DE2720276A1 - Nicht-zerbrechliche aluminiumoxid- kieselsaeure-fasern - Google Patents

Description

IBERLIN S3 Auginto-ViktortarStraB·ββ P.I.-AI». Df. Ina. Ruwhk.

Telefon: ow/

TdagnuMH-Adr····: Quadratur Berlin TELEX: 1«37ββ

PATENTANWÄLTE

BERLIN - MÖNCHEN

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M 3797

Minnesota Mining and Manufacturing Company, S int Paul, Minnesota

55I0I, V. St. A.

Nicht-zerbrechliche Aluminiumoxid-Kieselsäure-Pasern

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Die Erfindung bezieht sich auf feuerfeste Fasern aus Aluminiumoxid und Kieselsäure (SiO₂), auf ein iMicht-Glas- Verfahr en zur Herstellung der Fasern und auf Gegenstände, die aus den Fasern bestehen oder diese Fasern enthalten, wie z.B. gewebte Textilien und Patten aus solchen Fasern oder auf Verbundmaterialien, die < solche Fasern als Verstärkung enthalten. Die feuerfesten, anorganischen Fasern der Erfindung haben eine homogene chemische Zusammensetzung, die 96 bis 1oo Gew.~%, vorzugsweise wenigstens 98 Gew.-% und noch bevorzugter 99 bis 99,5 Gew.-% Aluminiumoxid und Kieselsäure im Gemisch oder in chemischer Bindung in einem Verhältnis von 67 bis 77, vorzugsweise von 7o bis 75 Gewichtsteilen Aluminiumoxid und 23 bis 33, vorzugsweise 25 bis 3o Gewichtsteilen Kieselsäure entspricht. Die Fasern können außerdem bis herauf zu 4 Gew.-%, vorzugsweise bis herauf zu 2 Gew.-% und am vorteilhaftesten o,5 bis 1 Gew«-% von zusätzlichen anorganischen Oxiden der Formel M 0 enthalten, worin h eine Kation

x y

(anders als Al oder Si) ist und χ und y £anze Zahlen sind, und zwar derart, daß, wenn χ 1 ist, y 1 oder 2 ist, und wenn χ 2 ist, y 1, 3 oder 5 ist. Die zusätzlichen anorganischen Oxide haben vorzugsweise die Formeln M₂O, oder MgO^. Jedes besagte zusätzliche Oxid ist vorzugsweise ein Glasbildner (insbesondere ein niedrig schmelzender Glasbildner, d.h. ein solcher, der unter 7oo°C schmilzt), wie z.B. P₂Oc oder BpO,, und ist einein Anteil nicht über 2 Gew,-% vorhanden. /"Solche Glasbildner werden in der i'echnik manchmal "Netzwerkbildner" genannt, wie z.B. in "Elements of Ceramics" von F.H.Norton, Addison-Wesley Press, Inc., Cambridge, Mass. (1952), Seite 149._7 Solche Fasern können im wesentlichen

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frei von zusätzlichen Metalloxiden sein, die Nicht-Glasbildner (manchmal "Netzwerkmodifizierer" genannt), wie ζ·Β. i'eJd-, und Cr₂O,, oder intermediäre Glasbildner sind. Derartige Metalloxide können jedoch vorhanden sein, wobei der Anteil von jedem derartigen Metalloxid vorzugsweise unter 1 Gew.-% liegt. Wenn jedoch der Gesamtanteil von solchen Metal !oxiden 1 bis 2 Gew.-ft ausmacht, sollten o,5 bis 2 Glasbildner, wie z.B. P„0r oder B₂O,, vorhanden sein.

Die feuerfesten Fasern der Erfindung haben mindestens ein PoIykristalline (oder mikrokristalline) Phase, die durch Röntgenstrahlenbeugungspulveranälyse feststellbar ist. Wenn die Kristallite (oder Mikrokristalle) Mullit (3 Al₂O₅* 2 3iO₂) sind, haben sie eine relativ große kristallitgröße, und zwar eine mittlere

0 ι Größe (oder mittlere liauptabmessung) über 5oo A und sogar I000 Ä oder größer. Wenn die Kristallite solche vorn Übergangsaluminiumoxid sind (nämlich 7 , )f oder S )» haben sie eine mittlere Teilchengröße unter 600 Ä. Die Fasern können sowohl polykristallinen j Mullit als auch polykristallines Übergangsaluminiumoxid enthalten (wie z.B. in Form einer Haut oder Hülle aus ersterem Material, die einen Kern aus letzterem Material umgibt). Wenn die Fasern

polykristallines Übergangsaluminiumoxid (das immer im Gemisch mit amorpher Kieselsäure vorliegt) enthält, können solche Fasern in Luft bei 12oo oder Hoo°G für einen genügende Zeitspanne, wie z.B. 4 Stunden, oder bei höheren Temperaturen für eine kürzere Zeitspanne, wie z.B. bei 15oo°C für 5 bis 1o Sekunden, gebrannt werden, um dichtere Fasern zu bilden, die Mullit als einzige oder

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vorherrschende l^Jhase enthalten, wobei die Ju istallitp relativ gioß sind, wie oben an^tgeben ist. χύη solches .brennen zur Umwandlung von Kristallitcn in MuIlit wird im wesentlichen ohne Veilust der Transparenz der lasern erreicht, und obwohl ein solches Brennen zu einer gewissen Eeeintiächtigung aer festigkeit und Bruchbeständigkeit führen kann (insbesondeie, wenn dieses brennen bei 14oo°C fürmehrere Stunden durchgeführt wird), bleiben die Werte für diese Eigenschaften ausgezeichnet und erwünscht hoch.

!überraschenderweise sind die feuerfesten iasern der .L,rfindurit; frei von <L -Aluminiuinoxid (nachweisebar durch itöntgenstrahlenbeugungspulveranalyse), insbesondere im Hinblick auf das Fehlen oder das Vorhandensein relativ kleiner Anteile von BpCu oder l'^O-, in den lasern. Außerdem können die Fasern i'iullit als die einzige oder vorherrschende polykristalline Phase auch in Abwesenheit von Zusätzen, wie z.E. BpO,, enthalten.
j

i Die Fasern der Erfindung sind für sichtbares Licht transparent,

^! und, wenn keine färbenden Substanzen zugegeben werden, sehen die . Fasern für das unbewaffnete Auge oder unter einem Lichtmikroskop

, (z.B. mit 5ofacher Vergrößerung) wie Glasfasern auc. Sie liegen !
gesondert vor, d.h., sie sind nicht untrennbar vereinigt, wie

z.B. durch Sintern, sondern können voneinander ohne Zerbrechen körperlich getrennt werden. Unter einem Lichtrnikroskop (z.B. ;nit 5ofacher Vergrößerung) scheinen sie einen gleichmäßig iunden Querschnitt (d.h. einen kreisrunden oder ovalen) mit eiriein gleichmäßigen Durchmesser zu haben, der bis herauf zu 2o bit> 35 i.ikro-

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meter betrafen kanu, aber vorzugsweise 7 bis 15 mikrometer ausmacht, und außerdem erscheinen sie glatt (d.h., sie haben eine äußere Oberfläche, die keine wahrnehmbaren Vorsprünge, keine Rauhigkeiten, keine Löcher oder Vertiefungen aufweist).

Die Fasern sind biegsam und stark, und sie t>ind haltbar oder bruchfest, d.h., sie haben einen Biöckeligkeiisindex (der nachfolgend definiert wix-d) von wenigstens o,2. Sie können leicht ohne Brechen gehandhabt werden und ihrer "endlosen" Garnfox'tn zu Stoffen in der gleichen weise wie industrielle Glasfasern, verwebt werden, uberrascnenderweise können diese erwünschten Eigenschaften erzielt werden, ohne daß Fasern mit sehr feinen üurchnepsern, wie z.B. von 3 bis 5 isikrometer oder weniger, gebildet werden müssen, Sie können außerdem in relativ dichter oder nichtporöser Forr,) iiiit sehi geringem Oberflächenbereich, d.h. untex* 1 :n /g, hergestellt werden.

Die feuerfesten Keramikoxidfasern dei Erfindung können nach den in der Ls-i-S 3 795 524 und insbesondere der Uü-Patentschrift 3 76o o49 beschriebenen Behandlungssciiritten hergestellt werden; diese Schritte enthalten, kurz gesagt, die Bildung von Fasern HUd einen viskosen Konzentrat von Oxidvorläufermaterialien und das Jrockneu, Auffangen und Kalzinieren oder Brenen der Ungebrannten bz,Wo "grünen" (oder nicht-feuerfesten) amorphen Fasern zui :a\ Lfti-uuiif-, unerwünschter flüchtiger und oi'ganiscner i;aterialien (l-~raus und 2,ur !umwandlung der ungebrannLen Fasern in die be:^-'"ii·ten feuerfesteii Fasern.

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Die Fasern der Erfindung können in echt kontinuiei'licher bzw. "endloser" Form gebildet werden, welche dann zerschnitten oder unter Bildung von Stapelfasern unterteilt werden können, und können außerdem im wesentlichen gerade (d.a. ohne Kräusel oder Knicke) gebildet weiden. Line ueihe von den "endlosen" Fasern kann zu einer geordneten Form oxitntiert weiden, z.B, kann jede Faser in Reihe im wesentlichen parallel ausgerichtet werden, *'ie in dem Fall von i-arn, Fäden, iauen oder Jarnsträhnen, oder in einer willkürlichen, ineinandergx'eif enden, verfilzten oder verhedderten Form, wie in dem Fall eines Faservlieses, arii-eox-dneu werden.

In der dazugehörigen Zeichnung stellt die Figur i ein Dreistol'fdiagrainm eines Systemb aas Aluminiumoxid, kieselsäure und dem gesamten zusätzlichen anorganischen Üxid dar, wobei die Zusammensetzungen der Fasern der Erfindung darin angegeben sind, und zwar sind es diejenigen, die in den bereicu fallen, der von dea Punkten A, B, (J und JJ begrenzt wird. Die iusa.mueiicetzuugen an diesen Punkten sind wie folgt:

A B C D

Al	2°3	.-/3	ο iC	1 2	.-/O	i'i.	κ y	.— /j
β,'	Lr e v/	• "·/>■»	33	uew	.-/U	υ	uew
77	uew	.-/O	23	Uew	.-/U	ü	Uew
74	uew	—· ο	22	Gew	.-/0	4	iiew
64	uew	32	jew	4	uew

υie Figuren 2 bis 4 sind mit einem Schreibstift angoferLigte Skizzen vor i-.ikiophotographien von feuerfesten Fasern, JJic tigur

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stellt transparente Fasern der Erfindung dar, die aus 3AI0Ü, .

2SiOp bestehen und durch Brennen ungebrannter Vorlauferfasern bei 1ooo°C hergestellt worden sind. Die Figur 3 stellt transparente Fasern der Erfindung dar, die aus 98 Gew.-¹Zo 3Al₉0,*2bi0„ und 2 üew.-% BpO? bestehen und durch Brennen der ungebrannten Vorläuferfasern bei iooo°C hergestellt worden sind, und zum Vergleich stellt die Figur 4 Fasern dai, die aus 98 üew.-/o 3Al₂U,'2SiOp und 2 Gew.-/u B₂ ^Ü3 bestehen ^und durch Brennen ungebrannter Vorläuferfasern bei looo C, die von einem anderen Kate— \

i rial herstammen, hergestellt worden siud. j

I Das AuRgangsmaterial oder das Faservorläuferinaterial, das die feuerfesten Fasern der Erfindung ergeben kann, besteht aus einem ! flüssigen Gemisch einer Siliciuinverbindung (die vorzugsweise eine wässrige Dispersion von kolloidaler Kieselsäure oder von einem Kieselsäurehydiosol ist) und einer verträglichen wässrigen Lösung oder Dispersion einer wasserlöslichen oder dispergierbaren AIuininiumverbindung und gegebenenfalls anderer verträglicher Verbindungen, wie z.B. Bor- und Phosphorverbindungen. Diese Silicium-, Aluminium-, Bor-, Phosphor- und anderen Verbindungen sind solche Verbindungen, die zu den betreffenden Oxiden, d.h. zu Kieselsäure, Aluminiumoxid, Boroxid und Phosphorpentoxid, kalziniert werden

Zu geeigneten Aluminiumverbindungen, die als Alurainiuraoxidvorläufer verwendet werden können, gehören beispielsweise wasser— dispergi erbare Aluminiurnoxidsole und wasserlösliche Aluminiuaisalze, wie z.B. Aluininiumformoacetat,Al(OH) (OOCH) (uOCCH,) , AIu-

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j miniumnitrat, Al(NO₅)₅*9H₂O, Aluininiumisopropylat, Al(OC₅H₁₇),, basisches Aluminiurnacetat, Al(OH)₂(OOCH₅) · 1/3 H₅BO₅ und Gemische davon, wobei die organischen Aluminiumdalze bevorzugt werden, insbesondere Aluminiumforinoacetat ( das unter der Bezeichnung ¹¹NIACET¹¹ im Handel erhältlich ist). Aluminiumchlorid ist kein geeigneter Aluminiumoxidvorläufer für die Fasern der Erfindung, insbesondere im Gemisch mit Borsäure, und zwar aus den nachfolgend angegebenen Gründen. In der Praxis sollen die faserbildenden ; Flüssigkeit, aus der die bruchfesten Fasern der Erfindung gebildet werden, im wesentlichen frei von Clorid sein, d.h., soll das j

ι Chlorid weniger als 1 Gew.-%, bezogen auf das gesamte äquivalente '

' Oxidgewicht, ausmachen. Daher sind die ungebiannten Fasern gleichfalls praktisch frei von Chlorid und enthalten die daraus hergestellten feuerfesten Fasern höchstens eine Spurvon Chlorid. Es ist festgestellt worden, daß das Vorhandensein wesentlicher

: Chloridmengen in den feuerfesten Fasern, wie z.B. o,2 ü-ew.-;G, gleichzeitig zu zerbrechlichen Fasern führt.

J Das Vorlauferkieselsäuresol kann rait SiO„-Konzentrationen von 1

^: bis 5o Gew.-% und vorzugsweise von 15 bis 35 tjew.-'/o verwendet ; werden, wobei Sole mit den letzteren Konzentrationen im iJandel erhältlich sind. Das Kieselsäuresol wird vorzugsweise in Form

einer wässrigen Dispersion oder eines Aquasols benutzt. Das Kie- i j selsäuresol kann auch in der Form eines Organosols verwendet !

werden, wobei die Kieselsäure in solchen mit Wasser mischbaren, ^: polaren organischen Lösungsmitteln, wie z.B. Äthylenglykol, Li-

! rr.rthv] formamid und verschiedenen Glykoläthern (die unter der

* i

Handelsbezeichnung (0ELL030LVE" verkauft werden), kolloidal dis-

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pergiert ist. Die Größe der kolloidalen Kieselsäureteilchen in den Aquasoleii oder Organosolen kann variieren, wie z.B. von 1 bis ioo, vorzugsweise von etwa Io bis 16 l.iliir„ikrometer.

Wenn die feuerfesten Fasern der Erfindung Boroxid enthalten sollen, ist Bosäure, iUBO,, ein geeigneter Vorlauferraaterial dafür. Basisches Aluminiumacetat (d.h. mit Borsäure stabilisiertes AIurniniuniacetat, das unter der Handelsbezeichnung "ΝΙΑΡϊίΟΟϊ'^Μ im Handel erhältlich ist), kann allein oder gemeinsam lüit Borsäure als Boroxidvorläuferrnaterial verwendet werden«

\'Ienn die feuerfesten Fasern der Erfindung Phosphorpen toxid (mit zusätzlichem oder ohne zusätzliches Boroxid) enthalten sollen, kann Phosphorpentoxid selbst mit den Aluminiumoxid- und Kieselpäurevorläufermaterial vermischt werden, obwohl auch andere Ehosphorpentoxidvorläufermaterialien, wie z.B. Auanoriiurahyprophosphit, Uh ,H₀POp, und Phosphorsäure und Unterphosphorsäure, die mit den Aluminiumoxid- und Kieselsäurevorläufern verträglich sind, verwendet werden können.

Die relativen Anteile von den Aluminiuiuoxid-und Kieselsäurevorläuferiaaterialien und bei Verwendung von den zusätzlichen Oxidvoi'läufermaterialien, wie z.B. Boroxid- und Phosphorpentoxidvorläufeiiuaterial ien, in dem zur Heistellung der Fasern verwendeten Ausgangsmaterial sollen derart sein, das die oben angegebenen relativen Anteile von diesen Oxiden in den fertigen feuerfesten Fasern ₆egeben sind, um die erwünschten Eigenschaften zu erhalten, '//enη ü.B. die relativen Anteile von Aluminiumoxid- und Kie-

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sei säure vo rl auf erinaterialien wesentlich größer sind als die oben angegebenen, sind die erhaltenen !fasern zerbrechlich.

Die bevorzugten feuerfesten Fasern der Erfindung sind solche, die außer Aluminiumoxid-Kieselsäure einen oder zwei Glasbildner enthalten, weil solche Fasern mit dem erwünschten geringen Oberflächenbereich und der erwünschten Bruchfestigkeit uuter Anwendung niedrigerer (und daher wirtschaftlicherer)Kalzinierungstemperaturen, wie z.B. von etwa 1ooo C erhalten werden können, Beim Fehlen solcher Glasbildner wird der gewünschte geringe Oberflächenbexeich bei Kalzinierungstemperaturen von etwa 12oo°0 erhalten.

i
Das Vorhandensein von Glasbildnern in den Fasern kann zu einem

größeren Gewichtsverlust und einer stärkei'en Schrumpfung bei hoher Temperatur aufgrund der Flüchtigkeit des Glasbildners und

j der entsprechenden Verdichtung führen. Um einen solchen Gewichtsverlust oder eine solche Schrumpfung %\x verhindern oder auf ein

Mindestmaß zu beschränken, wenn solche Fasern in einer Uiugebung I
^; mit hohen Temperaturen, wie z.B. als Transportband in eineiü Hochtemperaturbrennofen, verwendet werden, können die Fasern (oder daraus hergestellte Gegenstände) durch Brennen bei oder über der

vorraussichtiichen Gebrauchstemperatur vorgebrannt weiden (und ι dadurch vorschrumpfen). Der besagte Gewichtsverlust und die

Schrumpfung können auch verhindert werden oder auf ein Mindestmaß

ί beschränkt werden, wenn in dem faserbildenden Material eine ge-

\ ringere Menge von Glasbildnervorläuferinaterial (wie z.B.

!•material) enthal 709846/1088

oder PpOc-Vorläufermaterial) enthalten ist oder ein i'eil davon

durch ein Vorläufermaterial eines intermediären Glasbildners oder Nichtglasbildners (wie z.B. ür^O-z) ersetzt wird. Ein Vorlaufermaterial eines Glasbildners kann auch völlig oder teilweise durch ein Vorlaufermaterial eines relativ wenig flüchtigen Glasbildners, wie Z.E. PpOci ersetzt werden. Ein anderer Grund für ein völliges oder teilweises Ersetzen von ^E ₂O·* durch ^₂ ⁰R *^{εΐ au}^ einigen Anwendungsgebieten für die Fasern gegeben, auf denen ein Vorhandensein von B₂O-Z iⁿ den Pasern unerwünscht sein kann; wenn z.B. die lasern als Wärmeisolierung in einer Neutronenumgebung, wie z.B. in einem Kernreaktor, verwendet werden, ist ein Gehalt an BpO, wegen des neutronenabsorbierenden Querschnitts davon unerwünscht und kann dementsprechend Pp^O5 ^^eT bevorzugte zu verwendende Glasbildner sein.

Die Oxidvorläufermaterialien und Adjuvantien, wie z.B. Laissirup, die zur Bildung des faserbildenden Materials verwendet werden, enthalten im allgemeinen kleine iiengen von metallhaltigen Verunreinigungen, und die erhaltenen feuerfesten Fasern enthalten daher ebenfalls normalerweise kleine l'iengen von der Oxidform solcher Verunreinigungen, wie z.B. von Natrium, das normalerweise in den Fasern in einem Anteil von weniger als o,1 Gew.-ift vorhanden ist.

Das zur Herstellung der feuerfesten Fasern der Erfindung verwendete Auogangsmaterial kann durch Vermischen eines wässrigen Kieselsäuresols mit einer verträglichen wässrigen Lösung oder Dispersion von der Aluminiumverbindung und gegebenenfalls von anderen Oxidvorläuferverbindungen, wie z.B. von Bor- und Phosphorverbindungen, unter Erzielung einer gleichmäßigen Dispersion

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ohne Lilduri.'- ei nor. Gels erhalten werden. Im allgemeinen ist diese Dispersion klar-, obwohl sie hianchmal eine Schleierbildung zeigen kann, wenn die verwendete Phoophorpentoxidvorläufex verbindung Ammoniuuihypophosphit odex Phosphorsäure ist. Der ph-v/ert der Dispersion liegt von sich aus auf dex· sauren Seite, wie z.B. unter 6 und beträgt vorzugsweise 3 bis 5. liewünschtenfalls kann eine in dei Wärme flüchtige Säure, wie z.B. .essigsäure oder Salpetersäure, zu dem Kieselsäuresol zur Ansäuerung desselben vor der verwendung und zur Verhinderung einer Üelbildung zugegeben werden. Verträgliche in der //arme flüchtige organische Mittel können als Adjuvantien dem Faserausgangümaterial zugegeben werden, um die 'Jebrauchsdauer der nacnfolgend konzentrierten Dispersion oder die faserbildende Watur des letzteren zu verbessern. Zu solchen organischen Kitteln gehören beispielsweise PoJyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol, ιilchsäure, ulucose (wie z.B.

, i-.aissirup) und ueraiscne davon, wobei diese Zusätze während des Brennens der aus solchen Systemen gebildeten ungebrannten Pasern

i oxidiert und entfernt werden.

Die wässrigen Lösungen oder Dispersionen, die zur Herstellung der

feuerfesten Pasern der Erfindung verwendet werden, können gegebenenfalls außerdem verschiedene andere wasserlösliche i'ietallverbindungen (die zu Metalloxid kalzinierbar eindj enthalten, welcne j

den feuerfesten Fasern weitere erwünschte ^igenscnaften verleihen. Z.B. kann die wanlweise Verbindung benutzt werden, uiu einen Gewichtsverlust zu verringern, den Breciiungsindex oder dielektriscne Bigensenaften einzustellen oder, ohne Beeinträchtigung der Klarheit, das fertige feuerfeste Material nach dein Ui,.-

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wandeln oder Oxidieren in da& entsprechende wetalloxid von sich heraus farbig erscheinen zu lassen. So kann Or₂O., gemeinsam mit P₂ ^Ü5 verwendet werden, um den sonst aufgrund des letzteren Bestandteils auftretenden Gewichtsverlust auf ein Kleinstmaß zurückzuführen. Eisen-III-nitrat kann zugegeben werden, um eine orange oder goldene Farbe zu verleihen, Ohrοmiormiat, -acetat oder] -txvioxid verleiht den fasern eine grüne Farbe, Kobaltacetat oder -nitcat verleiht eine blaue oder lavendelartige Farbe, Vanadylsulfat verleiht eine gelbe Farbe, Wickelacetat verleint eine blau-grüne oder goldene Farbe, Kupferformiat oder -nitrat verleiht eine hellgrüne bis blaue Farbe, und langannitrat oder -acetat verleiht eine gelbbraune bis braune Farbe. (~olche gefärbten feuerfesten Fasern sind zur Farbkodierung feuerfester Gegenstände, wie z.B. von Isolierhüllen für iherruoelementdrähte, geeignet,) Dos Eisen-III-oxid enthaltende feuerfeste ιaterial kann in einer .'/assersLoffatmosphäre reduziert werden, so daß das dadurch erhaltexie Eisenoxid oder Eisen dem feuerfesten i-iaterial eine schwarze Farbe verleint und das feuerfeste Material von einem Magneten angezogen werden kann, ohne elektrisch leitend zu sein. Andere wahlweise Verbindungen sind die wasserlöslichen Nitrate, Formiate, Acetate, Zitrate, Laktate, Tartrate oder Oxalate von Lithium, JMatriuni, Kalium, i-agnesium, Calcium, Strontium, Barium, Yttrium, i'itan, Zirkonium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Wickel, Kupfer, Zink, Zinn, Antimon, Lantan und Vanadin als Vaiiadylsulfat,

Der Anteil von solchem anderem wahlweisen l-jetalloxid in den feuerfesten Fasern kann variieren, und zwar je nach der gewünschten Eigenschaft, wie z.E. dem gewünschten Farbton oder der gewünsch-

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At

ten "'c'önung, doch lie^t dieser Anteil im allgemeiueii in de;;. Bereich von nux ο,οί? bis o,5 Uew.-/o bis zu einem so hohen wert, wie 3 Gew.-%, bezogen auf das ueamtgewicht der feuerfesten .baser. Die größeren Anteile von wahlweisem i'ietalloxidzusatz können bewirken, daß die iaser bröckelig wird, oder können Verunreinigungspro bleine entstehen lassen, wenn die Fasern in einer speziellen Umgebung verwendet werden. Wenn diese anderen Metalloxide in Fasern mit einem vor Borsäure herstammenden Boroxid_öehalt verwendet werden sollen, sollten die Vorlauferverbindungen dieser anderen wetalloxide keine Oloride sein, wenn sie in signifikanten Mengen eingesetzt werden, weil die Kombination von Borsäure und höheren Cloridkonzentrationen (die empirisch bestimmt weiden können) in dem Ausgangsmaterial im allgemeinen zu zerbrechlichen Fasern führt, wie oben erläutert worden ist.

Nachfolgend wird eine Liste von typischen Katerialien für die feuerfesten Fasern der Erfindung angegeben.

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	Al	2°3	Gew .-	iabell	1	e I	in	dem	Material	anderes Oxid
	TT	,3	tiiu^	/o von	2	Oxid	2°5	Ui	2°3
i aterial	75		23,2	2 3	2	P
I	71	,5	25		2
2	7o	, 5	23		1			ο,	5	1 (SnO9)
3	71	,5	28		i			ο,	5	o,75 (Sb9O,)
4	71	,25	27		0,5			ο,	75	o,75 (ϊρΟ,ί "
	7;	,65	23							o,75 -"(La9O,)
6	71		27,6
•7 I	C 7		23
3	7o	,4	3 i
9	74		27,6
1o	7o	,4	24
ι 1	7o	,4	27,6
12	71	,5	27,6				1		0,5 (Fe9O,)
VjJ	71	,25	27				ο,	5
14	7o	,4	23			,75
15	7o	,4	27,6	o,25	O				1 (Li9O)
16	72		27,6	o,25	2				1 (Li^O) und
17			26	1	1	,75			o,25 (La9O,)
13	72	,5		o,25	O				o,5 (K9OT ^
	71	,5	26,5	o,25		,5			C-
19	7o	,4	28	o,25	O	,25	ο,	25
2o	63	,7	27,6	o,25	O	1	1
21	71	,1	34,3	o,25			1
22	71	,5	27,9		I	,5	ο,	5
23	72		23	o,25	O	,25
24	7o	,4	27,25	o,25	O	,5
25	7o		27,6	o,25	O				0,25 (Fe9O,)
26	7o		29,25	1	1	,25			ο,5 UrO9K
27	7o		29	O	,25			o,5 (TiOp)
28	72	,5	29	O	,25			o,5 (Ua9O) o,5 (SrO, MgO,
29	71	,1	26,25	O	,5			BaO oder ZnO)
3o			27,9	O	,25
31	71	,25		O
	74		23		,25	ο,	25
32	75		25,25	O	,25	ο,	25	1 (Sb^O.,)
33	69		24	O	,25	ο,	5
34			27	O		1
35		1

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Das iaserausgangsmaterial, wie es zu Eeginn zubereitet wird, ist eine relativ verdünnte Flüssigkeit, die iia allgemeinen etwa 1o bis 45 üew.-% äquivalente Oxidfestsubstanzen enthält, was aufgrund der Kenntnis drr äquivalenten Oxidfestsubstanzen in den Ausgangsraaterialien und den davon verwendeten Anteilen berechnet oder durch Kalzinieren von Proben der Ausgangsmateiialieri oder

! des Fascrausgangsraaterials bestimmt weiden kanne Zur Herstellung ^! von Fasern ist es erforderlich, diese verdünnte Flüssigkeit zu j konzentrieren oder viskos zu machen, Uni sie in ein viskoses oder

sirupförmiges flüssiges Konzentrat umwandeln zu können, das ' leicht geliert, wenn das Konzentrat zu Fasern verarbeitet und \ ι entwässert wird, z.B. wenn das Konzentiat unter Bildung von Fasern

in Luft extrudiert und geaogen wird. Der Xonzentrationsschritt

kann nach auf diesem Gebiet bekannten Techniken vorgenommen wer- !

I den, wie sie z.H. in der US-Patentschrift 3 795 324 angegeben

sind. Eine genügende Konzentration wird erhalten, wenn der Uehalt an äquivalenten Oxidfestsubstanzen im allgemeinen in dem Bereich von 25 bis 55, vorzugsweise unter 4o üew.-?j liegt (gemäß Bestimmung durch Kalzinieren einer Probe des Konzentrats) und die Viskositäten (Brookfield bei Umgebungstemperatur) in dem iJereicn von 15 ooo bis I ooo ooo cP, vorzugsweise in dem Bereich von 45 ooo bis 5oo ooo cP liegen, je nach dem ίνρ der Faserbildungsund Entwässerungs-Gelierungs-Technik und der benutzten vorricntung sowie der gewünschten Gestalt dex· gelierten Fasern, ljohe Viskositäten führen im allgemeinen dazu, daß Fasern mit kreisrundem Querschnitt erhalten werden, während niedrige Viskositäten (z.B. unter 5<"> ooo ei) im allgemeinen zu Fasern führen, die einen j

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ovalen querschnitt haben.

Zur Herstellung kontinuierlicher bzw. "endloser" Fäden kann das viskose Konzentrat durch eine Vielzahl von Düsen (wie z.B. 3o bis 4oo) von einem stationären Kopfstück aus extrudiert werden und können die erhaltenen ungebrannten Fasern in Luft durch die Schwerkraft frei fallen oder in Luft durch Zugwalzen oder eine Trommel oder eine Spulvorrichtung, die sich mit einer schnelleren Geschwindigkeit als die Extrusionsgeschwindigkeit dreht, mechanisch gezogen werden. Das Konzentrat kann auch durch Düsen von einem stationären oder sich drehenden Kopfstück aus extrudiert und durch parallele, schräge oder tangentiale Luftströme geblasen werden, wie z.B. bei einer Cotton-Candy-Maschine, wobei die erhaltenen geblasenen ungebrannten Fasern in der Stapelform oder kurzen Form mit Längen im allgemeinen von 25 cm oder weniger vorliegen (anstelle der langen oder "endlosen" Form) und auf einem Sieb oder dtrgl in Form einer Matte bzw. eines Filzes aufgefangen werden. Irgendwelche dieser Kräfte, die auf die extrudierten ungebrannten Fasern einwirken, wie z.B, die Schwerkraft, die Zugkraft oder die Luftströme, bewirken eine Verjüngung oder Streckung der Fasern, wodurch der Faserdurchmesser um etwa 5o bis 9o % oder mehr verringert und die Faserlänge um etwa 3oo bis 1o ooo % oder mehr verlängert wird und das '.Trocknen der ungebrannten Fasern beschleunigt oder unterstützt wird.

Das unter entwässern stattfindende Gelieren der ungebrannten Fasern kann in normaler LuAt oder in erwärmter Luft, wenn ein schnelles trocknen erwünscht oder erforderlich ist, vorgenommen

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werden. Die 'l'rocknungsgeschwindigkeit unterstützt die einstellung der Gestalt der Faser. Die relative Feuchte von solcher Luft sollte eingestellt werden, weil große Anteile von Feuchtigkeit zu einem Aneinanderkleben der gelierten oder gefoimten ungebrannten Fasern führen und eine übermäßig trockne Atmosphäre einen Faserbruch ergeben kann«, Im allgemeinen kann Luft mit einer relativen Feuchte in de.ii Bereich von 2o bis 60 % bei i'emp era türen von 15 bis 3o°C benutzt werden, obwohl solche Luft nachfolgend auf etwa 7o°C oder höher erwärmt werden kann. In einigen Fällen, wenn z.B. "endlose" ungebrannte Fäden gebildet werden und in paralleler Anordnung oder nebeneinanderliegend in der Fora eines mehrfaserigen Strangs zusammengebracht werden, können die Fasern oder Stränge mit einer Schlichte bzw. Appretur behandelt werden, um ein Zusammenkleben der Fasern zu verhüten.

Weitere Einzelheiten über die Faserbildung aus viskosen Konzentraten werden hier im Interesse eine möglichst kurzen Fassung nicht angegeben, weil derartige Techniken bekannt sind, wie z.B. aus der US-Patentschrift 3 76o o49·

Die Fasern enthalten in ihrer "grünen" oder ungebrannten Gelform im allgemeinen etwa 25 bis 60 Gew.-% äquivalente Oxidfestaubstanzen (bestimmt durch Kalzinieren einer Probe) und sind in dem Sinne trocken, daß sie nicht aneinander oder an andere Substraten haften oder kleben und sich beim Eeriihren trocken anfühlen. Diese "trocknen" Fasern enthalten aber noch erhebliche : engen Wasser und organisches Material, wie z.B. 40 bis 75 Gew.-v'i, und diese ungebrannten Fasern müssen kalziniert oder gebrannt werden, um

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weiteres Wasser und organisches Material zu entfernen und die Fasern in feuerfeste Fasern umzuwandeln. Unter dem Ausdruck "unter ZntwäGsern stattfindendes Gelieren" (oder "unter Verdamp- ! fung stattfindendes Gelieren"), wie es hier benutzt wird, ist daher nicht zu verstehen, daß das gesamte in den ungebrannten tasern enthaltende Wasser entfernt wird. Daher kann in diesem Sinne diese Stufe als unter teilweisem Entwässern stattfindendes Gelieren bezeichnet werden. s soll an diesem Punkt betont werden,

J daß die ungebrannten Fasern unter einem Lichtmikroskop tränspa»

j rent und klar sind und sie wie farblose Glasfasern aussehen, falls nicht färbende Zusätze in dem viskosen Konzentrat enthalten sind. Diese ungebrannten Fasern sind amorph insoweit, als gemäß Föntecnstrahlenbeugun^spulveranalyse keinerlei polykristalline Arten wahrnehmbar sind. Die ungebrannten Fasern sind relativ stark genug für eine weitere Bearbeitung und können ohne wesentliches brechen aufgefangen und gebrannt wex'den. ■

Zur Entfernung des restlichen Wassers und organischen Materials aus den ungebrannten Fasern und zur Überführung der letzteren in feuerfeste Fasern können sie in einem Ofen oder Klin (vorzugsweise in einem elektrischen Widerstandsofen) kalziniert werden, wobei dieses Erwärmen im allgemeinen in Luft oder einer anderen oxidierenden Atmosphäre bei Temperaturen unter dem Verschmelzungsoder 3 h.aelzpunkt des Al^Ü^-SiC^-Geinischs und gewöhnlich bei etwa

iooo°w oder gewünscatenfalls höher, wie z.n, bis 14oo°C, vorgenommen wird. Das Kalzinieren kann auf mehreren Wegen vorgenommen werden, wie z.L·. durch Erwärmen in einer einzigen Stufe von einer niedrig en .'e.nperatwr oder Raumtemperatur auf die gewünschte er-

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höhte Temperatur (z.B. von Raumtemperatur auf 1ooo⁰^ in 2o bis 60 Minuten oder langer) oder durch Erwärmen in einer Reihe von Stufen bei fortschreitend höheren Temperaturen, mit oder ohne Abkühlen oder Aufbewahren zwischen den Erwärmungsstufen.

Außer dem Brennen der Fasern zur Umwandlung derselben in die feuerfeste (Bxidform derselben kann das Brennen auch benutzt werden, um bestimmte Eigenschaften oder Ergebnisse zu erzielen. Wenn z.B. die Fasern im wesentlichen aus 3 A1₂O₅»2 SiO₂ bestehen und für einen Betrieb bei hoher Temperatur, wie z.B. 14oo°C benutzt werden sollen, kann es erwünscht sein, die Fasern zunächst bei i2oo°C oder höher zu brennen, um y -Al₂O, (und Kieselsäure im Gemisch damit) in Mullit umzuwandeln und die Fasern vorzuschrumpfen und zu verdichten, was sonst als unerwünschte Phänomene während des Betriebs bei hoher Temperatur in Erscheinung treten würde.

Die ungebrannten Fasern können ansatzweise oder in kontinuierlicher Weise in einer orientierten Form, wie z.B. in Form von Strängen oder "endlosem" Garn (mehrere umgedrehte oder leicht gedrehte parallel ausgerichtete, praktisch endlose, zusammenhängende Fäden) oder Strähnen ("endlose" bzw. zusammenhängende Fasern oder Stränge in gewundener Form) oder Tauen ( Gruppe von "endlosen" Fasern ohne bestimmte Verdrehung und in loser Frrm gesammelt) oder aber in einer irregulären oder willkürlichen Ordnung, wie z.B. als Filz bzw. latte aus ineinandergreifenden, mechanisch verfilzten oder verwickelten Fasern oder in Form von Stapelfaser kalziniert werden.

Beim Brennen der ungebrannten Pasern muß darauf geachtet werden, daß ein entzünden von verbrennbarera Material in den fasern oder einem solchen aus den Fasern entwickeltem Material vermieden wird, wie z.B. durch Einstellung der Brennatmosphäre oder durch einen Beginn bei niedriger Temperatur, z.B. bei Raumtemperatur, und dann Erhöhen der Temperatur mit einer langsamen Geschwindigkeit weil ein solches Verbrennen zur Bildung von opaken, zerbrechlichen Fasern führen kann. Wenn die ungebrannten Fasern nicht in einem Verfahiensgang vollständig oder nicht unmittelbar oder bald nach ihrer Bildung gebrannt werden sollen, kann es erwünscht oder erforderlich sein, die ungebrannten Fasern in einer relativ trocknen oder schützenden Atmosphäre aufzubewahren, um dadurch zu verhindern, daß die Fasern Feuchtigkeit oder Verunreinigungen aufnehmen oder beeinträchtigt werden oder aneinander kleben·

Die ungebrannten Fasern werden in ihrer Zusammenhängenden oder "endlosen" Form vorzugsweise in der Form eines Strangs gesammelt oder aufgefangen, und der Strang wird dann in einem spannungs- . freien, losen, unbehinderten Zustand aus sich absetzenden oder übereinanderliegenden Schleifen ( wie in Form einer "8") auf einer Unterlage angesammelt und in dem betreffenden Zustand kalziniert, und der Strang wird dann in einer geraden oder linearen Form durch einen Ofen mit höherer Temperatur gezogen, um feuer-

I ι

■ feste Stränge zu bilden, wobei mehrere Stränge zu einem "endlosen" Garn geformt werden können, und zwar alles in kontinuierlicher Verfahrensweise, wie in der US-Patentschrift 3 76o o49 angegeben

ist.

Anstelle eines Brennens der ungebrannten Pasern in Luft zur Entfernung von Wasser und organischem friaterial können die ungebram*· ten Fasern in einem Autoklaven in einer inerten Atmosphäre, wie z.B. bei 7 bis 14o kg/cm Helium, Argon oder Stickstoff, z.B. bei 3oo bis 5oo°C erwärmt werden, um dadurch poröse feuerfeste Fasern zu bilden. Diese Fasern können dann in Luft erneut gebrannt werden, z.B. bei 5oo bis 9oo°C, um restliche Kohlenstoff zu entfernen und die Fasern in eine feuerfeste Oxidkeramik, die im wesentlichen frei von Kohlenstoff ist, umzuwandeln.

Bei der Kaizinierungsstufe verflüchtigt sich das ..es+.wasser, zersetzt sich das organische Material und verflüchtigt sich und verbrennt der Kohlenstoff, so daß das erhaltene feuerfeste Material eine im wesentlichen kohlenstofffreie feuerfeste Keramik mit einer homogenen chemischen Zusammensetzung ist. Diese Kalzinieruiigs-Erwärraungs-Stufe bewirkt außerdem ein gewisses Schrumpfen der Fasern, wdbei der Anteil von linearer Schrumpfung im allgemeinen 25 % oder mehr und die Volumenschrumpfung im allgemeinen etwa 5o % oder mehr ausmacht. Jedoch bleibt die Gestalt der Fasern während des Brennens unversehrtj z.Bj haben "endlose" ungebrannte Fasern, wenn sie derart gebrannt worden sind, im wesentlichen noch eine "endlose" Länge.

Das beim Brennen der ungebrannten Fasern bei etwa 9oo bis ιοοο°ΰ erhaltene feuerfeste Material enthält kristallines Material, das durch Röntgenstrahlenbeugungspulveranalyse feststellbar ist und vorherrschend aus V - oder J'-Aluminiuraoxid-Kristalliten besteht, deren mittlere Größe unter 6oo Ä liegt (und manchmal entnalten

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solche Fasern einen kleinen Anteil oder eine Spur von Hullit). Wenn die ungebrannten FasErn bei 14oo 0 gebrannt werden oder wenn die bei 1ooo 0 gebrannten Fasern weiter bei I400 C gebrannt werden, ist das kristalline Isaterial nur als hullit erkennbar (mit Kristalliten, deren mittlere Größe über 5oo Ä liegt). Keine anderen kristallinen Alurainiumoxidarten oder aluminiumoxidhaltigen Arten, wie z.B. freies Aluminiumoxid, oder eine kristalline Phase von Kieselsäure, wie z.B. Uristobalit, sind mittels Röntgenstrahl enbeuguhgsanalyse feststellbar.

Die feuerfesten Fasern der Erfindung sind transparent, glänzend, glatt, dicht, rund, beständig, inert und farblos'(falls nicht färbende Metalloxidzusätze in der Flüssigkeit aue dem Faeervorläulermateiial enthalten sind) und haben einen relativen geringen Gewichtsverlust (z.B. weniger als 2 Gew.-%) und zeigen eine relativ geringe Schrumpfung (z.B. weniger als 2,5 lineare %)_t wenn sie bei 12oo bis I400 C erwärmt oder verwendet werden. Sie haben eine geeignete Festigkeit, eine hohe Bruchfestigkeit und sind biegsam und können ohne wesentliches Brechen gehandhabt werden - die "endlosen" Fasern können von Hand um einen Stab, z.B. mit einem Durchmesser von 1,5 mm oder einem Krümmungsradius von o,75 nun, ohne Brechen gebogen werden.

Die feuerfesten Fasern der Erfindung sind im allgemeinen brauchbar, wenn Fasern mit hoher Temperaturbeständigkeit oder Feuerfestigkeit, wie z.B. bis herauf zu I00 bis 14oo°C, erwünscht oder erforder lich sind. Über 1400⁰C beginnen der Fasern der Erfindung im allgemeinen nach längerer Dauer, die Festifkeit und Biegsamkeit bu

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verlieren. Wenn jedoch solche Beeinträchtigungen der Eigenschaften für die spezielle Verwendung dieser feuerfesten Fasern nicht von Bedeutung sind, können die Fasern auf solchen Gebieten verwendet werden, weil sie ihren festen Zustand bei Temperaturen über HoO⁰G beibehalten.

Die feuerfesten Fasern der Erfindung können alleine oder als solche auf verschiedenen Anwendungsgebieten in der Form, in der sie als kalzinierte oder gebrannte Basern erhalten worden sind, verwendet werden, oder die physikalische Form der feuerfesten Fasern kann modifiziert werden, wie z.B. zu Stapelfasern zerhackt werden, oder abder die feuerfesten Fasern können in der hergestellten oder inodigizierten Form mit anderen Materialien vermischt oder überzogen cder an andere l'iaterialien gebunden werden.

Die feuerfesten Fasern der Erfindung sind gegenüber sichtbarem Licht transparent (obwohl für einige spezielle Anwendungen, wie z.B. bei Verwendung der Fasern als Verstärkung in Verbundmaterialien, die '.Transparenz keine Bedeutung zu haben braucht). Auf einigen Anwendungsgebieten für die feuerfesten Fasern der Erfindung, z.B. wenn eine Faser oder ein Faserbündel auf dem Gebiet der Faseroptik verwendet werden soll, ist die '.Transparenz von besonderer Bedeutung,

Bei der Bescheibung einer feuerfesten Faser dex Erfindung als "transparent" ist unter diesen Ausdruck zu verstehen, daß die Faser bei Betrachtung unter einem Lichtmikroskop, wie z.B. unter einem Stereomikroskop mit einer 5ofachen Vergrößerung und schräg

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einfallendem oder durchgehendem Licht, die Eigenschaft hat, sichtbare Lichtstrahlen durchzulassen. Daher können Körper unter und nahe der transparenten Faser, wie z.B. Fasern der gleichen Art, klai dadurch gesehen werden, wobei die Außenlinie, Peripherie oder die Ränder von darunter befindlichen nahen Körpern scharf erkennbar sind. In der Figur 2 der Zeichnung wird die transparente Natur dei Fasern der Erfindung erläutert. Es ist festzustellen, daß, wenn eine Faser eine andere überschneidet oder über deranderen liegt, die Außenlinie der darunter befindlichen Faser idurch die obere Faser scharf gesehen werden kann, wie z.B. durch

j die Hinweisziffern 1 bis 6 angezeigt ist.

"Opake" Fasern, wie sie hier verstanden werden sollen, sind gegenüber den Fasern, die für sichtbares Licht undurchdringlich sind (und im allgemeinen bröcklig sind) - darunter befindliche benach-

barte Körper werden von opaken Fasern verborgen und können nicht durch letztere gesehen werden. "Durchscheinende" Fasern sind solche, deren Lichtdurchlässigkeit zwischen transparent und opak liegt, und dementsprechend haben durchscheinende Fasern die Eigenschaft, sichtbares Licht bis zu einem gewissem ürade durchzulassen und sind dementsprechend etwas oder teilweise transparent, so daß darunter befindliche Körper undeutlich und nicht klar oder scriarf erkennbar sind.

¹
Kanch.nal, wegen unvorhergesehener "Vorkommnisse beim Brennen, kann ein Faserprodukt ein Gemisch von diesen verschiedenen Fasertypen sein (nämlich transparent, opak und durchscneinend sein), obwohl

j ira allgemeinen nur ein i^;yp in einem vorherrschenden Anteil vor-

handen ist, der ein Anzeichen für die wahre i*alur des ist, und die anderen i'ypen des Produkts in kleineren Anteilen mit dem betreffenden speziellen aussehen vorhanden sind, was auf ein unvollständiges Brennen bei der gewünschten Temperatur oder auf ein Überhitzen aufgrund heißer Stellen in dem Ofen zurückzuführen ist.

Unter dem Ausdruck "i'aser" ist hier ein Konofaden zu verstehen, und unter dem Ausdruck "zusammenhängende i'aser" oder "endlose Faser" ist eine Faser (oder ein Konofaden) zu verstehen, der lant, ist und eine Länge hat, der für praktische Zwecke im Vergleich zu seinem Durchmesser ohne Ende ist. Die "endlosen" Fasern der Erfindung können in der ungebrannten oder gebrannten Form 3 bis 6 rn oder länger sein, bei der Herstellung endloser Fasern entstehen Fasern mit kürzerer Länge, als die vorstehend angegebenen, nur durch gelegentliches Reißen aufgrund winziger Inhomogenitäten, wie z.B. Fremdpartikelchen oder Blasen, die auf das Vorhandensein in dem viskosen Konzentrat als Vorlauf ex'raaterial zurückzuführen sind, oder durch unbeabsichtigtes mechanisches Zerbrechen, Wenn mehrere "endlose" Fäden zu einem kontinuierlichen Strang, 'i'au, Garn oder einem anderen mehrfaserigen Gegenstand zusammengebracht werden, beeinträchtigen ein gelegentliches Brechen oder Heißen einer "endlosen" Faser nicht die praktische Verwendbarkeit des Mehrfaserigen Gegenstands, der eine Faser enthält, deren Länge relativ kurz ist. Auf jeden Fall können die "endlosen" Fädea der Erfindung, auch wenn sie aus den oben angegebenen Gründen zexbrochen oder zerrissen worden sind, mit Längen hergestellt werden, die wesentlich länger sind als die Län^e einer Stapelfaser.

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, Die feuerfesten Fasern der Erfindung sind haltbar und können ! leicht gehandhabt werden, wie z.B,. zum Weben von Stoffen. Auf . andere !.'eise ausgedrückt, sind die Fasern bruchfest. Zur Demonstration der Bruchfestigkeit oder der nicht-bröckligen Natur der feuerfesten Fasern der Erfindung ist ein Testverfahren entwickelt ¹ worden, urn den "Eiöckligkeitsindex" eines Faserprodukts zu mes- ! sen. Bei diesem Test wird die Fähigkeit der Faser gemessen, rae-

I chanische Störungen und Beanspruchungen auszuhalten, wie z.B. I
Biegung, Reibung und Stoß. Dieser Test gibt die Empfindlichkeit

j der Faser wieder gegenüber nicht-statischen Bedingungen, nachdem die Faser hohen Temperaturen ausgesezt worden ist, wie z.B. 1oo bis 14oo°C. Der Test stellt eine i-aß für die Uüte der Faser zur Verfügung, wenn die Fasern in einer "freien" Form, wie z.B. als Ofenisolierung oder gewebte und/oder geflochtene Ufentransportbäiider vorliegen, wobei derartige Formen Zugspannungen, Vibrationsbedingungen, Biegebeanspruchungen und dergl. unterworfen werden.

Zur Bestimmung des Bröckligkeit3inlex wird eine Faserprobe benutzt, die auf eine Länge von 2,5 cm zugeschnitten worden ist und etwa o,2o _+ o,o5 g wiegt. Die Probe wird in einen Glasbehälter gebracht, der 23 normale Laboratoriumsgummistopfen (Nr.OU) enthält (wobei das Gesamtgewicht der Stopfen 118 g beträgt). Dieser Glasbehälter ist ein Glas-Haibliterkrug mit einem Umfang von 24 cm. Der Krug wird mit einem Schraubendeckel verschlossen, auf einer Kautschukwalzenitugelimihle angebracht und 5 Minuten mit einer Geschwindigkeit von 155 bis 16o rpra gedreht. Während des . Drehens stürzen die Gummistopfen und Fasern durcheinander. Nach

J*¹

5minütigem Durcheiuanderstüi'zen wird der Inhalt deb iviugs auf ein kreisrundes dieb mit einem Durchmesser von 2o cm und mit Öffnungen von ο,84 mm entleert, um die kurzen gebrochenen Fasern oder Fa serf rahmen te von den Maseru zu txennea, die i,.i wesentlichen lanß oder unversehrt sind. Der entleerte Krug, der Deckel, jeder stopfen und die auf dein dieb zurückgebliebenen lasern werden sorgfältig und gründlich gewaschen und gespült, um eine Gewinnung der langen oder unversehrten Fasern u^d ein Entfernen von

!irgendwelchen Rückständen aus zerbrochenen Fasern sicherzuptejlen. I
Das Waschmittel ist ein etwa halbes Liter Leitungswasser (das in den entleerten Krug gego«sen wird), dem mehrere Tropfen eines Reinigungsmittels (wie z.B. "i'EilGli-'OL" TMN) zugegeben wird. Dieses Waschmittel wird auf die auf de,n Sieb zurückgebliebenen Fasern und Stopfen gegossen. Der krug wird dann mit Leitungswasser gefüllt, und dieses wird ebenfalls auf das Sieb zu in Spülen gegossen, und diese Spül stufe wird wiederholt, bis kein öchäumen von dem Wasser in dem Kru^_: beobacntet wird. Der Wasch- und opülvorgan-, wird dann ^wei- oder dreimal wiederholt, urn eine l'aser^ewinnuiig und -trennung sicherzustellen. Die Stopfen werden von dem Sieb entfernt, und aeste an den Stopfen werden auf das Sieb gewasciien. Das Sieb und die darauf befindlichen Fasern wexden bei 80 bis 11o°C bis zur Trockne erwärmt, und die Fasern werden dann von dem Sieb fortgenommen und gewogen. Um sicherzustellen, daß die Fasern trocken sind, werden sie in einer Aluminiuiiischalc bip zu einem konstanten Gewicht erneut erwärmt. Der "Bröckligkeitsindex" ist der Wert, der durch Dividieren des uewicnts von des wiedererhaltenen Pasern durch das Gewicht der Ausgangsprobe erhalten wixd.

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x-iu "BrnckligkeittindeX von "UuIa" besagt, daß die i'aser se 2,erbischlich odcv Jcnwacn ipt, daß sie in kurze !''raguiente zerbricht oder zu ^J baut) zerkleinern wird, aucii wenn r.ie nur gelinde zwiscuen de..i Lei^cfinger unci dciu Jaujtu gerieben wild. Jean ein i'aserproduku einen i-iückli^ke.'i o^iud'.,x von lJuII ha L, wild die Testprobe vollständig durch da.?, oieb we._;,<ewasCL.ier), d,h, bleiben praktisch keine iascra auf de,ι oieb zuiück.

Leν ι,löckligkeitcind χ dci feuerfesten Lasern dei· i-rfindun^, die durch χ. al κ ini er en ungebrannter Fasern durch Erennen von naumternperatur bi& looo 0 innerhalb von 1 bis 2 stunden hergestellt worden Find, ist mindestens o,3, vorzugsweise laindestens o,5 und noch vor teil haftet größer als o,7" und dor Bröckligkeitsindex von aolr: feuerfesten .Käsern, die bei Bx'ennte.nperaturen von 14oo°C

und durch weiteres Brennen bei 14oo°C; für 4 Stunden hergestellt worden sind, ist ,-lir.deotens o,2 und vox'zugsweise über o,5. Iia al 1 ^f.üiei nen gilt, daß, je freier dei¹ !Durchmesser der i'aser ist, dec·, to /rnßer der Lröcki i gkei tsindex ist, Käsern mit diesen Indices cind bx-ucnfest oder in. wesen-tliciien nich t-zerbreclilich (und Jraaspaiciit), und solche !Fasern sind auf Anwendun_tisgebieten brauchbar, bei d- nen hohe i'einperatuien, wie z.B. 1ooo bis l4oo°C, auftreten. i'i.-L.-. k^;5nneii "oiidlose" uarixe aus diesen l'asei'ji zu eineui Üi'en-Lband geflochten weiden, das zur Verwendung beiii, brennen

von i.eraip.ikge^en ständen bis herauf zu i 2oo bis l4oo°C geeignet ic-t. hiseni .ait relativ niedrigen Bröckligkeitsindices können mit vorteil als '.V9r,;ieisoiiciui\,_siiiatcrial iri kasse verwendet werden, während iasera mit relativ hohen Bröckligkeitsiudiccs mit Vorteil als Cam und *ur iiersLellun^ gewebt ei -egenstände, wie z.B. von

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Ofen-'iranspor tbändern, verwendet werden können.

! U;n Brockligkei tsindices zu erzielen, die an dem hohen .u

ι
oben angegebenen Lereichs liefen, d.n,, uu ifasern zu erzielen, die hochgradig nicht-zerbrechlich und naltbar sind, enthalten die feuerfesten lasern der Erfindung vorzugsweise bis ueraui zu ; 2 Gew.-% und noch vorteilhafter etwa o,5 bis i uew.->o von in&ge- ; saiiit b_o0~- und/oder PoOr-^duponenten, undkönnen die feuerfesten Fasern außerdem bis herauf zu 1 Gew.-Vo Gr Q, enthalten, wobei der ί Rest im wesentlichen aus Al uminiu.noxid-Kiesel säure und gegebenenfa] ε aus kleinen Anteilen der wanlweise zugegebenen üetalioxidzusätze, die zux· iarbgebung usw. eingearbeitet worden sind, besteht.

Um die erwünschten oben an_oegebenen -bröckligkeitsindices zu erhalten, ist es wesentlich, daß das fasex*bildcnde i-iaterial praktisch frei von Olorid ist und daß das Aluininiua.oxidvorläufermaterial ein anderes als Aluminiumchlorid ist. ^s wurde z.ü. festgestellt, daß feuerfeste l'asern aus ioo Gew.-/b 3 Al^O,.2 JiOp oder 93 üevv.-'A. 3 Al₂O^. 2 _biQ und 2 Gew.-% 1^0,, die aus faaerbilden- ! dem Material hei'gestellt worden sind, in dem das Aluminiumoxid- ;

Vorläufermaterial in Aluminiumchlorid gelöstes Aluuiiniummetall j

war, sehx· zerbreoh] ich waren und einen Bröckligkeitsindex von ü j bis o,5l> beim Kalzinier en bei looo C und einen uröckli^kei tsindex ! von 0 bis o,l beim kalzinieren bei i4oo°G hatten. &s wurde festgestellt, daß soicne >asern, anders als die nach der irfinduri^ herres tell ten i'a&ern, inhomogen und durchscheinend (oder opak) waren und/oder relativ große Oberfläcnenbereiche hatten, auch

wenn sie bei 12oo°ü gebrannt worden waren. In diesem Zusammenhang wild auf die in der Figur 4 dargeotellte Faser hingewiesen, die eine Zusammensetzung von 98 üew.-% 5 AIpO,*2 ^iCg und 2 Crew.-¹Z B₉O₇ hat undaus faserbildender Flüssigkeit hergestellt worden ist, die von in Aluminiujichlorid gelöstem Aluuiiiiiuiranetall, Kiesel säuresol, Eorsäure und Essigsäure herctammte, und die bei 1ooo°C gebrannt worden ist. Die Faser in der l'igur 4, im Gegensatz zu der in der Figur 3 dargestellten laser der Erfindung, hat einen Bröckligkeitsindex von KuIl und kugelartige I¹Oi >nen, die reihenförinig iiü Innern der laser enthalten sind und eine Größe von 2 bis 5 Mikrometer äaben. Die l'aser der Figur 4 ist sehr poräs, wie durch das unmittelbare Eindringen von Immersionsöl in das Innere _bezeigt wird; cie hat einen Oberflächenbereich von 49»3 m^>/g, und es wurde festgestellt,; daß sie beim weiteren Brennen bei 12oo°G einen Oberflächenboreich von 5 m /g hat,

Eie feuerfesten Pasern der Erfindung haben in dem kalzinierten oder bei 12oo G gebrannten Zustand einen sehr niedrigen spezifischen Obeiflächenbereich, was ein Anzeichen für die relativ nicht-poröse und sehr dichte iiatur der Fasern ist und offenbar in einem erheblichen Maße für die praktisch nicht-zerbrechliche oder haltbare Natur und den geringen (rewichtsverlust sowie das geringe Schrumpfen bei llochtei.iperatureinsätzen verantwortlich iist. Fasern mit geringem Oberflächenbereich sind wegen der damit verbundenen geringen Neigung erwünscht, bei Hochtemperaturein- \ sätzen zu Schrumpfen und feuchtigkeit, Gase und andere unerwünscht j te Materialien, die die Brauchbarkeit der Fasern beeinflussen können, zu adsorbieren oder zu absorbieren. Z.B. finden die

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Fasern der Erfindung mit geringem Oberflächenbereich als Transportbänder oder alG Isolierung in Vakuumöfen Verwendung, weil dieser Faserarten ein unzureichende oder verengerte neigung haben solche Verunreinigungen zu adsorbieren oder absorbieren, die sonst durch Entgasen des Ofens entfernt werden müßten. Im allgemeinen haben die Fasern, wenn sie bei 1ooo C kalziniert oder weiter erwärmt oder bei 12oo C kalziniert worden sind, Oberflächenbereiche unter 1 in /g (bestimmt z.B. durch Stickstoffadsdirptionstechniken mit einem Oberflächenbereichmeßinstrunient, wie z.B. mit ¹¹QUANi¹ASOuB" Modell QS-6). Diese niedrigen Oberflächenbereiche nähern sich dein anhand der Geometrie der Fasern, nämlich mit rundem oder ovalem Querschnitt, berechneten Oberflächenbereich. Zur erzielung des geringsten Oberflächenbereichs enthalten daher die feuerfesten Fasern vorzugsweise BpO,- und/oder P₀Or:- und Cr^O^-Komponenten.

Ein anderes Merkmal der feuerfesten lasern der Erfindung ist, daß sie praktisch kohlenstofffrei hergestellt werden können, d.h. mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Anteil unter o,2 uew.-/o, vorzugsweise unter o,1 Cew.-% und häufig mit einem so geringen Kohlenstoffgehalt wie 0,05 cew.-z-o oder weniger.

Die "endlosen" feuerfesten Fasern der Erfindung sind besondexs als Garn zur Herstellung gewebter, nicht-gewebter, verfilzter, gewirkter und anderen -extilarten oder Stoffe, wir z.B. Geflechte, geeignet. Solche hergestellten Erzeugnisse haben im allgeujeixien die gleichen Eigenschaften, wie z.B. große Festigkeit, Biegsamkeit, Feuerfestigkeit und chemische Beständigkeit, wie die Fasern,

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, aus d. nen sie gebildet worden sind. Die von Innen her gefärbten feuerfesten Fasern sind besonders für schmückende Stoffe, wie z.B. Bekleidung, Polsterwaren, Wandverkleidungen, sowie zur Farb-I kodierung oder -kontrolle geeignet. Fasern oder Garne der Erfindung in verschiedenen Farben und/oder mit verschiedener Zusammenj setzung können gemeinsam zux' Herstellung von Stoffen mit dekora-¹ tivem äußeren Ausführungen verwendet werden. Fasern oder Garne der Erfindung können gewünschtenfalls mit Fasern aus anderen Materialien geineinsam verarbeitet oder verwebt werden, wie z.B. : mit Metallfasern, Kieselsäurefasern, Glasfasern, Kohlenstoff-, iGraphit-, Polyimid- oder Pol;ytetrafluoräthylenf asern. Gewebter I Stoff aus den feuerfesten Fasern kann als Wandverkleidung an ver-

^! schiedenen Substraten fest gebunden werden. z.B. können solche

j Stoffe mit geschmolzenem Glas oder feuerfesten Bindemitteln bzw· Kitten, wie z.B. Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Phosphaten und Silikaten, an Aluminium oder andere Metallsubstrate gebunden und als Innenwände von Flugzeugen verwendet werden. Die gewebten Stoffe (oder i'atten) können auch als Auflagen in Kunststoff-, Metall-I oder Keramiklaminaten verwendet werden. Die Fasern können auch mit solchen Bind mitteln wie kolloidalen Solen von Aluminiumoxid, 'l'itandioxid und kieselsäure unter Bildung biegsamer Keraraikpapiere oder -matten gebunden werden, die als Wärmeisolierung oder als Vorformen für verstärkte Harzverbundmaterialien geeignet

' sind.

; Die feuerfesten Fasern der Erfindung können in Form von Stoffen, Hatten und Lagen als leicht-gewichtige akustische oder thermische

Isolierung für Hochtemperaturanlagen, wie z.B. vViderstands- und Induktionsöfen und Muffelöfen, zuni Zwecke des Wärrneschutzes oder zur WärraereflektiOii, z.B. als tleizroäntel und Wärnievorhänge, und zum Brandschutz zur Verhütung einer Ausbreitung des Brandes durch Wände, wie z.B. von Abteilen oder dem Rumpf von Flugzeugen, verwendet werden.

Ein anderes Einsatzgebiet für die "endlosen" feuerfesten Fäden ist das der Ofentransportbänder. Metalltransportbänder, die gewöhnlich in der Industrie verwendet werden, haben eine höhere Wärmekapazität als Ofentransportbander, die aus den feuerfesten Fasern der Erfindung bestehen, und daher erfordern die letzteren Ofentransportbänder geringere Energie zum Erwärmen derselben auf die Betriebstemperaturen. Die aus den feuerfesten Fasern der Erfindung hergestellten Ofentransportbänder haben den weiteren Vorteil gegenüber den Ofentransportbändern aus Metall, daß die ersteren nicht verschlacken (was sonst zu einer Verunreinigung von Brenngut führt).

Aus den feuerfesten Fasern der Erfindung hergestellte Katten, Lagen, Stoffe und andere Strukturen sind zum Abfiltrieren von teilchenförmigen! Material aus heißen Gasen geeignet, wie sie z.£, von Müllverbrennungsöfen,Abzugsschächten von industriellen Anlagen

und öffentlichen Versorgungsbetrieben, KohlevergasungsbeIrieben und anderen Betrieben erzeugt werden, wenn mit Teilchen beladene Gase mit hoher Temperatur abgezogen werden, wie z.B. in die Atmosphäre·

Ein anderes besonders geeignetes Anwendungsgebiet für die feuer-

festen Fasern der Erfindung ist das der Verstärkung von Bauverbundmaterialien mit Kunststoff-, Elastomer-, Netall- oder Keramikmatrix, insbesondere von solchen Verbundmaterialien, die unter Ho chteniperatur bedingungen oder sagar Hyperwärmebedingungen benutzt werden, wie sie in der Raumfahrt angetroffen werden, und unter Ablationsbedingungen. Als Verbundmaterialverstärkung können die feuerfesten Fasern entweder in "endloser" Form oder in Stapelform und verteilt oder dispergiert in der Matrix als solche I oder in mehrfaseriger oder verarbeiteter Form, wie z.B. in Form ί von Textilien, verwendet werden. Zu Matrixmaterialien, die auf diese Weise verstärkt werden können, gehören irgendwelche der

ι bisher zur Herstellung solcher Verbundmaterialien benutzten 'Materialien. Die Kunststoffe können entweder von den wärmehärtenden oder thermoplastischen Typen sein. Zu typischen verwendbaren Katrixmaterialien gehöxen die für diese Zwecke in der US-Patentschrift 3 735 524 aufgeführten.

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen erläutert. In

diesen Beispielen sind die angegebenen Viskositäten Brookfieldi
Viskositäten, die bei Umgebungstemperatur gemessen worden sind.

Die Werte für die Gewichtsprozente von Festsubstanzen wurden durch Trocknen und Brennen einer Probe von der Dispersion in Luft bei

; etwa 9oo bis 1ooo G erhalten. Die berechneten chemischen Zusam-

j mensetzungen dex' Fasern basieren auf den Oxidäquivalenten der !kalzinierten Proben von den zur Zubereitung der faserbildenden Ausgaugsmaterialien verwendeten Oxidvorläufermaterialien. Das :Brennen der ungebrannten Fasern und das Brennen von feuerfesten Fasern bei höheren Temperaturen wurden durch Brennen in Luft in

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einem elektrischen Widerstandsofen durchgeführt. Die Zugfestigkeitswerte für Fasern wurden mittels einer "Instron"-Jestvorrichtung erhalten, indem eine Belastung auf eine einzelne Faser (mit einer Heßlänge von 2,54 cm) bei einer konstanten Dennungsgeschwindigkeit von o,5 cm/min bis zum Brechen der -Faser ausgeübt wird. Die Elastizitätsmodulwertc wurden an einer einzelnen Faser (Keßlänge 12,7 cm) ermittelt, die auf der "Instron"-aestvorrichtung Dehnung ausgesetzt wurde. Dj e angegebenen ftönt^enstrahlenwerte wurden bei Raumtemperatur mit einem Picker-Köntgenstrahlenbeugungsinstrument, 3IG A, bei 4o kV, 3o ma, unter Benutzung einer Pulverbeugungskamera (Debye-Scherrer) mit einem effektiven Filrndurchmesser von 14,32 cm erhalten. Falls es nicht anders angegeben wird, waren die Proben Pulverproben, die für eine halbe Stunde Kupfer-K-alpha-Strahlung mit einer Wellenlänge Von I,54o5 S ausgesetzt wurden, wobei eine Hälfte des lilms in der Kamera durch ein Wickelfilter abgefiltert worden war. Der Bröckligkeitsindex wurde bestimmt, wie oben angegeben ist. Wenn die Kristallitgrößen in Ä angegeben werden, sind es überschlägliche mittlere Größen, die auf der Röntgenstrahlenbeugun_fcs-Linienverbieiterung nach der Pulvermethode beruhen. Die für wullit angegebenen relativen Intensitäten (I_re;j_) basieren auf der Hauptbeugungslinie 5,4 und den 3,4-Dublett, und die für *J - oder /

-Aluminiumoxid angegebenen relativen Intensitäten basieren auf der Hauptbeugungs] inie bei 1,4 ^* weil die BeUfcun^slinien für J - und Jf-Aluminiumoxid si nahe beieinander liegen und die Linien so breit (oder diffus) für Kristallite mit der in den lasern der Brfiiidnn - orhni ι <·>) r>i ureQe sind, ist es schwierig festzustellen,

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welche Aluininiumoxidform tatsächlich vorhanden istj daher wird das Aluminiumoxid als J~ oder /'-Aluminiumoxid bezeichnet.

Beispiel 1

Feuerfeste Fasern aus 3 Al₀O,·2 SiO₂ der Erfindung wurden folgendermaßen hergestellt.

Eine. Lösung wurde durch Lösen von 92 & Aluminiuaifoi\»ioacetat ( "ilACET", eine kalziiiierte Probe davon ergab, daß die Lösung 33,2 Gew.-/O AIpO, äquivalent wai) in 15o g heißem Wasser (7o bis So⁰) gebildet, ililchsäure (7,6 g, 35-gew.-/&ige wässrige Lösung) wurde in die Aluminiurnformoacetatlösung eingerührt, und zu dem erhaltenen Gemisch wurden 37,5 g von wässrigen Kieselsäuresol ("LUDOX" LS, 32 üew.-tf SiO₀), das zuvor wit 3 Tropfen HNO, (7o-gew.-%ig) angesäuert worden war, gegeben. In das erhaltene Gemisch wurden 6,6 g haissirup (mit einem spezifischen Gewicht von 1,42 g/crn^ und einer Viskosität von etwa ioo ooo cP) eingerührt. Die erhaltene homogene Dispersion wurde durch ein "WHAT·* KAMIi"-Filterpapier Wr. 54 (unter v/asseransaugen) filtriert und dann durch ein o,3-Mikrometer-Patronenfilter filtriert. Die erhaltene filtrierte Dispersion wurde in einem "rtüTAVAPOR"-Kolben bit zu einem faserbildenden Zustand konzentriert ( mit einer geschätzten Viskosität von 4o ooo bis 5oooo cPJ, und luftblasen wurden durch Leulrifu_eieren des erhaltenen flüssigen Konzentrata für "i 5 Minuten boi ίβοο rp.ii entfernt. Das Konzentrat wurde dann bei einem -üruck; von etwa 14 !cg/ciu durch eine 3o-Loch-Spinndüse :nit Löchern mit Durchmessern von ο, ι mm extrudiert, und die extrudierten Fasern wurden durch eine Drehtrommel mit einem Durchmesser

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von 61 cm mit einer linearen Geschwindigkeit von 67 m/min gezogen und auf dieser Drehtrommel aufgefangen, welche etwa 2 .v, unter der Spinndüse angeordnet war. Vor dem Aufwickeln auf dei Trommel wurden diö extrudierten, gezogenen "endlosen" ungebrannten Fasern durch einen senkrechten Schachttrockner geführt, dereinen Innendurchmesser von etwa 17»8 cm und eine Länge von etwa 122 cn hatte. Luft von einem Korapressorsystem wurde durch einen Kieselsäuregeltrockner und dann nach oben duich einen Schachttrockner (ohne zugeführte Wärme) mit einer Geschwindigkeit von etwa o,o35 aiV'^in geleitet, während die lasern nach unten in den Schachttrockner gezogen wurden.

Ein Teil der "endlosen" ungebrannten fasern wurde von der irommel in Form eines Faserbündels abgeschnitten, und zwar mit Längen von 2o bis 25 cm. Die ungebrannten Fasern waren transpar exit und hatten einen runden Querschnitt. Das Bündel wurde in Luft von Raumtemperatur (RT) bis 1ooo ΰ innerhalb einer Zeitdauer von einer Stunde in einem elektrischen Ofen (Modell 5H42, 488o Watt, 23o Volt, hergestellt von Lindberg Division, Sola Basic Industries, Watertown, Wisconsin) kalziniert. Die Geschwindigkeit der lemperaturzunahme war wie folgt j
Zeitfolge, min:

0 15 21 27 32 33 44 5o 57 6o Temperatur,⁰C:
RT 4oo 5oo όοο 68o 75o 83o 9oo 975 looo

Dati kalzinierte Eündel von feuerfesten fasern wurde aus dem heißen Ofen innerhalb von Io Minuten nach dem Erreichen von 1ooo°C

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herausgenommen und in umgebender Luft abgekühlt. Das abgekühlte Bündel von feuerfesten -basern hatte eine nicht ganz weiße Farbe (d.h. leicht gelbbraun) und war weich und biegsam, und es wurde festgestelit, daß die einzelnen Fasern in dem Bündel klar, glänzend, glatt und transparent bei Untersuchungen unter einem Stereomikroskop bei Gofacher Vergrößerung waren. Die Fasern hatten einen gleichmäßigen Durchmesser von etwa 1 i> Mikrometer und fühlten sich sehr stark an, wenn sie zwischen dem Zeigefinger und dem Daumen jeder Hand festgehalten und gezogen wurden, bis ein Brechen stattfand. Bei Untersuchung unter einem petrographischen Mikroskop mit 3oofacher Vergrößerung wurde festgestellt, daß die Fasern so porös wai en (Iminersionsöl drang sehr schnell ein), daß der Brechungsindex schwer zu messen war. Die Fasern (3 Α1_?Ο.,·2 SiOp) hatten eine berechnete Zusammensetzung von 71»8 Gew-% AIpO- und 23,2 (Jew.-'/ü 3iO₂« Die Figur 2 zeigt (bei ioofacher "Vergrößerung), wie die bei 1ooo U gebiannten lasern unter einem Lichtmikroskop (5ofache Vergrößerung) erschienen, wenn aie in Öl mit einem Brechungsindex von I,Go eingetaucht und mit durchgehendem Licht beleuchtet wurden, wobei die Zeichnung die Transparenz, Klarheit, Glätte und i.leich_;näßigkeit der Fasern widergibt.

i)in Ί¹ eil der bei 1ooo°C gebrannten fasern wurde in einen Aluminium oxidbehälter gebracht und in Luft in einem elektrischen Ofen ("GLOBAi;") von ^au-ntemperatur bis i2oo°C in etwa 2 Stunden und bei l2oo°C für 3o i.inutcn gebrannt. Die auf diese Weise erneut gebrannten feuerfesten lasern wurden aus dear Ofen herausgenommen und komuen sich i>i u.ngebrndei Luft auf uauuitemperatui abkühlen.

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Die bei 12oo°C gebrannten lasern waren weißer als die bei 1ooo°ü gebrannten lasern, sahen aber sorut wie die bei 1ooo U gebrannten Fasern aus.

Ein anderer ./eil der bei 1000 (J gebrannten Fasern wurde in ähnlicher V/eise in Luft von Raumtemperatur bis 14oo°0 in dem elektrischen Of en ("liLOBAii") für etwa 3 stunden gebrannt und bei 14oo°C für 4 Stunden dauergebrannt. Die auf diese Weise erneut gebrannten Fasern wurden aus dem Ofen herauygenommer und in umgebender Luft auf ilaumteiuperatur abgekühlt. Diese bei 14oo°C gebrannten F sern konnten ohne Brechen _&ehandhabt werden, fühlten sich ziemlich stark an, erscheinen dem unbewaffneten Auge weiß und waren unter einem Stereomikroskop mit bofacher Vergrößerung farblos, transparent und rund im querschnitt. Bei Prüfung unter einem Lichtmikroskop mit 5ofacher Vergrößerung in der gleichen ■ Weise, wie sie oben für die bei 1ooo°C gebrannten Fasern angegeben ist, sahen die bei I400 0 ^brannten Fasern genauso aus wie die in der Figur 2 dargestellten Fasern. Bei dc_;r Untersuchung mit einem petrographischen Mikroskop mit 3oofacher Vergrößerung ergab sich, daß die Fasern eine (j,leichnicäßige mikrokristalline Struktur hatten, keinen wahrnehmbaren (iauteffekt zeigten und einen Brechungsindex von etwa 1,636 hatten. Weitere werte für die oben beschriebenen Fasern werden in der 'labelle II zusammengefaßt angegeben.

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Tabelle II Eigenschaften dei fasern

Fasern

kristalline Phase,

Röntgenstrahlen-

analyse

Überflächenbereich
in /ft

bei ιoo G p.ebrannt

bei i2oo°C gebrannt

bei i4oo°C gebrannL

nur ^- oder Jf-rtlu- 33,3 iuiniuiiioxid (.Kristal lite <· 6008)

vorheri sciiend i.ullit o,2o (I , I00 ^Kristallite

ca. loooXjplus kleiner Anteil von ^- oder Jf-Aluminiumoxid (1,4; Kristallite < 600 S)

nur Mull it (Kristallite ca. o,21 I000 °) o,2 ι

Dichte

2,4a

2,75

hröcklungsindex

o,73

o,72

feuerfeste fasern aus

Beispiel l^O ·2 UiO

wurden wie folgt nergestellt:

Zu eine.n G '"isch von 3oo ml Ameisensäure (97%ig) und 3ooo ml deioniaiei ten V/asser wurden 454 g Aluminiumisopropylat gegeben. Die erhaltene Lösung hatten eine Al^O·,-.äquivalenz von 3,49 (Jew.-?ö. Zu 2'\bo i dieser Lösung wurden 247 g Aluininiuruformoacetat ( "L.iAC li¹", 3o,4 Grew.-/J Al₂O^ äquivalent) gegeben, und dann wurde auL' 00 U erwärmt, bis die Lösung klar war. flach de.n Abkühlen der erhc-d teuen Lösung auf 3o C wurden 1 iioo g von wässii^em kolloida-Ie-. AlUiiiniu-noxidsoj (".JhL(JC" Πι-I 33 1-256, etwa Ίο ucw.-)» Al₂O^) , 393 *'_ von w^:issci{_:er kolloidaler K eselsäute ("Ll.J;L'/." Lo, 3o uew,-i/i .^iJ₉) und \',\'j nil . .i I C!i.-;;lui-e (:i^-_tt,w.-/uitJ üugegobtii. Las erhaltene 'if'-ir-c:i wuide durcii ein "« iV.:. -Ah ; ^M-i· il Lerpapier :<i·. 54 filtriert.

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Die filtrierte F übsigkeit wurde unter Vakuum in einem "iiO'^VA-POR"-Kolben konzentriert, der in ein ,-/asoerbad mit einer ^eiiiperatur von 35 bis 4o 0 eintauchte, und es wurde ein flüssiges ilon- ; zentrat mit einer Viskosität von 5o ooo (bei 29⁰C) erhaltexi. Das Konzentrat wurde zenürifugiert, um Luftbalsen zu entfernen. Nach dem in der US-Patentschrift 3 76o o49 beschriebenen all ge- ^!

I i

; meinen Verfahren wurden dann aus dem konzentrat Fasern gebildet, I die zu feuerfesten i'asern gebrannt wurden. Gemäß dem dortigen Vetfahren wurde das Konzentrat einer 13o-Loch-Spinndüse mit Loch- ;

i 2 \

jdurchmessern von o,o76 ram bei etwa 14,06 kg/cm zugeführt und !

extrudiert. Die erhaltenen extrudierten Fasern wuiden senkrecht

j nach unten durch das Zentrum eines Schachttrockners iai I einer Läiige von etwa 1,5 m und einen Duichmesser von 3o,5 cm in einen »jegenstrora von trockner Luft gezogen, die vo^i unteren jinde des Schachts mit einer Jei.iperatur von etwa 4o°C eingefühi't und auo de!., oberen Ende des Schachts Jiit einer Temperatui von etwa 3o°u abgezogen wurde. Der Luftdurchsatz betrug etwa 17 Liter/s, und die Luft hatte eine relative Feuchte von etwa 4o >o. Die ungebrannten "endlosen" Fasern, die aus dem unteren ^eil der. schachtt. ausbrat(:rt, wurde durch entsprechende l·aserführung 2,usa;iiaen_tebracm ₍ co daß ein koiüpakter Strang von i 3o Fasern gebildet wurde, und über eine Walaenauftragvorrichtung geführt und dort ..ilt einem inerten bei etwa i8o°C siedenden Fluorkohlenstol'f (mit der -Lezeichnung "Fw 4»0" von ι innesota hining and i-anufactux Ln_fc oCiipany) lim Gemisch mit einer kleinen i.en^e (o,^. Lrew.->v) ChlorfLuorkohlenjstofföl) das unter der Handelsbezeichnung "a/vL0o4^BüiJ L/1L" Jorte ! 13.21 verkauft wird) beschichtet. Dgl gesch.uier te .Jtrau_L wuide

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; über ein Paar gegenläufige Zugwalzen mit jeweils Durchmessern von 61 cm geführt, um die fasern bei etwa 4o m/min zu ziehen. Der Strang wurde etwa 1 ia fallengelassen und sammelte sich in spannungsfreier, formloser Weise auf einem waagerechten, sich bewegenden endlosen Transportband an. Das sich bewegende L'rantsportband war ein offenmaschiges Nylonsieb mit einer Breite von eLwa 23 era. In dem Maße, in dem sich das Transportband bewegte, wurde der Strang kontinuierlich darauf abgelagert, wobei sich das untere Ende des Strangs zurück und dann seitlich auf dem Transportband bewegte und darauf als 3-förmige Schleifen absetzte. Das Transportband wurde kontinuierlich um einen perforierten feststehenden Zylinder an einem äußeren Ende und um eine Antriebsrolle an dew anderen äußeren Ende geführt. Sobald der angesammelte Stapel aus dem Strang auf de., ransportband das äußere Ende auf dessen Weg nahe dem feststehenden Zylinder erreichte, wurde der Stapel auf dein Transportband durch ein leichtes Vakuum gehalten, dar· durcn Zugluft durch da? xansportband in den Zylinder erhalten wurde, wodurch der Stapel auf dem Transportband gehalten wurde.

j bis er den untersten Punkt seinem Weges erreicht, hatte. Danach fiel der Stapel fcontinuierlich von dem i'r an up ort band unter dem

; Einfluß dei Schwerkraft nacri unten Uiid lagerte sich auf einem ι sich waagerecht bewegenden Transportband ab, das aus einem Blech

j aus korrosioiisf este.u Stahl bestand und sich in einer Ricntuxig bewegte, die der Richtung entgegengesetzt war, in der sich der obere Teil des siebförmigen Transportbandes bewegte, wenn sich der Strang zu beginn ansammelte. Ein statischer Abnehmerstab war neben der äußeien Oberfläche des Zylinders an einem Punkt direkt . 7Q9349/T0I8

-MT-

Ht

über demjenigen, an dem der Stapel von dem Siebtranspoitband herunterfiel, angeordnet. Der Stapel auf dem koxxosiorisf esten Stahltransportband hielt seine spannungsfreie Lage bei mit der Ausnahme, daß er im üffekt umgekehrt worden war. Das korrosionsfeste Stahl transportband trug den Stapel mit einer Geschwindigkeit von 3o cm/min durch einen "Vorbrennofen", und zwar durch einen elektrischen Plattenofen mit 4 Zonen, wobei jede Zone eine Länge von 1,8 m hatte· Die Eintrittsteraperatur der ersten Zone betrug etwa 2oo C, und der heißeste Punkt dieser Zone wax· etwa 32o°C. In dieser ersten Zone wurde der Stapel in Luft gebrannt, um Wasser und anderes flüchtiges Material, wie z.B. Lösungsmittel, zu verdampfen, die Zersetzung von organischem Material einzuleiten und das Sintern der Fasern einzuleiten. In den zweiten, dritten und vierten Zonen des Ofens erhöhte sich die i'emperatur allmählich auf 87o°C, wodurch restliches flüchtiges Material entfernt und die Umwandlung des otxangs in einen feuerfesten Strang bewirkt wurde. Das Brennen führte zu einem linearen ochrumpfen (etwa 38 %). Während des Brennens durchlief der Strang Braun- uu Schwarzvexf äx'bungen uad wurde schließlich weiß für das unbewaffnete Auge und klar und transparent unter einem Lichtmikroskop. Der aus dem Ofen austretende gebrannte iaserstrang wurde von dem korrosionsfesten Stahltxansportband durch eine lceihe von Zylindern mit veränderlicher Bpannung abgezogen und in -borm eines geraden, straffen S rangs durch einen 2,4 m langen Röhrenofen geführt, der bei etwa 95o°C gehalten wurde. Die l'ransportgeschwindigkeit durch den Röhrenofen betrug etwa 24 m/min. In dem Maße, in dem der Strang durch den Röhrenofen gefühxt wurde, wurden

I Knickstellen aus dem Strang entfernt und wurde der Strang gerade ! gerichtet. Nach dem Verlassen des Röhrenofens wnrde eine Toluol-' lösung von o,5 üew,-# "KRATON" 11o7, Butadien-Isopren-Blockcopolymerisatkautschuk, und 2,5 Gew.-% Mineralöl auf den Strang aufgetragen, und der mit einer Appretur versehene Strang wurde um I einen Kern aufgewickelt. Die Fasern in dem so gebrannten Strang

waren "endlos", transparent, klar, farblos, glänzend, rund und : ütark. Einzelne Fasern des feuerfesten Strangs hatten einen mittleren Durchmesser von 1o bis 12 ldkrometer. Die berechnete Zusam-ι mensetzung der Fasern war 71,8 Gew.-% AIpO, und 28,2 Gew.-%

; Proben von dem bei 95o°G gebrannten Strang wurden in einen eleki trischen Widerstandsofen gebracht und in Luft bis 16oo°C für eine ietwa 2-stündige Dauer gebrannt, wobei Proben bei 1oo°C-Interval~

len zur Messung der Zugfestigkeit und des Durchmessers der einzelnen Fasern entnommen wurden. Die Ergebnisse dieser Messungen werden in der Tabelle III angegeben.

Tabelle III

Temperatur, bei der die Probe gebrannt wurde, ⁰C

Eigenschaften	von gebrannten Fasern
Zugfestigkeit,"*" kg/era	mittlerer Faser» durchmesser, /um
1o 124	1o,9
12 796	1o,7
1*4 272	9,9
13 78o	9,7
13 oo7	9,4
8 738	9,1

11oo 12oo 13oo 14oo

16oo

⁺Der angegebene Wert ist ein iiittelwert von 6 Messungen mit 2,54cm

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ro

langen heßproben unter Benutzung einer "INSTxiCW-Testvorrichtung. ⁺⁺Der luttelwert etammt von 6 Messungen her.

Andere Proben von dem bei 95o°C gebrannten Strang wurden in Luft bei höheren :emperaturen für verschiedene Zeitspannen gebrannt, und mit den gebrannten Proben wurden ähnliche Messungen vorgenommen, wie in der tabelle IV angegeben wird.

Tabelle IV
Brennen Eigenschaften von Rebrannten Fasern

Temperatur Dauer, Zugfestigkeit,"¹" mittlerer Fa serdurch-C Stunden kg/cm*" messer, /um

13oo 16 8 713 9,9

Hoo 1 11 46o 9,7

1400 2 13 007 9,7

Hoo 4 8 o35 9,4

1400 16 9 632 9,9

15oo 16 5 273 9,9

⁺und ⁺⁺⁺ entsprechen den Fußnoten in der Tabelle III·

Die bei 95o°G gebrannten Fasern wurden in Luft in einem elektrischen Ofen von Raumtemperatur bis iooo C innerhalb von etwa einer Stunde erbeut gebrannt, und ein Teil davon wurde nochmals von Räumt emp t era tür bis Hoo°C gebrannt und bei der letzteren Temperatur für 4 Stunden gehalten.

Die bei 1ooo°C gebrannten Fasern waren für das unbewaffnete Auge weiß, stark und erschienen bei der Untersuchung unter dem Stereomikroskop bei 6ofacher Vergrößerung klar, transparent, glänzend und glatt. Es wurde festgestellt, daß sie o,o3 Gew.-^ Kohlenstoff

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enthielten, einen Oberflächenbereich von 26,3 in /g und einen Eröckli^keitsindex von o,62 hatten.

Ein 'L'eil der bei 1ooo°G gebrannten Fasern wude weiter in Luft bei 12oo°Ü für eine Dauer von etwa 2 stunden gebrannt und bei ;12oo°G für ί/2 dtunde gehalten. Diese bei 12oo°G gebrannten Fasern

hatten eine Zugfestigkeit voa 83bo kg/cm und einen mittleren Durchmesser von M,25 i-ikroiiieter.

i-.etirere einzelne ütränge von diesen bei 1ooo°G gebrannten fasern rait einer Länge von etwa 1,5 bit. io cm wuiden mit einem rlatindrah t vei'bunden und in einen "oLOBAn"-Ofen eingeführt, der auf 15oc°o vorerhitzt worden war. Proben wurden für b>, Io und Ί5 Sekunden eiu_L ei'ü'ir I und .sctiueli in dj e umgebende Luft uerausgezoren. .üie ernal tonen ^öntgensti'ahlenwerte von diesen verschiedenen bei i5oo⁰^ gebrannten iasern werden zusammengefaßt in der ^:.'abe] 1 e V angegeben,

x'abelle V

Erhit^ungsdauer dex Kristalline Phase, itöntgenstrahi'asein bei 15oo°^iS lenanal.yse

5 vorherrschend i.ullit (Ιχ-ρχΊοο» Kiistalli-

te < 3oo 8) ,nit kleinem Anteil von ¹J - oder /-Aluminiumoxid (^_re^_^[o, Kristallite < 6oo 8)

io vorherrschend l'ullitkx-istallite (i -.1oo;

Kristallite ^8oo % ⁺) mit kleinem Anteil von η - oder y -Aluminiumoxid (^I _rel2i Kristallite ^- 6oo ä)

1 ¹J nur Wullit (Kristallite <. 8oo Ä)

⁺ i,it Elektrcnenmikioskop, die ljullitkristallitgröße lag in dem

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Bereich von 15o bis 125o Ä.

Beispiel 3

Feuerfeste Fasern der Erfindung mit einer Zusammensetzung von 98 Gew.-% 3Al₂O,·2 SiO₂ und 2 Gew.-% B₂O₅ wurden folgendermaßen hergestellt.

Eine Aluminiumformoacetatlösung wurde durch Lösen von 92 g "IIIACET" in 15o ml heißem Wasser (80⁰C) gebildet. Wässrige Milchsäure (7»6 g, 85 Gew.-% Milchsäure) wurde in die Lösung eingerührt, und dann wurden 37»5 g wässriges kolloidales Kieselsäuresol ("LUDOX" LS) zugegeben, das zuvor mit 8 Tropfen HNO, (7o%ige) angesäuert worden war. l^viaissirup (6,6 g) wurde zu dieser Dispex·- sion gegeben, und es wurde bis zur Homogenität gerührt. Eine wässrige Borsäurelösung (1,54 g H,BO, in 4o ml Wasser) wurde ei» gemischt, und das erhaltene flüssige Gemisch wurde durch ein ¹¹WHATMANN"-Filterpapier Nr. 54 (unter Wasseransaugen) filtriert und dann durch ein o,3-^ikrometer-Patronenfilter gedruckt. Die filtrierte Dispersion wurde in einem "KOTAVAPOR"-Kolben bis zu einer Viskosität von 33 000 cP konzentriert und zur Entfernung von Luftblasen zentrifugiert.

Das erhaltene klare Konzentrat wurde durch eine 3o-Loch-Spinndüsc mit o,1 mm-Lochdurchinessern bei einem Druck von 14,06 kg/cm extrudiert und durch eine Trommel mit einem Durchmesser von 61 cm (die etwa 2 m unter der Spinndüse angeordnet war) gezogen und auf dieser Trommel mit einer linearen Geschwindigkeit von 76 m/iiiin aufgefangen. Die gezogenen ungebrannten Fasern wurden durch einen

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senkrechten Schachttrockner wie in dem Beispiel 1 gefütert, bevor sie auf der Trommel aufgefangen wurden.

Die getrockneten ungebrannten Fasern wurden von der Trommel in !''or;,! von Bündeln entfernt und in einem elektrischen Schachtofen !von Raumtemperatur bis auf 1ooo°C innerhalb einer Zeitspanne von

ι I Stunde gebrannt.

j
Das gebrannte Faserbündel erschien dem unbewaffneten Auge weiß

uns war sehr weich und biegsam. Unter dem Stereomikroskop mit

I einer 6ofachen Vergrößerung waren die Fasern transparent, klar,

I farblos, glänzend, glatt, oval im Querschnitt und hatten einen

!mittleren Durchmesser von etwa 15 Mikrometer. Es wurde festge-

i stellt, daß die Pasern sehr stark waren, wenn sie zwischen den Fingern gezogen wurden· Die "berechnete Zusammensetzung der Basern

war 7o,4 Üew.-'/o Al₂O₃, 27„6 Gew.-% SiO₃ und 2 Gew.-ft B^O,.

Die Figur 3 ist eine Darstellung (bei Goofacher Vergrößerung) der ibei 1ooo°C gebrannten Fasern, wie sie unter einem Lichtmikroskop

!(bei 3oofacher Vergrößerung) mit heller Feldbeleuchtung erachei-

nen. Die Darstellung in der Figur 3 zeigt, daß die Fasern glatt sind (es ist keine wahrnehmbare Unregelmäßigkeit oder Rauheit an der Oberfläche vorhanden) und homogen sind (es sind keine optischen Unregelmäßigkeiten, wie z.B. Poren oder gesonderte Phasen, vorhanden). '

Bei einer Untersuchung mit einem petrographischen Mikroskop bei 3oofacher Vergrößerung wurde festgestellt, daß die bei 1ooo°C gebrannten L-apern einrn Hauteffekt hatten, d.h., der Brechunga-

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index der Haut oder äußeren Oberfläche der Fasern war vex schieden von dem Brechungsindex der Kerne, wobei der Index der Haut größer als 1,564 war und der des Kerns weniger als 1,5t>4 betrug und schätzungsweise etwa 1,56o betrug. Es wurde kein wahrnehmbares Eindringen von Immersionsöl nach 5 Minuten festgestellt.

Ein Teil der bei looo C! gebrannten i'asern wurde weiter von iiauuitemperatur bis 121o°C in einem "GlOBAR"-Ofen gebrannt und bei 121o°C für 4 Stunden gehalten. Diese i'asern wurden dann weiter gebrannt, indem sie in einen Ofen gebracht wurden, der zuvor auf 75o°C erhitzt worden war, und in dem die Temperatur innerhalb von 2 Stunden auf 14oo°C erhöht und bei 14oo°C für 4 Stunden gehalten wurde. Die bei 14oo°G gebrannten i'asern waren noch weich, biegsam, glänzend, sehr leicht handhabbar, bruchfest, transparent und waaserklar. Bei der Untersuchung mit einem petrographisciieu Mikroskop mit einer 3oofachen Vergrößerung wurde festgestellt, daß die Pasern noch homogen waren und sehr feine hikrokristallite enthielten.

Ein Teil der bei 1ooo C gebrannten Pasern wurde weiter von io3o bis 12oo°C in dem "ÜLOBAR"-Ofen gebrannt und bei 12oo°J für 1/2 Stunde gehalten. Die erhaltenen Fasern hatten das Aussehen und fühlten sich an wie die bei 1ooo U gebräunten .Fasern,

Die von den gebrannten Fasern erhaltenen tferte werden in der Tabelle VI angegeben.

Tabelle vl

Fasern

der .fasern

kristalline Phase, Röntgenstrahlenanalyse

überflächenbe-

r eich.,,²/ R

Dichte Bröckligkeitsg/cm index

spektrographische Analyse -!rt B

bei 1ooo C
gebrannt

bei i2oo°G
gebrannt

bei 14oo°C
gebrannt

V) - oder ^-Aluminium- o,21 oxid (Kristallite

< 600 S)⁺

i^vlullit (Kristallite

< I000 S)⁺⁺

Mullit (Kristallite

5 I000 S) o,12

o,37

o,74

o,42

⁺ Ein Laue-Diagramm (von ungepulverten, parallelen fasern) zeigte das Vorhandensein von Mullit und J -Aluminiumoxid. Das Elektronenmikroskop zeigte Kristallitgrößen in dem Bereich von 60 bis 130 Ä.

⁺⁺ Das Elektronenmikroskop zeigte Kristallitgrößen in dem Bereich von I80 bis I000 Ä*.

Beispiel 4

Feuerfeste Fasern aus 74 Gew.-/6 Al₂CU, 24 Gew.-/'o SiO^, und 2 üew.->'o BpO, wurden auf folgende Weise hergestellt.

Eine wässrige Lösung von Aluminiumorrnoacetat wurde durch Zugabe von 1287,1 g "NIAC E'i'" zu 17oo jnl Wasser und Erwärmen, um dao ¹¹NIACET" zu lösen, gebild t. Die erhaltene Lösung wurde abgekühlt, und 145,5 g basisches Aluminiuruacetat( "K IAPIiOlF") wurde in die Lösung eingerührt, und dann wurde mit einem Gemisch von 43o g wässriger kolloidaler Kieselsäure "LUl)UX" LS und ι 37 g .lilcnsäurt vermischt. 111 g faissirup wurden in die erhaltene Mischung eingerührt. Das erhaltene Gemisch wurde durch ein "w/HA^iAWN"-Filterpapier Nr. 54 filtriert, bis zu einer Viskosität von 15o ooo cp (bei 21 C) konzentiiert und zentrifugiert, und das erhaltene flüssige Konzentrat wurde zu Fasern verarbeitet und dan ti zuerst in einem Drei-Zonen-Ofen und ancchließend in einem KÖhreaofen gebrannt, alles gemäß der Verfahrensweise des Beispiels 2. Bei Anwendung der dortigen Verfahrensweise wurden benutzt/: iine 130-LoCh-Spinndüse mit o,o76 inn Lochdurchmesscin, ein Extrusionndruck von etwa 7 kg/cra*", eine Schachttrockiiete/nperatur von etwa 6o C, eine maximale Vorbrennofentemperatur von etwa 9oo bis 1ooo°C ( in dei dritten Zone des Ofens), eine Ofentransportbandgeschwindigkeit von 25 cm/min und eine Köhxenofen temperatur von 35o°C.

Diese bei 85o°C gebrannten Fasern hatten, wie festgestellt wurde, einen Durchmesser von 1o bis 11 Mikrometer, einen Cberflächenbereich von o,23 m /g, eine Zugfestigkeit (2,54 cm iießlänge) von

272Ö27B

1138ο kg/cm , einen Elastizitätsmodul von 1,5 x 1o kg/cm und I
¹ einen Bröcklifkeitsindex von o,97. Die Untersuchung mit dem ρetrographischen Mikroskop (3oofache Vergrößerung) ergab, daß die Fasern sehr homogen waren und keinen wahrnehmbaren Hauteffekt zeigten, einen Brechungsindex von etwa 1,625 hatten und nach 5-bis 1o-minütigem Eintauchen in Öl kein Eindrigen von Öl beobachtet wuide. Ein - eil dieser Fasern wurde in Luft weiter bei 14oo°C für 4 Stunden gebrannt, und diese erneut gebrannten lasern hatten einen Bröckligkeitsindex von o,33.

Proben von den bei 35o°C gebrannten Fasersträngen wurden weiter \ bei Hoo und 15oo°C erhitzt, und diese erneut gebrannten Fasern !hatten die in dei Tabelle VII angegebenen Zugfestigkeiten.

	Tabelle VII	Zugfestigkeit von weiter gebrannten Fasern, kg/cm
Temperatur, bei der die Fasein weiter gebrannt wurden, 0C	Dauer des wei teren Brennens, Stunden	8 859
Hoo	1	9 491
14oo	4	1o 335
14oo	24	7 312
14oo	8o	1o 687
15oo	1	9 2io
1 ?oo	4	5 695
15oo	24	~ ++
15oo	8o

⁺Dei angegebene Wert ist ein Mittelwert von G Messungen mit einer 2,54 cm Meßprobe, wobei eine "INSTRON"-Testvorrichtung benutzt wurde.

⁺⁺Die weiter gebrannte Probe war für Messungen zu zerbrechlich.

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Proben von dem bei 85o°0 gebrauten Strang wurden zu Garn verarbeitet. Das Garn wurde verflochten, und die Geilechte wurden ia Luft von ffaurateraperatur bis 14oo°C gebrannt, und der Gewichtsverlust und der Schrumpfungsanteil wurden nach verschiedenen Zeitspannen bei 14oo°G bestimmt. Jede Ueflechtsprobe war etwa 15 cm lang und wurden durch Verflechten von 3 Längen Garn (iuit 6 bis 8 Kreuzungspunkten je 2,54 cm) von Hand hergestellt, wobei'jede Garnlänge aus 1o der bei 35o 0 gebrannten Stränge bestand. Die Ergebnisse werden in der Tabelle VIII angegeben.

Tabelle VIII

Eigenschaften von bei Hoo°J gebrannten Ceflecn·

ten

Dauer des Bren- /oGewichts- % lineare Jchruimpfung nens bei 14oo C verlust

Die in den 'Tabellen YII und VIII angegebenen '..'erte zeigen, daß auch die bei erhöhten i'einperaturen füi lan&e Zeitspannen gebrannten Fasern einen sehr geringen Gewichtsverlust und eine sehr geringe Schrumpfung hatten und ihre Festigkeit beioehielten. Libereinstimraend mit diesen Eigenschaften behielten die üeflechte eine ausreichende Biegsamkeit bei, um bei hohen Temperaturen auf Gebieten angewendet werden zu können, bei denen Biegsamkeit erforderlich ist, wie z.B. als Wärmezonenteiler oder Transportbänder

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77Z0276

I in einem Uochtemperaturbehandlungsofen.

Eine Probe des bei 35o°C gebrannten Strangs wurde zur Bildung eines einseitigen ausgerichteten Epoxyvorimprägnierten Materials benutzt,(d.h., eine Schicht paralleler Stränge wurde zwischen zwei Schichten aus wärmehäitendem Epoxynovolakharz angeordnet).

! 12 Schichten von dem Epoxy-vorimprägnierten Material wurden in einseitig ausgerichteter V/eise aufeinander angeordnet und im

! Vakuum bei 176^ou und 5,62 kg/cm für 1 Stunde zu einem Verbundmaterial wännegenärtet, das 5o,3 Volumenprozent fasern enthielt.

!Der Biegemodul des gehärteten Verbundmaterials betrug o,3 χ 1o

2 ' / 2

j kg/cii; , und die Biegefestigkeit betrug 7,8 χ 1o^ kg/crn .

Beispiel 5

Feuerfeste Fasern aus 7o,4 Gew.-% AIpO,, 27,6 Gew.-S*> SiO„ und 2 Cew.-% BpO₇ wurden folgenderweise herge&tellt.

Eine wässrige Lösung von Aluminiumformoacetat wurde durch Zugabe von 7oo g "NIACET" zu 8oo ml Wasser und Erwärmen des Gemische auf 6o°C, bis sicn c3as "HIACIiT" gelöst hatte, zubereitet. Nach

iac-m Einrühren von 11,1 g R^BO, in die erhaltene Lösung wurde diese auf 3o bis 35 ^ abgekühlt. Dann wurden 273,ο g wässrige

!kolloidale Kieselsäure ( "Lb¹ Du X" LS, jo Gew.-% SiO₀), 66 g liilchj säui t und 53,2 g Fiaissii'up zugegeben und wiederum in die Lösung eingemischt. Das erhaltene Gemisch wurde filtriert, bis zu einer Viskosität von 12o ooo cV (bei 22°C) konzentriert und zentrifugiert, und das erhaltene flüssige Konzentrat wurde zu Fasern ex-

jtrudiert und gebrannt, wie in dem Beispiel 4 angegeben ist. Unter

709846/1088

IO

Anwendung der dortigen Aibeitsweipe wurden eine 1Jo-Loch-upinn- düse mit o,p76 mm Lochdurchmessexn, ein Extrudionsdruck von etwa 7 kg/cm , eine Zuggeschwindigkeit von 56 in/min, eine maximale Vorbrennteinperatui- von 93ο⁰C (in der dritten Zone des Ofens), eine Ofentranspox ^bandgeschwindigkeit von o,3 m/min und eine Röhrenofenternperatur von 8oo°U angewendet, und der i'asei strang wurde durch den Röhrenofen mit einer linearen Geschwindigkeit von etwa 57 m/min gezogen.

Der erhaltene gebrannte Strang erschien für das unbewaffnete Auge weiß und glänzend, und die lasern sahen unter dem Stereomikroskop von 6ofacher Vergrößerung klar, transparent, farblos und ^latt aus· Die einzelnen -fasern in dein Strang hatten Durch; nest ei /on etwa 1o bis 1o,5 Mikrometer, Zugftstigkeitswerte (2,54 cai , eii- länge) von 12,2 χ 1o kg/cm und einen Elastizitätsmodul von 1,36 χ 1o kg/cm . Der Oberflächenbereich der lauern betrüg o,23 ui²/g.

Beispiel 6

Feuerfeste lasern aus b7 uew.So AIpO^, 31 Gew·-,·■'> oiü--. und 2 Gew.-^ B₀O-, wurden föl j-enderinaßtii lier.-estellt.

Eine wässrftge Lösung von Aluminiumformoacetat wurde durcu Zugabe von 1149 g "MIACi¹J" zu 15oo ml V/asser und ^rwäiiiien d^s GtmiöCiis bis zum Lösen von "IJIAGET" zubereitet. Die erhaltene Lesung wuxde auf etwa 35⁰C abgekühlt, und ^Ab,4 ι basisches Aluminiumacetat ("NIAPHOOl") wurden in die Lösung eingerührt, die dann mit 62o g wässriger kolloidaler Kieselsäure ("LUDOX" LS, 3o Gew.-)o ίϊΐ

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ORIGINAL INSPECTED

272Ü27B

die iiiit 125 £ Milchsäure angesäuert worden war, vermischt wuxde.

j loo £ I.aissirup ("KARO") wurden in das erhaltene uemisch eingerührt, das erhaltene Gemisch wurde filtriert, bis zu einer Viskosität von 7^lj ooo cP (bei 25°ύ) kötzer, lrirrt und zentrifugiert, und das erhaltene flüssige Konzentrat wurde zu Fasern extrudiert iund gebrannt, wie in dem Beispiel 4 angegeben ist. Unter Anwendung der dortigen Arbeitsweise wurden eine 13o~Loch-3pinndüee ! iiiit o,o76 ram lochdurchmessern, ein Extrusionsdruck von etwa

7 kg/crn , eine Zug^eschwindigkeit von 61 m/min, eine Schacht-I trocknertemperatur von 6o°C, eine maxiinale Vorbrennofentemperatur von 1ooo°C (in der dritten Zone des Ofens), eine Ofentransporti bandgescnwindigkeit von o, 13 in/min und eine Röhrenofentemperatur voü 85o°G benutzt, und der I'aserstrang wurde durch den Röhrenofen mit einer linearen Geschwindigkeit von 36,6 m/mixi gezogen.

Der erhaltene gebrannte Strang und die Fasern desselben sahen wie die des Beispiels 5 aus. Die Fasern hatten einen Oberflächenbe-Ireich von o,i47 m /g und einen Bröckligkeitsindex von 0,82.

Aus dem gebrannten Strang hergestellte Geflechte wurden bei l4oo°C gebrannt, und dex- Gewichtsverlust und der Sehrumpfungsanteil der Geflechte nach verschiedenen Zeitspannen bei 14oo°C wurden bestimmt, wobei die in dem Beispiel 4 beschriebene Bewertung der Geflechte benutzt wurde. Die Ergebnisse der Bewertung der Geflechte werden zusammengefaßt in der Tabelle IX angegeben.

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a"

Tabelle IX

'Eigenschaften von bei 14oo°w gebrewxiten Geflechten

Dauer des Brennens /ouewicntsverlust ^lineare Schrumpfung bei 14oo ΰ

Die Werte zeigen, daß die Fasern einen sehr geringen Gewichtsverlust und eine sehr geringe Schrumpfung hatten, wenn sie für längere Zeitspannen erhöhten Temperaturen ausgesetzt worden waren, was die Fasern für Hochtemperaturanwendungen geeignet macht.

Beispiel 7

Feurrfeste Fasern aus 99 Gew.-% 3 Al₃O,·2 SiO₂ und 1 Gew.-% BpO, wurden folgendermaßen hergestellt.

Aluminiumformoacetat (651 ο g "NIAGET", 32 Gew.-% Al₉O, äquivalent) wurde in 1o Liter heißem Wasser gelöst, und die erhaltene Lösung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Zu dieser Lösung wurden langsam 364 g basisches Alurainiumacetat ( "NIAPROOF'¹, 44,5 Gew.-% Al₂O- äquivalent) gegeben und darin gelöst. Ein Gemisch von 2675 g wässriger kolloidaler Kieselsäure ("LUDOX" LS, 3o Gew.-%

) und 654 g Milchsäure (88%ig) wurde zu der gemischten Acetatlösung gegeben, und dann wurden 527 g Maissirup zugesetzt. Die erhaltene Dispersion wurde durch ein "WHATMANN"-Filterpapier Nr.54

27202T6

; filtriert und dann in einem "ROTAVAPOK"-K.olben zu einem flüssigen

Konzentrat mit einer Viskosität von Hb ooo cP (bei 23°C) konzentriert. Das Konzentrat (das nach dem Aufbewahren bei -34°C auf Raumtemperatur erwärmt wurde) wurde dann zu Fasern extx-udiert, und die exhaltenexi ungebrannten Fasern wurden gebrannt, wie in d> η Beispiel 4 angegeben ist. Nach der dortigen Arbeitsweise wurde

ι das Konzentrat bei etwa 33⁰G aus einer 13o~Loch-Spinndüse (mit

jc_fo76 mm Lochdurchiuescern) extrudiert, und die extrudierten Fasern wurden nach unten mit einer linearen Geschwindigkeit von etwa Gi ,n/min durch einen Schachttrockner im üegenstrora au einem Luftstrom mit einer Temperatur von etwa 5o°C am oberen Ende des Schachts gezogen. Die ungebrannten Fasern wurden in Form eines Strangs an einem Punkt unter dem Schacht gesammelt, und der ! Strang wurde mit einem inerten Fluorkohlenstoff mit einem Üiedepunkt von etwa ioo°C (als "CF-75" vorn Lieferanten, Minnesota Kining and Manufacturing, bezeichnet), der mit einer kleinen Menge ('!,[> uew.-'/i) dec in de.ι Beispiel 2 verwendeten Ghlorfluorkohlen-RtoiTr ver.iiiscnr worden war, appretiert. Der ötran^ wurde auf eine π iian^poxtband wie in de,;i Beispiel 2 aufgefangen und mit eintx ueschwiiidiu.keit von etwa 13 cm/min in einen V or brennofen gefiinvt, in dem die -iaxi,..ale emperatur 87o°G war (in der dritten Lone). Scr erhaltene "endlose" feuerfeste Strang wurde dann durch ^rii-irenof on, wie in dem Beispiel 2, geführt, wo der strang

in Luft bei 93o°G weiter gebrannt wurde, während er durch diesen Ofen in gespannter Form, u_:.i Knicke zu entfernen, gezogen wurde. Der so gebiannte Strang wuide dann wie in dem Beispiel 2 appretiert und auf eine opule gewickelt.

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OWGlNAL INSPECTED

Ein Teil dee bei 93o°C gebrannten Strange wurde in Luft von
Räumtemperatür bis 1ooo°C für eine Stunde weiter gebrannt. Die Fasern dieses weiter gebrannten Strangs erschienen dem Unbewaffneten Auge weiß und glänzend, hatten einen Kohlenstoffgehalt von o,o4 Gew.-% und mittlere Durchmesser von 12 bis 15 Mikrometer und fühlten sich ziemlich stark an. Unter dem Stereomikroskop bei 6ofacher Vergrößerung sahen die bei 1ooo°C gebrannten Fasern klar, farblos und trnasparent aus.

Ein Teil der bei 1ooo°C gebrannten Fasern wurde in Luft bei
HoO⁰C für 4 Stunden weiter gebrannt. Diese.weitei gebrannten Fasern waren farblos, klar, transparent und ziemlich glänzend, Einige der bei 1ooo°C gebrannten Fasern wurden für eine Dauer von 5 bis 15 Sekunden bei 15oo°C weiter gebrannt.

Andere Eigenschaften der ober beschriebenen Fasern werden in der Tabelle X angegeben.

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————rnttrrw

Tabelle X

Eigenschaften von Fasern <

kristalline Phase, spektrosfcöpi- Oberflächen· Bröcklig* Röntgenstrahlen- sehe Analyse bereich keitsin**

Fasern analyse Gewi-% B m /κ dex

bei 1ooo°C 7- oder V-AIaO, gebrannt (Kristallite °

<6oo I) . 0,35 o₍24 Q₄)

bei HoO⁰G Hullit (Kristalli-

gebrännt te ca. 1ooo ä) o,25 — 0,22

bei 15oo°C Mullit (Kristall!- gebrannt te < 1ooo A '

⁺Die bei l5oo°G für 1o Sekunden gebrannten Pasern hatten Mullit» Kristallite von 625 bis 222o ä gemäß Elektronenmikroekopie·

Beispiel 8

feuerfeste Fasern aus 99,5 Gew.-% 3 Al₂O₅*2 SiO₃ und 0,5 Gew.-?» CiVjO, der Erfindung wurden folgendermaßen hergestellt.

Zu 2ooG g Aluininiu.nisopropylatlösung (hergestellt durch Lösen von 454 g Aluiüiniumisopropylat in einem Gemisch von 3ooo ml Wasser und 3oo ml 97-gew.-%iger Ameisensäure) wurden 23o. g "NIAOET" (äquivalent, 3p,4 uew.-'^ Al₂O₅) gegeben. Das Gemisch wurde auf 6o°'J unter Bildung einer klaren Lösung erwärmt. Die Lösung wurde auf 30⁰C abgekühlt, und 14oo g wässriges kolloidales Aluminium^ oxidsol ("NALGO" LN-133i-2ß6 mit etwa 1o Gew.-tf Al₃O₅), 367 g wässrige kolloidale Kieselsäure (¹¹LUDOX¹¹ LS, 3o Gew.-% SiO₂), 9,6 g wässrige Uhromacetatlösung (2o,4 Gew.-% Ur₂O₅ äquivalent) und 1o5 ml Milchsäure (88-gew.-56ig) wurden zu der Lösung gegeben· Die erhaltene Lösung wurde durch ein ^llV/HATMANN^w-I¹ilterpapier Nr.54 filtriert und im Vakuum bis zu einer Viskosität von etwa 75 000 cP

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ORIGINAL INSPECTED

T77027F

4*

(bei 25⁰G) konzentriert.

Das erhaltene flüssige Konsentrat wurde zentrifugiert, um Luftblasen zu entfernen, und dann nach den Verfahrensschritten des Beispiels 2 zu Fasern extrudiert, die gebrannt wurden. Zur Herstellung der Fasern wurden eine 130-Loch-Spinndüse mit o,o76 win-Lochdurchmessern, ein Extrusionsdruck von etwa 1o,6 kg/cm , eine Schachttrocknertemperatur von etwa 60 G, eine maximale Vorbrenno£entemperatür von etwa 9io°C (in der vierten Zone), eine Of entraneportbandgeschwindigkeit von etwa 31 cm/min und eine Endtemperatur in dem Röhrenofen von etwa 95o°C benutzt.

Proben von den bei 95o°G gebrannten Fasern wurden in Luft auf 1ooo°C für eine Zeitspanne von 1 3/4 Stunden weiter gebrannt und bei 1ooo°C für I/4 Stunde gehalten. Es wurde festgestellt, daß die weiter gebrannten Fasdrn einen Durchmesser von 1o bis 12 Mikrometer, einen Oberflächenbereich von I7 in /g, einen Bröckligkeitsindex von o,9o und eine Zugfestigkeit von etwa 12,3 x 1o* kg/cm (unter Benutzung einer Meßänge von 2,54 cm) hatten.

ι ■

Andere Proben der bei 95o°C gebrannten Fasern wurden in Luft bei

Temperaturen von 13oo bis 15oo°C für verschiedene Zeitspannen weiter gebrannt, und die Zugfestigkeitswerte für die weiter gebrannten Fasern wurden bestimmt. Es wurde festgestellt, daß die Fasern hohe Zugfestigkeiten von etwa 7ooo bis 1o 5oo kg/cm bei Temperaturen bis herauf zu Hoo°G (und eine erhöhte Zugfestigkeit beim Brennen bei 14oo°C für etwa 4 Stunden) hatten. Beim Brennen für längere Zeitspannen (wie z.B. 16 Stunden) bei 14oo°G und bis

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herauf zu 15oo bis 16oo°C xiahra die Zugfestigkeit ab.

Beispiele 9 fris 19

Bei jedem Versuch einer Versuchsreihe (Beispiele 9 bis 19) wurden feuerfeste Pasern aus 96 bis 99,5 Gew.-%3A1₂O,«2 SiO₂ plus kleinen Anteilen von einem Oxid bis drei Oxiden, nämlich P₂°5» ^B2°3' Cr„0, und FeJD,, folgendermaßen hergestellt.

Bei jedem Versuch wurde ein wässriges Gemisch von Aluminiumformoacetat, wässriger kolloidaler Kieselsäure, Milchsäure, Maissirup und den Vorläuferverbindungen der genannten Oxide (in Anteilen, die die entsprechenden kleinen Anteile in den feuerfesten Fasern ergeben) filtriert und in einem "ROi¹A VAPOR "-Kolben bis au einer Viskosität in dem Bereich von 22 ooo bis118 ooo cP konzentriert.

Das Al₉O₇-Vorläufermaterial in jedem Beispiel der Versuchsreihe war "UIACEt", und das SiO₂-Vorlaufermaterial war "LULOX" LS (fcuvor mit HNO, angesäuert). Das benutzte P₂0^-Vorläufermaterial war NH₄H₂PO₂, mit Ausnahme des Beispiels 3, bei dem &J?^qa verwendet wurde. Das benutzte E₀0,-Vorläufermaterial war "NIAPROOI¹". Das CrpO-2-Vorläufermaterial war CrO, (das bei Zugabe zu dem wässrigen Ausgangsmaterial Chromsäure ergab), und das Fe₀O,-Vorlaufermaterial (in dem Beispiel 18) war FeCl,·β H₂O. l,aissirup und f'ülchsäuxe wurden, wie in den vorstehenden Beispielen, ebenfalls verwendet.

Jedes flüssige Konzentrat der Versuchsreihe wurde bei Drücken in dem Bereich von 7 bis 28 kg/cm aud einer 3o-Loch-Spinndüse (mit o,i mm Lochdurchmessern) extrudiert, und die extrudierten Fasern

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wurden mit einer Geschwindigkeit von 61 bis 92 m/min nach unten gezogen und auf eine Trommel (mit einem Durchmesser von 61 cm) aufgewickelt· Ein Bündel von ungebrannten fasern wurde von der Tronmel bei jedem Versuch abgeschnitten und in Luft bei verschiedenen Temperaturen (looo C, 12oo C, 14oo C) u feuerfesten Fasern gebrannt.

Falls es nicht anders in der Tabelle XI angegeben wird, in der ftie Beispiele 9 bis 19 ^nd die erhaltenen Ergebnisse zusammengefaßt wiedergegeben werden, waren die durch Brennen nach den vorstehenden Angaben erhaltenen feuerfesten Fasern stark und biegsam und bei Betrachtung unter dem otereomikroskop klar, transparent, glänzend und glatt und hatten mittlere Durchmesser in dem Bereich von 12 bis 15 hikrometer. Die gebrannten .basern dieser Beispiele waren farblos mit Ausnahme derjenigen, die GrpO, enthielten, die eine hellgrüne i'ar'ue hatten, oder i^ve„ü, enthielten, die eine hellgoldene Farbe hatten.

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00

1o

11

12 13 U

'Tabelle Al

iaserzus^raiuensetzung, berecn- Röntgenstrahlenanalyse Gberfläehenbereich, -röckligkeitsindex

net, ü-ew.->6 μ /g

99

99

98

■ro η*, η i«„-,op 120O⁰C jjpU, orpU, ίοοο ο 1ooo°C 12oo°C HoO⁰C 1ooo°C 12oo°C Hoo°C !

99,25 ο,75·

98

99,5 o,25

0.5

a.

n-oder vorherx Mullit 0,13 y-Alpü, sehend

Mullitⁿ"

n-oder vorherr Mullit o,24 y-AlpO, sehend
S-Al₂O₃

o,25 n-oder vorherr — y-Al₂O₃ sehend

n-oder y-Al₂O₃

o,5 n-oder S-Al₂O₃ KuIlit o,23 y-Al₂O₃

0,5 o,5 n-oder

Mullit

n-oder vorherr Mullit o,13 y-AlgO, sehend

o,93

^a*

1,89 o,19

·— 0,83

^ίβ

— o,17 o,96^c# —

0,31

o,21 o,84 * o,89 o,23 *

o,97 ■·— o,4

o,24

o,98*· — o,43

Bei sp.

Faeerzuaammensetzung, net. Gew.-%

SiO2

P2O5 B2O3

Tabelle

XI (Fortsetzung)

12oo°C

•x

vorherr

HoO0G 1ooo°C 12oo°C HoO0C

•

Mullit

Bröckligkeitsindex

0000C

,93

12oo°C 1

4ooc

ί

i

15

3Al2O3-

2

berech Röntgenstrahlenanalyse Oberflächenbereich, m /κ

—

sehend

Mullit — — —

Mullit

1

o,

,95

0

,o4:

I

16

96

5

o,25 0,25

Cl2O3 1ooo°C

vorherr

KuIlit

— 5,o5 o,13 —

0

— 0

,78"

3C-

99,

2 n-oder

, sehend

Kullit o,25 ·—

L.

(O

n-oder

Mullitr

,0

L.

β»

17

1 1

J-AIpO

—

1

— 0

,42;

σ>

18m.

98

Ί

-!

— 0

• 31-

Q

93

n-oder

p92

(B

19

,25**

ο,25 ο,25

n-oder

0

0,31 0

,25"

99,

y-Al2O

o,25 n-oder

V-Al2O3

N)

^20276

• ti *

Fußnoten zur Tabelle XI

a· Bei iooo°G gebrannte Fasern hatten eine Dichte von 2,56 g/cm

b. Bei l4oo°J gebrannte Fasern waren transparent mit leichtem Schleier und hatten eine Dichte von 3,o7 g/cirr.

c. Bei 1ooo°C gebrannte Fasern hatten eine Dichte von 2,48 g/cui ♦

d. Bei Hoo°C gebrannte Fasern iiatten eine Dichte von 3,16 g/cnr,

e. Bei 12oo°C gebrannte Fasern hatten eine Zugfestigkeit von

17 bbl k^/cin'¹ (2,54-cm~keßprobe) und einen Elastizitätsmodul von 2_to7 χ Io kg/cm (1 2,7-cm-iießprobe), g.einäß Messung mit' einer "IKSTUOIi"-Testvorrichtung.

f. Die Prüfung mit dem petrographischen Mikroskop (3oofach Vergrößerung) ergab, daß die bei 1ooo°U gebrannten Fasern einen Brechungsindex von etwa 1,572 hatten und daß ein leichtes Eindringen von Öl in die Faserkerne durch die abgebrochenen Enden stattfand; und nach dem Durchtränken mit Öl mit einem. Index von 1,572 über Nacht wurde kein weiteres Öleindringen . festgestellt·

g. Die Prüfung mit dem petrographischen Mikroskop (3oofache Vergrößerung) ergab, daß die bei 14oo C gebrannten Fasern mikrokristallin und sehr homogen waren und einen Brechungsindex von etwa 1,64 hatten.

h. Ein Lauediagraram zeigte das Vorhandensein von Mullit und von

7 -Ai₂O₃.

i. Bei 14oo°G gebrannte Fasern waren transparent mit leichter

Schi ei erbildung.

j. Bei 1ooo°C gebrannte Fasern hatten eine Dichte von 2,51 g/cm · k» ^v/eil "NlAPROOF" als B₂O^-Vorläufermaterial verwendet wurde,

wurde der AlpO^-Anteil davon, dei zu dem ΑΙρΟ,-Uehalt der feuerfesten Fasern beiträgt, mit dem von ¹¹NlACM"¹ herstammenden Al₂O,-Gehalt addiert.
1· Das in dem Beispiel 13 verwendete P 2O₁--Vo rl auf er material war

H₃PO₄.

m« Das Material enthielt außerdem 1 Gew.-i^ Fe^O·*, das von FeCl,·6 HpO herstammte.

n. Die Fasern bestanden vorherrschend aus liullit (I , Ι00), enthielten aber außerdem kleine Anteile von J- oder ^-AIpO, (I_rel2 bis 5).
o· Die Fasern bestanden voiherrschend aus J- oder ^-Al₀O, (I ,I00), enthielten aber außerdem einen kleinen Anteil Kullit

< ^el⁵⁰)·

q. Die Fasern bestanden vorherrschend aus5-AlpO, (1 ,I00), enthielten aber außerdem einen kleinen Anteil Mullit (I ,2o bis 3o). '

r. Die Fasern bestanden vorherrschend aus Mullit (1 -,loo), enthielten aber außerdem einen kleinen Anteil S-AIpO, (I -,2ο).

Wie für den Fachmann ersichtlich ist, sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Modifizierungen und Änderungen möglich.

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Leerseite

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Feuerfeste üxidfasern aus Aluminiumoxid und Kieselsäure, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zusammensetzung haben, die ί 96 bis loo Gew.-io eines uemisehes oder einer chemischen 1/erbindungj von 67 bis 77 ^ewichtstcilen Aluminiumoxid und 23 bis 33 Oewichts-i teilen kieselsäure, entsprichb, und daß die fasern bruchfest sind»

   2. lasern nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die fasern eine vorherrschende polykristalline Mullitphasc enthalten, wobei die nttler^ Kristallitgröße davon über 5oo Angstrom, be stimmt durch Röntgenstrahlenbeugung nach der pulverrnethode, be-

   ?. Fasern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine kontinuierliche bzw. "endlose" Län&e

   liaben.

   4. Fasern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie transparent sind.

   ^vj . i'asern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Bröckligkeitsindex von mindestens

   o,2 η

   6ο fasern nach eintm dei vorheigehenden Ansprücne, dadurch gekennzeicrmeu, daß sie einen überflächenbereicn von weniger als

   'λ /g naberi.

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   ORIGINAL INSPECTED

   7. Fasern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Form von Garn vorliegen.

   3, Fasern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie nicht-porös sind»

   9. Fasern nach einem der vorhergehenden Ansprücne, dadurch gekennzeichnet, daß sie insgesamt bis nerauf zu 4 uew.-A- von anorganischen Zusatzoxiden enthalten, die aus der uruppe gewählt sind, die aus Glasbildner^, intermediären Glasbildnern und nicht-Glasbildnern besteht, wobei jedei ulasbildner in einen, anteil bis herauf zu 2 Gew.-/o voi'uariden ist, jeder intermediäre 'glasbildner und jedei Nicht-ulasbildner in einem Anteil weniger als 1 ^ew,-,« vorhanden sind oder in einem Anteil von I bis 2 uew.-,) vorhanden sind, vorausgesetzt, daß außerdem insgesamt o,5 bis 2 uew,-,. von den νlasbildnern vorhanden bind.

   10. Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis herauf zu 2 Gew.-/υ von sowohl Loroxid als aus Phosphorpentoxid oder von beiden Oxiden enthalten, wobei dex Kest aus einem G-emisch oder einer chemischen Verbindung von 7o bis

   75 Gewichtsteilen Aluminiumoxid und 25 bis 3o Gewichtsteilen Kieselsäure besteht.

   11. Fasern nach einem der Ansprüche ι bis 3, daduren gekennzeichnet, daß sie von o,5 bis herauf zu I Gew.-?" .Boroxid oder Phosphorpentoxid oder beide Oxide enthalten, wobei dex i.est von 99 bis 99,5 Gew.-'/u aus einem Gemisch oder einer chemischen Vex bindung von 7o bis 75 Gewichtsteilen Aluminiumoxid und 25 bis 3o Gewichts-

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   ORIGINAL INSPECTED

   teilen Kieselsäure besteht.

   12. Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch Rekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid und die kieselsäure in Anteilen von 99 Gew.-% alG 3 Λ1_?Ο^·2 SiO „ vorhanden sind und die Fasern außer- ! dEin o, ^lj Gew.-% BpO, und o,5 Gew .-/« 1'₂°5 enthalten.

   13. VerbundiuateriaJ , enthaltend eine Kunststoff-, Elastomer-, r.etali- oder Keramikmatrix und feuerfeste Oxidfasern aus Aluminiumoxid und Kieselsäure, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Zusammensetzung haben, die 96 bis 1oo Gew.-'/o von einem Gemisch oder einer chemischen Verbindung von 67 bis 77 Gewichtsteilen Aluminiumoxid und 23 bis 33 Gewichtsteilen Kieselsäure entspricht, und daß die I'asern bruchfest sind,

   14. Gewebter Stoff aus feuerfesten Oxidfasern, dadurch Rekennzeichnet, daß die Fasern in der Form von Garn vorliegen und eine Zusammensetzung haben, die 96 bis ioo Gew.-% von einem Geraisch oder einer chemischen Verbindung von 67 bis 77 Gewichtsteilen Aluminiumoxid und 23 bis 33 Gewichtsteilen Kieselsäure entspricht, und daß die Fasern bruchfest sind,

   15. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Oxidfasern unter Bildung von Fasern aus einer viskosen Flüssigkeit, die ein Kieselsäuresol und ein Aluminiumoxidvorläufermaterial enthält, und Trocknen, Auffangen und Kalzinieren der erhaltenen ungebrannten Fasern unter Bildung feuerfester Üxidfasern aus Aluminiumoxid und Kieselsäure, dadurch Reknnzeichnet» daß die Flüssigkeit äquivalente Aluminiumoxid- und Kieselsäurekonzentrationen enthält,

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   die innerhalb oder entlang der Grenzlinien A-B-C-D von der i'igur 1 der dazugehörigen Zeichnung liegen und daß das Aluminiumoxid-

   I vorlaufermaterial ein Aluminiumoxidsol oder ein wasserlösliches

   ι oder in Wasser dispergierbares organisches Aluminiumsalz ist.

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