für den Vergleich das unfiltrierte Metall angenommen worden ist.

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- ί,ίι -

Tabelle II Vergleich bezüglich der linearen Fehlernunkte

50 cm vom

Art des Metalls Fuss Fuss entfernt Konf

unfiltriertes Metall 100 % 100 % . 100 %

durch poröses Keramikfilter

filtriertes Metall- _kg/dm2_{/Min# ) 10 % 10} % ₁₀ %

durch poröses Keramikfilter

filtriertes Metall_{(1(2 kg/dm}2_{/Mirii} 150} * ₅₀ j _{150 Ä}

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen deutliche die verminderte Güte beim erhaltenen Produkt, wenn man den spezifischen Fliessgeschwindigkeitsbereich vorliegender Erfindung erhöht.

Beispielö

Wie in Beispiel 2 beschrieben wird eine weitere Charge von 225ΟΟ kg Aluminiumlegierung 5252 hergestellt. Das Metall wird durch ein poröses Keramikfilter filtriert, das gemäss Beispiel 1 hergestellt und wie in Beispiel 2 beschrieben in einen Eingiessbehälter eingebaut worden ist. Dieses Filter ist ähnlich vrie das des Beispiels 1 hinsichtlich Zusammensetzung, Dicke und struktureller Gleichförmigkeit doch unterschiedlich in folgenden Eigenschaften:

Durchlässigkeit 2140 χ 10~⁷ cm²

Porosität 0,92

Porengrösse 8 Poren je 1 cm Länge

Ferner beträgt die spezifische Metallfliessgeschwindigkeit bei dem

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- H5 -

Filter etwa 28 kg/dm /IIinute. Somit liegen die physikalischen Eigenschaften des Filters und die Metallfliessgeschwindigkeit innerhalb der V.'erte vorliegender Erfindung, jedoch ausserhalb des bevorzugten Bereichs hinsichtlich Durchlässigkeit, Porosität, Porengrösse und spezifischer Metallfliessgeschwindigkeit bei den Filter.

Die derart hergestellten Barren werden auf eine Dicke von 0,75 mn heruntergewalzt. Dann werden Proben aus den Rollen an Stellen entnommen die den Köpfen und Füssen der 3arren entsprechen. Diese Proben v/erden untersucht, um das Auftreten von linearen Fehlern in gleicher Weise wie in Beispiel Ά beschrieben aufzuzeigen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der nachstehenden Tabelle III angegeben und werden mit den Ergebnissen entsprechender Untersuchungen verglichen, die an unfiltriertem Metall und solchem Metall durchgeführt worden sind, das durch das bevorzugte poröse Keramikfilter des Beispiels 1 filtriert worden ist. Die Ergebnisse sind in Prozenten angegeben, wobei als Grundlage für den Vergleich die Werte des unfiltrierten Metalls verwendet worden sind.

Tabelle III Vergleich bezüglich der linearen Fehlerpunkte

Art des Metalls Fuss Kopf

unfiltriertes Metall 100 % 100 %

filtriertes Metall _{(li| kg/dm}2_{/Min#) 10 % 10 %}

durch poröses Keramikfilter
filtriertes Metall ^ _kg/di

durch poröses Keramikfilter

8 kg/dr

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filtriertes Metall _{m kg/dm}2_{/Hin# ) Ho} , _{β0 %}

Aus den vorstehenden Ergebnissen ist deutlich ersichtlich, dass di; Verwendung eines Filters innerhalb der breiten spezifischen Werte vorliegender Erfindung eine etwa 50prozentige Abnahme hinsichtlich des Auftretens von linearen Fehlern gegenüber einer etwa 90prozentigen Abnahme ergibt, wenn man nach einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung arbeitet.

Gemäss vorliegender Erfindung sind weitere Vorteile und Merkmale des vorgenannten Verfahrens zur Herstellung von Keramikfiltern bei Betrachtung der nachstehenden Ausführungsbeispiele ohne weiteres verständlich.

Beispiel 7 /Polyurethanschaumstoff
Es wird ein / auf Polyesterbasis mit einer Dicke

von 5 cm hergestellt, der 12 Poren je 1 cm Länge und eine Luft-

— 7 2 durchlässigkeit von 4600 χ IO ' cm aufweist. Danach wird eine wässrige keramische Aufschlämmung mit 47 % Aluminiumoxid, 13 % Chromoxid, 3,5 % Kaolin, 1 % Bentonit und 29 % einer 50prozentigen wässrigen Lösung von Aluminiumorthophosphat (= 14,5 % Aluminiunorthophosphat) durch Istündiges Mischen mit 60 UpM in einem 7β,5 Liter fassenden Hobart-Mischer zubereitet. Nach 30 Minuten Mischen wird eine Probe zur Viskositätsuntersuchung entnommen. Diese Probe zeigt, dass die Aufschlämmung eine Viskosität von 25j5 x 10 Centipoise bei 25°C besitzt, gemessen nach einer 20 Minuten dauernden Prüfung bei 20 UpM in einem"Brookfi£ld-RVT-Viscosimeter" _m±t einer Spindel Wr. 6. Eine Probe des Schaumstoffs wird in die Aufschlämmung getaucht und etwa 30 Sekunden wiederholt mittels einer Kolbenvorrichtung zusammen-

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-U₇-

gepresst und wieder ausdehnen gelassen, währenddessen die Aufschlämmung mit 50 Zyklen je Sekunde vibrieren gelassen wird, um die Hohlräume bzw. Poren mit der Aufschlämmung zu füllen. Die derart imprägnierte Schaumprobe wird aus der Aufschlämmung entnommen und durch fest eingestellte Walzen, die mit Sand beschichtet sind, geführt, wobei eine 70prozentige Zusammendrückung hinsichtlich der Dicke erfolgt, um überschüssige Aufschlämmung auszutreiben. Die Walzen besitzen einen Durchmesser von 76 mm und werden mit einer Geschwindigkeit von' 12,5 UpM angetrieben. Die Probe zeigt ein praktisch vollständiges Zurückspringen in den Ausgangszustand nach Beendigung des Walzens.

Die Probe wird dann 1 Stunde bei 65°C und 2 Stunden bei 95°C in einem Ofen getrocknet. Die getrocknete Probe wird dann von 95°C auf 26O°C mit einer stündlichen Erwärmung um 56°C, danach auf eine Temperatur von 315 C mit einer stündlichen Erwärmung um 11°C und schliesslich auf eine Temperatur von 3^5⁰C mit einer stündlichen Erwärmung um 56⁰C erhitzt und danach vier Stunden auf dieser Temperatur gehalten, um die Poyurethanfasern zu entfernen, ohne dass das keramische Netzwerk zusammenfällt. Die niedrige Erhitzungsgeschwindigkeit von 2βΟ auf 315 C ist erforderlich um einen plötzlichen Temperaturanstieg zu vermeiden, der aus der Oxydation des Polyurethans herrührt.

Die erhaltene Probe wird dann in,einem Brennofen gebrannt, wobei Erhitzungsgeschwindigkeiten von stündlich um 56 C auf eine Temperatur von 5¹IO⁰C "und danach stündlich um 22*l°C auf eine Temperatur von 1315°C angewendet werden. Danach wird die Probe

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- 2*8 -

in dem Ofen abkühlen gelassen.

Die gebrannte Probe ist fehlerfrei und zeigt Festigkeit der Oberflächen gegen Abblättern. Die Durchlässigkeit der Probe wird mit 400 χ 10 cm und das Raumgewicht mit 0,7^ g/cm gemessen. Die Masse weist eine gute physikalische Festigkeit auf und zeigt

ρ
einen Bruchmodul von 17,6 g/mm . Ein Zerteilen der Hasse zeigt jedoch, dass sie keine gleichförmige Struktur besitzt, da sie eine Blockierungslinie in der Mitte aufweist, was die Verwendung der Masse bei zahlreichen Anwendungsgebieten, wie ein Filtrieren von geschmolzenem Metall, ausschliesst.

Beispiel 8

Es wird nach der in Beispiel 7 angewendeten Praxis eine weitere Probe hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass eine Änderung hinsichtliches des Prozentwertes bei der Zusammendrückung beim Walzen gemacht wird. In diesem Beispiel wird ein Walzenspalt eingestellt, der eine 86prozentige Zusammendrückung gestattet, was eine bedeutsame Erhöhung gegenüber der des Beispiels 7 bedeutet.

Die gebrannte Probe scheint fehlerfrei ^zu sein, jedoch besitzt sie ziemlich schwache Oberflächen und Kanten, was sie bei einer rohen Handhabung gegen ein Abblättern anfällig macht. Die Durch-

~7 2 lä.ssigkeit der Probe \iird mit ΙβΟΟ χ 10 ' cm und das Raumgewicht mit 0,39 g/cm gemessen. Die Masse besitzt eine adäquate physi-

2 kaiische Festigkeit und einen Bruchmodul von 12,7 g/mm . Beim

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Zerteilen der Masse zeigt sich, dass sie ganz gleichförraig ist, obwohl die äusseren Fasern etwas feiner als die der Masse sind, was die charakteriscischen schwachen Oberflächen erklären würde. Diese grundsätzlich gleichförmige Ilasse würde für Anwendungsgebiete brauchbar sein, wo eine Oberflächenfestigkeit weniger wichtig im Vergleich zu einer Gesamtgleichförmigkeit ist und keine Nachteile darstellt. Die Zerbrechlichkeit der Masse würde sie jedoch weniger geeignet zur Verwendung als Filter, insbesondere für geschmolzenes Aluminium, machen.

Beispiel 9

Nach der in Beispiel 7 beschriebenen Praxis wird eine weitere Probe hergestellt, die einem zweimaligen V.'alzendurchgang unterworfen wird, wobei ein Schema angewendet wird, wobei beim ersten Durchgang eine Zusammendrückung um 75 % und beim zweiten Durchgang um 86 % erfolgt. Dieser doppelte Durchgang liegt innerhalb des Bereichs vorliegender Erfindung.

Die gebrannte Probe fehlerfrei und besitzt feste Oberflächen und Kanten. Es wird eine Durchlässigkeit von 1700 χ 10 cm und ein Raumgewieht von 0,¹Jl g/cm gemessen. Die Masse besitzt eine ausgezeichnete Festigkeit und

einen Bruchmodul von 19 g/mm . Beim Zerteilen der Masse zeigt sich, dass sie ausgezeichnet gleichförmig ist und nur eine massige Anzahl von verstopften Poren aufweist, die sich gleichmassig durch die Masse verteilen. Diese gleichförmige feste Probe würde für kritische Anwendungsgebiete, wie ein Filtrieren

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von geschmolzenen Metall brauchbar sein.

Beispiel 10

Es wird eine weitere Probe aus einem Polyurethanschaumstoff auf Polyesterbasis hergestellt, der eine Dicke von 5 cm und eine Porenanzahl von 12 Poren je 1 cn Länge sowie eine Durchlässigkeit

βΟΟΟ χ 10 ' cm besitzt. Die angewendete keramische Aufschlämmung ist die gleiche wie in Beispiel 7» besitzt jedoch eine Viskosität von 31 x 10 Centipoise infolge des.Zusatzes von etwas Wasser.

Die Schaumstoffprobe wird in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben imprägniert. Es wird ein Austreiben der Aufschlämmung mittels eines zweimaligen Durchgangs durch Walzen durchgeführt, wobei der erste Durchgang mit einer Zusammendrückung um 42 % und der zweite Durchgang mit einer Zusammendruckung um 86 % erfolgt.

Die erhaltene Probe wird getrocknet und gebrannt. Bei der Untersuchung wird beobachtet, dass sie eine Luftdurhhlässigkeit von

—7 2
1700 χ 10 ' cm besitzt. Des weiteren weist die Probe eine gleichförmige Struktur auf, was auf eine Freiheit von Oberflächenzerbrechlichkeit und Blockierung in der Mitte hinweist, so dass sie zum Einsatz als Filter für geschmolzenes Metall geeignet ist.

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Beispiel 11

Es wird nach dem in Beispiel 7 angegebenen Verfahren eine weitere Probe hergestellt, um die vorliegende Erfindung näher zu erläutern. Es wird ein Polyurethanschaurastoff auf Polyesterbasis verwendet, der sich von den zuvor verwendeten Proben dadurch unterscheidet, dass er eine Luftdurchlässigkeit von ^700 χ 10 ' cm besitzt. Auch die keramische Aufschlämmung ist die gleiche, jedoch mit der Ausnahme, dass die Viskosität 25 x 10 Centipoise beträgt.

Wie angegeben, ist die Bearbeitung identisch mit der des Beispiels 7, jedoch mit dem Unterschied, dass Austreiben mittels eines zweimaligen Durchgangs durch Walzen erfolgt, wobei beim ersten Durchgang eine Zusammendrückung um 84 % erfolgt, während beim zweiten Durchgang eine Zusammendrückung von 86 % erfolgt.

Nach dem Trocknen und Brennen ist die erhaltene Probe ebenfalls fehlerfrei und gleichförmig und frei von Oberflächenschwächen- und Blockierungen in der Mitte. Die Probe besitzt

_y ρ

eine Durchlässigkeit von 2650 χ 10 cm und wird als brauchbar zum Einsatz als Filter für geschmolzenes Metall betrachtet.

Wenn nichts anderes angegeben ist, beziehen sich sämtliche Prozentangaben auf das Gewicht.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von keramischen

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/anderen

Schäumen kann in anderen Ausfuhrunpsformen realisiert oder auf/ Wegen durchgeführt werden, ohne sich vom Geist oder wesentlichen Merkmalen der Erfindung zu entfernen. Die vorliegende Ausführungsform muss deshalb in jeder flinsicht als beispielhaft und nicht als einschränkend angesehen v/erden, wobei der Umfang der- Erfindung durch die nachstehenden Ansprüche angegeben ist und alle Änderungen mitumfasst sind, die bedeutungsmässig und umfangsmässig äquivalent sind.

Wie vorstehend ausgeführt worden ist, liefert die vorliegende Erfindung zahlreiche Vorteile beim Filtrieren von geschmolzenem Metall, insbesondere Aluminium. Somit ermöglicht es beispielsweise die Erfindung, dass man geschmolzenes Metall mittels einer in üblicherweise entfernbaren Filterplatte filtriert, die in Filtrierapparate in einfacher Weise und rasch eingesetzt und darauf auch glatt und in üblicher Weise entfernt werden kann. Nach einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung werden, wenn eine poröse keramische Filterplatte vertuende t wird, ausserordentlich hohe Filtrationswirksamkeiten erhalten, und diese Wirksamkeiten v/erden bei Verwendung einer zur Verfügung stehenden Filterplatte erreicht, die glatt und in üblicher Weise eingesetzt und aus der Filtriervorrichtung entfernt werden kann, wie es aus den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich ist, die ^al^s Beispiele verschiedene Änwendungsformen der porösen Keramikfilter und der Gestaltungen dieser Filter zeigen.

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Pig. 1 ist eine Aufsicht einer Filterkanner einschliesslich einer darin im wesentlichen waagerecht angeordneten Filterplatte;

Fig. 2 ist eine Ansicht im Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3A ist eine perspektivische Ansicht einer Filterplatte, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist;

Fig. 3B ist eine perspektivische Ansicht einer modifizierten Filterplatte ähnlich der in Fig. 3A gezeigten Filterplatte;

Fig. 4 ist in einer v/eiteren Ausführungsform eine Aufsicht auf eine Filterkammer mit einer darin im wesentlichen senkrecht angeordneten Filterplatte;

Fig. 5 ist eine Ansicht im Schnitt längs der ■ Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Filterplatte, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist; und

Fig. 7 ist eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform, bei der die Filterplatte oberhalb einer einzelnen Giesstülle angeordnet ist.

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In den Fig. 1 und 2 ist eine Filterkannier gezeigt, wie sie in Umguss-Systemen für geschmolzenes Metall, Giesstiegeln, Giessbehältern, Transportrinnen, Metallbearbeitungsabteilen und dgl. verwendet werden. Die Filtervorrichtung 2 kann gegebenenfalls .aus zv.'oi Abschnitten 2A und 2B aufgebaut sein, die miteinander durch geeignete Mittel, wie (nicht gezeigte) Flansche an Rand verschraubt sind. Die in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte einzelne Filtervorrichtung ist eine Transportrinne, die eine in der Mitte angeordnete Filterkammer 3 aufweist, durch die das beim Einlass H eingespeiste lietall geleitet wird und aus dem Auslass 5 austritt.Das ge-

/θΪΓ.Θ

schmolzene Metall kann beim Einlass h durch geeignete Mittel, wie ~ Giesstülle 6, eingespeist werden. Die Filterkammer 3 weist eine schalenförmig^ Kammer auf, deren Boden unter die Höhe des Einlasses 4 abgesenkt ist, so dass das in die Folterkammer 3 eingespeiste geschmolzene Metall nach unten durch die gemäss vorliegender Erfindung in der Filterkammer angeordnete Filterplatte treten kann. Somit ist die Filterkammer 3 gekennzeichnet durch eine Aussenumrandung 7» die vollständig um den oberen Teil der Filterkammer umläuft. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umgibt der Filterkammerrand7 die Filterkammer an allen Seiten, mit Ausnahme des an den Einlass 4 angrenzenden Bereichs. Die Filterkammerumrandung 7 steht in Verbindung mit der Seitenwand 8, die sich abwärts zum Filterkammerboden 9 erstreckt, der einen rundumlaufenden abgeschrägten Teil oder eine öffnung 10 (Fig. 2) besitzt, die sich um den Rand herum erstreckt und mit der abgeschrägten Wandoberfläche der Filterplatte in Eingriff steht. Die Filterplatte 11 weist eine entsprechend angepasste abgeschrägte Randfläche 12 auf, die mit der abgeschrägten Wandfläche 10 der Filterkammer in Eingriff steht.

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Die abgeschrägte Randfläche des Filters 12 ist mit elastischen Dichtungsmitteln 13 versehen, die gegenüber dem geschmolzenen Metall wiederstandsfähig sind. Die Filterplatte 11 und die Dichtungsmittel 13 sind in die Filterkanmer 3 derart eingesetzt, dass sich der Aufbau der Filterplatte-Dichtungsmittel in die abgeschrägte Wandfläche der Filterkammer einfügt.

V/ie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist somit die Filterplatte im wesentlichen waagerecht in dem Behälter angeordnet. Die Filterplatte weist, wie ersichtlich ist, eine quadratische Form auf, jedoch können für die Filterplatte ohne weiteres beliebige übliche Formen angewendet werden, wie runde, hexagonale oder andere Formen, Die Filterplatte 11 ist im geneigten Teil der Filterkammer oder der Filterschale 3 angeordnet, wie in ihrem Bodenteil 9· Das geschmolzene Metall wird der Filterplatte 11 über den Einlass U in die Filterkammer 3 zugeführt. Das geschmolzene Metall läuft nach unten durch die Filterplatte 11 in die Kammer m unter der Filterplatte 11. Die Filterplatte 11 ist an der richtigen Stelle mittels Dichtungsmittel 13 derart abgedichtet, dass die Filterplatte in einfacher V/eise durch einen senkrecht abwärts gerichteten Druck eingesetzt und durch einen senkrecht nach oben ausgeübten Druck leicht entfernt werden kann. Gegebenenfalls kann die Filterkammer - wie vorstehend ausgeführt worden ist - geteilt und seitlich zum Einbau der abgedichteten Filterplatte in der Filterkammer bewegt v/erden, wobei die Filterplatte mit einer Art Zwinge gehalten wird. Vorzugsweise ist die abgeschrägte Randfläche der Filterkammer 10 unter einem Winkel von 2 bis 20° abgeschrägt und die Filterplatte ist vorzugsweise mit einer abge-

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schrägten Fläche 12 nit einem entsprechenden Winkel von 2 bis 20° versehen. Die Filterplatte 11 ist vorzugsweise in wesentlichen waagerecht und unter einen Winkel von etwa 1 bis 5° abwärts pegen den Metallauslass 5 geneigt angeordnet, um einen Lufteinschluss gegen die Unterseite des Filters zu verhindern. Ausserdem ist der Boden 15 der Kammer 1^]\ unterhalb der Filterplatte 11 vorzugsweise abwärts mit einem Winkel von etwa 1 bis 5° gegen den Auslass 5 geneigt j um das Ablaufen des Metalls während des Betriebs und bei der Beendigung des Giessens oder des Transoorts zu erleichtern.

Gegebenenfalls kann die Filterkammer waagerecht, wie längs der waagerechten Ebene unter dem Boden 9 oder unter einem Winkel unter dem Boden 9 geteilt sein, um insbesondere ein Reinigen der Kammer Ik in einfacher Weise zu ermöglichen. Es kann erwünscht sein, die Richtung der Schräge des abgeschrägten Teils 10 umzukehren, so dass eine einwandfreie Dichtung mittels des Wandteils bei der Kammer bewirkt wird.

Wie aus Fig. 3A ersichtlich ist, weist die Filterplatte 11 der vorliegenden Erfindung eine angepasste abgeschrägte Randfläche 12 auf, mit der die abgeschrägte Fläche 10 der Filterkammer in Eingriff steht. Selbstverständlich werden Änderungen bei der Zeichnung als innerhalb des Umfangs vorliegender Erfindung liegend betrachtet, wie in der Fig. 3B zu sehen ist, in der eine entsprechende ebene Oberfläche um den gesamten Umfang der Filterplatte 11 vorgesehen ist, an die dann die abgeschrägte Fläche 12 angrenzt. Die Fig. 3A und 3B zeigen Filterplatten, bei denen die abgeschrägte Fläche sich um den gesamten Umfang der Platte erstreckt, jedoch ist es zweck-

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massiger vorzusehen, dass sich die abgeschrägte Fläche nicht ganz um die gesamte Fläche ausdehnt, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, bei der sich die abgeschrägte Fläche an zwei Flächen der Platte erstreckt.

Somit ist ersichtlich, dass die Filterplatte vorliegender Erfindung in üblicher Weise bei einer Vielzahl von Anordnungen, einschliesslich Giesstiegeln, Giessbehaltern, Transportrinnen,

Giesstüllen und Metallbehandlungsabteilen, angewendet werden kann. Die Filterplatte darf nicht in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem in Turbulenz befindlichen Fluss des geschmolzenen Metalls angeordnet werden, insbesondere wenn eine solche Turbulenz eine Oxidbildung und ein I-Iitreissen fördert. Dies tritt auf im Falle einer Turbulenz sowohl in aufsteigender als auch in absteigender Richtung des Filters. Die Turbulenz in

/begünstigt aufsteigender Richtung verbunden mit einem Mitreissen von Uxid. 7

·. eine. Kanalbildung beim Filter, eine unwirksame Filtrierung und in schweren Fällen eine vorzeitige Blockierung des Filters. Eine Turbulenz in abwärtsgerichteter Richtung kann den durch das Filter 'erreichten Nutzen zunichte machen und das geschmolzene Metall wiederum mit Oxid oder anderen nichtmetallischen Anteilen beladen, die an der Oberfläche des Metalls vorliegen oder gebildet werden. Häufig auftretende Turbulenzquellen sind Ofenabstichlöcher, Giesstüllen und andere Vorrichtungen, die rasche Änderungen im Fliessquerschnitt und demzufolge einen hohen Geschwindigkeitsgradienten verursachen. Selbstverständlich muss eine besondere Filtereinrichtung sorgfältig ausgewählt werden, uia zu gewährleisten, dass auch daraus keine andere Quelle für Turbu-

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lenz entsteht. Die vorstehenden Betrachtungen hinsichtlich der Turbulenz sind besonders zweckdienlich bei chemisch reaktionsfähigen Metallen, wie Aluminium und Magnesium und ihren Legierungen, die leicht bei Berührung mit Luft oxidieren. Jedoch sind diese Betrachtungen auch bedeutsam bei weniger reaktionsfähigen -I-Ietallen, wie Kupfer und seinen Legierungen. Selbstverständlich stehen auf diesem Gebiet Vorrichtungen zur Verfügung, eine Turbulenz zu mildern, wie z.B. durch in geeigneter VJeise angeordnete Flügel.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass die Filterplatte vorliegender Erfindung üblicherweise ■ im wesentlichen waagerecht angeordnet sein kann. Ausserdem kann die Filterplatte gegebenenfalls im wesentlichen senkrecht oder je nach dem Fluss des geschmolzenen Metalls unter einem Zwischenwinkel anbringbar sein. Die senkrechte Anordnung der Filterplatte vorliegender Erfindung wird nachstehend in einer besonderen Ausführungsform beschrieben. Die waagerecht angeordnete Filterplatte jedoch hat zwei wesentliche Vorteile gegenüber einer senkrecht angeordneten Filterplatte. Als erstes kann durch Anwendung einer bedeutsamen Länge des Giessbehalters öder Länge und Breite eines Giesstiegels ein grosser Filterbereich in einfacher und üblicher Weise angepasst werden. Um andererseits einen grossen Filterbereich bei einer senkrechten Anordnung anzupassen, muss man gewöhnlich zu

einer einem tiefen Behälter, Tiegel oder/tiefen Giesswanne greifen.

Solche geometrischen Schrägungen sind häufig von grosser praktischer Bedeutung, insbesondere wenn eine Anpassung bestehender Giesserleichterungen in Betracht gezogen wird. Der zweite Vorteil bei der waagerechten Filterplatte besteht in der Tatsache,

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dass .sie gewährleistet, dass alle Teile des Filters unter im wesentliehen der gleichen statischen Druckhöhe des Metalls betrieben werden, wohingegen eine senkrecht angeordnete Filterplatte selbstverständlich unter einer von oben nach unten variierenden Druckhöhe betrieben wird. Aus diesem Grunde wird natürlich eine senkrecht angeordnete Filterplatte in ungleichförmiger Weise betrieben. Durch die oberen Teile einer senkrecht angeordneten Filterplatte strömt nicht soviel Metall wie durch.die unteren Teile, und in der Tat können sie nicht überall in Betrieb genommen werden. ■ Darüber hinaus haben Änderungen der Druckhöhe im Aufwärtsstrom des Filters eine stä_r]^_ere Wirkung bei der senkrecht angeordneten Filterplatte als bei einer waagerecht angeordneten Filterplatte, und dadurch kann sich ein vorübergehender und bemerkenswerter Anfangsverlust bei den oberen Teilen der Filterplatte und sogar deren Erstarren ergeben. Um beim Betrieb einen Verlust des Anfangsbereichs auf ein möglichst geringes Mass zu senken, muss die Filterplatte unter einer möglichst geringen Druckhöhe des geschmolzenen Metalls untergetaucht bleiben. Dies ist einfacher mit einer waagerecht angeordneten Filterplatte als mit einer senkrecht angeordneten zu erreichen. Auch kann das Aussetzen von nicht in Betrieb gesetzten Bereichen bei einer senkrecht angeordneten Filterplatte oberhalb der Metalllinie zu einem Brechen der Filterplatte infolge thermischer Beanspruchung durch den unter derartigen Bedingungen erhaltenen hohen Temperaturgradienten führen. Aus den vorgenannten Gründen wird bei vorliegender Erfindung eine waagerecht oder im wesentlichen waagerecht angeordnete Filterplatte bevorzugt.

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- 6ο -

Eine Schwierigkeit bei den waagerecht angeordneten Filterplatten besteht jedoch darin, dass die Luft nur unterhalb dieser Filterplatten entweichen kann. Dies kann in der Folge zu einer Oxidbildung im Abwärtsstron im Filter und zu einer Kanalbildung des Flusses durch die Filterplatte und somit zu einer unter dem Optimum liegenden Filtration führen. Diese Art von Schwierigkeit wird durch die senkrechte Anordnung der Filterplatte vermieden.

Erfindungsgemäss ist gefunden worden, dass die vorstehend genannten Schwierigkeiten bei waagerecht angeordneten Filterplatten grösstenteils auf ein Mindestmass herabgesetzt v/erden können, wobei im wesentlichen alle Vorteile einer waagerecht angeordneten Filterplatte beibehalten werden, indem man die Filterplatte in einem geringen Winkel von 1 bis 5° zur Waagerechten neigt. Eine solche Lage lässt die Luft während der anfänglichen Inbetriebnahme der Filterplatte entweichen, ohne dass die gleichmässige oder im wesentlichen gleichmässige Eintauchtiefe des Filterkörpers aufgegeben wird, wie sie aus einer waagerechten Anordnung resultiert. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, sollte vorzugsweise der höchste Punkt der Oberfläche bei einer waagerecht angeordneten Filterplatte beim äussersten Abwärtsstromende der Filterplatte derart liegen, dass das Entweichen der Luft durch die Ausbreitwirkung des Metallstromes zunimmt. Es ist ersichtlich, dass das Merkmal einer im wesentlichen waagerecht angeordneten, abwärts geneigten Filterplatte in hohem Masse vorteilhaft ist, so dass ausgezeichnete Ergebnisse bei der Anwendung dieses Merkmals erhalten werden können, ohne die Verwendung einer abgeschrägten

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Umrandungsflache, wie beispielsweise unter Verwendung einer geteilten Filterkammer und Zusammenhalten des Filters darin mit einer Art Zwinge. Selbstverständlich muss auch ein geeignetes Dichtungsmittel verwendet werden, und es muss auch der Boden 15 der Kammer 14 unterhalb der Filterplatte 11 wie vorstehend beschrieben vorzugsweise geneigt sein.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine senkrecht angeordnete Filteranordnung in einer Transportrinne nach vorliegender Erfindung. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 wird eine Filterplatte 20 mittels einer Eindämmung 21 aus feuerfestem Material an der richtigen Stelle gehalten und in einen Schlitz in der Filterkammer 23 in die richtige Stellung gebracht. Der Filterkammer 23 wird über den Einlassbehälter 24 geschmolzenes Metall zugeführt, das waagerecht in den Filterkammerschacht 25 und von dort aus durch die Filterplatte 20 in den Auslassbehälter läuft. Die Filterplatte 20 ist in dem Schlitz 22 mittels einer keramischen Filterdichtung 27 abgedichtet, die vollständig die Filterplatte 20 umgibt. Die vorabgedichtete Filterplatte 20 und die Eindämmung 21 sind in dem Schlitz 22 angeordnet und an der richtigen Stelle mittels Keilen 28 versiegelt. Es ist ein Abflussloch 29 vorgesehen, um den Schacht 25 des Metalls nach Beendigung des Giess- oder Transportvorgangs abfliessen zu lassen. Das Abflussloch kann im Betrieb mittels einer Stopfenstange oder anderer üblicher Verschlussmittel, die nicht gezeigt sind, verschlossen werden.

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Die Filterplatte vorliegender Erfindung, als Filterplatte 20, ist ein Kegelstumpf oder ein Segment eines festen Gebildes mit abgeschrägten Seiten, so dass die Randfläche eine abgeschrägte Gestaltung aufweist. Der Filterkammerschacht 25 hat eine entsprechende abgeschrägte Wandooerf lache 30 (Fig. 4) ,die" mit der abgeschrägten Wandfläche 31 der Filterplatte (Fig. 6) in Eingriff steht. Es können Filter bis zu mehreren fentimeter Dicke und mehreren QuadratZentimeter Fläche in üblicher Weise in Behältern nach der vorstehend genannten Art angeordnet werden. Die Eindämmung 21 und die Filterkammer 23 können aus üblichen Baumaterialien hergestellt sein. Der Filterschacht 25 und die entsprechenden Behälterauskleidungen können in üblicher Weise aus giessbaren feuerfesten oder keramischen Platten hergestellt werden. Die Eindämmung 21 und die Keile 28 können aus feuerfesten Presslingen, wie aus "Marinite" , hergestellt sein, wenn das zu filtrierende Metall Aluminium oder eine andere niedrig

/grenzt

schmelzende Legierung ist. Selbstverständlich / das Dichtungsmittel 27 vorzugsweise an die abgeschrägte Filterplattenfläche an. Wie aus den Fig. 4 bis 6 ersichtlich ist, wo die Filterplatte nur an zwei Randflächen abgeschrägt ist, grenzt das Dichtungsmittel vorzugsweise an alle Randflächen der Filterplatte einschliesslich der nicht abgeschrägten Randflächen an.

Die Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer waagerecht gelagerten, kegelstumpfartigen Filterplatten-anordnung, um eine einzige Beschickung der Giesstülle zuzuführen. Bei dieser Einheit ist die Filterplatte 40 in einer Aufweitung 41 in der feuerfesten Grundmasse 42 eines Giesstiegels oder einer Giesswanne 43 ange-

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ordnet. Während des Giessens fliesst das Metall aus den Tiegel 43 senkrecht durch die Filterplatte 40 in den Kanal 44 unter der Filterplatte 40 und somit in die Giesstülle 45, die zu

oder

einem Barren / einem Gussstück darunter führt. Die Filterplatte ist mit einer abgeschrägten Randfläche 46 versehen-, die mit einer entsprechenden abgeschrägten Fläche 47 in der Aufvreitunc 41 in Eingriff steht. Zwischen den entsprechenden abgeschrägten Flächen ist ein elastisches Siegelmittel 48 vorgesehen, so dass das vorher abgedichtete Filter 40 festgelegt ist und durch Druck von oben in ähnlicher Weise wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen an der richtigen Stelle abgedichtet wird. Vorzugsweise sollten bestimmte Mittel vorgesehen sein, um Luftblasen aus dem Filterboden entweichen zu lassen.

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Claims (30)

Patentansprüche

1.j Poröses Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen, die mit einem Netzwerk aus Pleramik umgeben sind, wobei das Filter eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 8000 χ 10~⁷ cm², eine Porosität von 0,80 bis O,95> eine Porenanzahl von 2 bis Poren je 1 cm Länge und eine Dicke von 10 bis 100 mm aufweist.

2. Keramikfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine

—7 2

Luftdurchlässigkeit von 400 bis 2500 χ 10 ' cm , vorzugsweise von 1000 bis 1500 χ 10~^ cm , eine Porosität von 0,80 bis O,95j vorzugsweise von 0,85 bis 0,90, eine Porenanzahl von 8 bis 18, vorzugsweise 10 bis 14 Poren je 1 cm Länge und eine Dicke von 10 bis 100 mm, vorzugsweise 35 bis 65 nun.

3. keramikfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Abstufung der Eigenschaften von grob bis fein durch die gesamte Dicke hindurch aufweist.

4. Keramikfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

es eine Abstufung der Eigenschaften durch die gesamte Dicke hindurch

/aufweist, wobei auf einer Seite des Filters eine Luftdurchlässigkeit von 2500 bis 8000 χ 10"⁷ cm², eine Porosität von 0,90 bis 0,95 und eine Porenanzahl von 2 bis 18 Poren je 1 cm Länge und auf der gegenüberliegenden Seite eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 2500 χ 10~⁷ cm², eine Porosität von 0,80 bis 0,95 und

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eine Porenanzahl von 8 bis 18 Poren je 1 cm Länge gegeben ist.

5. Keramikfilter nach AnsDruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Filter eine Dichte von unter 30 % der theoretischen Dichte des keramischen Materials gleicher Grosse hat und das poröse keramische Filter die folgende Zusammensetzung aufvreist: kO bis 95 % Al₂O₃, bis zu 25 % Cr₃O₃, ^{0)1 bis 12} * Glühprodukte von Bentonit und/oder Kaolin sowie 2,5 bis 25 % Glühprodukte eines in Luft abbindenden Mittels, das im wesentlichen indifferent gegenüber dem geschmolzenen Metall ist, vorzugsweise Aluminiumorthophosphat.

6. Keramikfilter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 45 bis 55 % Al₃O .

7. Keramikfilter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 10 bis 17 % Cr₃O-.

8. Keramikfilter nach Anspruch 5_} gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,5 bis 5 % Glühprodukte von Bentonit und/oder Kaolin,

9. Keramikfilter nach Anspruch 5> gekennzeichnet durch einen Gehalt von 12 bis 17 % Aluminiumorthophosphat.

10. Keramikfilter nach Anspruch 1 in Form einer Platte mit einer abgeschrägten Randfläche, die mit der entsprechenden Randfläche bei einer Filterkammer so im Einklang angepasst ist, dass die Platte entfernbar ist.

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11. Keramikfilter nach Anspruch 1O₃ dadurch gekennzeichnet, dass an die abgeschrägte Randfläche ein elastisches Dichtungsmittel geklebt ist.

12. Keramikfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Randfläche in einem Winkel von 2 bis 20° abgeschrägt ist.

13. Keramikfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die abgeschrägte Fläche um den gesamten Umfang der Platte erstreckt.

IH. Keramikfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die abgeschrägte Fläche über zwei Flächen der Platte erstreckt.

15. Keramikfilter nach Anspruch 1O₃ dadurch gekennzeichnet, dass die Filterplatte eine ebene Fläche um den gesamten Umfang der an die abgeschrägte Filterplattenfläche angrenzt, aufweist.

16. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Schaums, insbesondere eines porösen keramischen Filters mit offener Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit einer definierten Durchlässigkeit und einer strukturellen Gleichförmigkeit/ dadurch gekennzeichnet, dass man einen Schaum mit schwammartiger Gerüststruktur aus einem hydrophoben, organischen Polymerisat mit einer vorbestimmten Durchlässigkeit und Rückprallelastizitat mit einer wässrigen Aufschlämmung einer thixotropen keramischen Zusammensetzung mit einer Viskosität im Bereich von 1 χ 10 bis 80 χ IO Centipoise,

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vorzugsweise 10 χ 10 bis HO χ 10 Centipoise, in einer zur höchstmöglichen Imprägnierung und vollständigen Sättigung des Schaumstoffes ausreichenden Menge imprägniert, währenddessen man die Aufschlämmung einer Einwirkung von Scherkräften unterwirft, danach überschüssige Aufschlämmung von dem Schaumstoff abstreift, indem man den imprägnierten Schaumstoff mindestens zweimal durch fest eingestellte Walzen führt und dabei eine zeitweilige Zusammendrückung um etwa 50 bis 90 %₃ vorzugsweise 70 bis 80 %> bei einem Durchgang und 70 bis 90 % beim anderen Durchgang ausübt und schliesslich den Schaumstoff trocknet und zum Entfernen der organischen Substanz daraus erhitzt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass man einen organischen Schaumstoff verwendet, der eine mittels der Kugelrückprallprüfung, gemessene Rückprallelastizität von über 25 %» eine Zusammendrückbarkeit von unter 30 % bei 50 % Zusammendrückung und eine Porenanzahl von 2 bis 20 Poren je 1 cm Länge besitzt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass

man als Schaumstoff Polyurethane auf Basis von Polyestern und/oder Polyäthern, von Polyvinylschaumstoffen und Schäumen aus Cellulosederivaten verwendet.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass

man eine wässrige Aufschlämmung verwendet, die eine keramische

der Gruppe: Zusammensetzung enthält, bestehend aus/Aluminiumoxid, Chromoxid,

Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid, Siliciumoxid, Mullit,

gebranntem Ton, bei hohen Temperaturen erweichende Gläser und/oder deren Gemische sov/ie als luftabbindende Mittel kolloidales Aluminiumorthophosphat, Alkalimetallsilicate, Äthylsilicat,

oder Aluminiunhydroxychlorid, Magnesiuinorthoborat und/deren Gemische in einer Meηpe von 2,5 bis 25 %, bezogen auf die Gesamtaufschlämmung, und als Theologisches Mittel organische Cellulosederivate, Bentonit, Kaolin und /oder deren Gemische in einer Menge von 0,1 bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf die Aufschlämmung.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass

man eine Aufschlämmung verwendet, die etwa kO bis 95 % Aluminiumoxid, bis zu 20 % Chromoxid, Aluminiumorthophosphat in einer Menge von 2 bis 25 %₃ Kaolin in einer Menge bis zu etwa 10 % und Bentonit in einer Menge bis zu etwa 10 % enthält.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Aufschlämmung verwendet, die 40 bis 50 % Aluminiumoxid, 10 bis 15 % Chromoxid, 12 bis 18 % Aluminiumorthophosphat, 2 bis 15 % Kaolin und 0,5 bis 2 % Bentonit enthält.

22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass man die Imprägnierung derart durchführt, dass man den Schaumstoff unter Druck in die Aufschlämmung eintaucht und anschliessend den Druck aufhebt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass man den Druck mittels eines Walzenpaares ausübt, da3 innerhalb

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der Aufschlämmung angeordnet ist.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass

man das Zusammendrücken durc¹- wiederholtes Drucken und Ausdehnenlassen des Schaums während einer Zeitdauer von 30 bis 60 Sekunder: durchführt.

25. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass man den Schaumstoff dadurch imprägniert, dass man auf den Schaum einen Unterdruck ausübt, während der Schaum auf der gegenüberliegenden Seite mit der Aufschlämmung in Berührung steht.

26. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aufschlämmung mittels mechanischer Bewegung der Einwirkung von Scherkräften unterwirft.

27. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bewegung mittels Hochgeschwindigkeitsrühren erzeugt.

28. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bewegung durch Hochgeschwindigkeitsvibrieren der
Aufschlämmung erzeugt.

29. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass man das imprägnierte Material einer Trockenstufe bei einer
Temperatur bis zu 600°C, vorzugsweise von etwa 200 bis 37O°C, aussetzt.

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30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass man den imprägnierten Schaumstoff weiter erhitzt auf Tenroeraturen von etwa 1100 bis l400°C, vorzugsweise 1300 bis l400°C und dabei die keramische Zusammensetzung sintert.

3I.Verwendung der porösen keramischen Filter nach den Ansprüchen 1 bis 30 zum Filtrieren von geschmolzenen Iletallen, insbesondere von geschmolzenem Aluminium.

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