DE2911582C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sintergefäß und ein Verfah­ ren zu seiner Herstellung.

Werkstücke aus beta-alkalischem Aluminiumoxid werden vielfach in elektrochemischen Zellen wie z. B. Natrium-Schwefelzellen als Festkörperelektrolyt verwendet. Ein Verfahren zur Herstel­ lung derartiger Werkstücke wurde in der FR-PS 77 21 440 be­ schrieben. Nach diesem Verfahren wird zuerst eine gute Mi­ schung aus Aluminiumoxidpulver und Natriumkarbonat herge­ stellt, worauf man diese Mischung in einem offenen Tiegel er­ hitzt und anschließend wieder frei abkühlen läßt. Danach wird das erhaltene Pulver gemahlen und schließlich werden die ge­ wünschten Werkstücke ausgeformt und gesintert. Die Sinterung erfolgt in einem Gefäß, das aus einem hitzebeständigen Mate­ rial wie z. B. Beton besteht und mindestens teilweise aus sei­ ner Innenfläche mit einer Schicht aus beta-alkalischem Alu­ miniumoxid der im wesentlichen gleichen Zusammensetzung wie die Werkstücke versehen ist, so daß während des Sinterns in der unmittelbaren Umgebung der Werkstücke eine an Natrium reiche Atmosphäre entsteht, wobei das Sintern zwischen 1600 und 1700°C während einer Zeitdauer zwischen 30 Minuten und vier Stunden erfolgt.

Aus der DE 26 10 874 A1 ist ein Sintergefäß bekannt, das an jeder seiner Stirnseiten eine mit Natriumkarbonat gefüllte Aussparung aufweist. Auf diese Weise wird während des Sinterns eine an Natrium reiche Atmosphäre in dem Gefäß geschaffen.

Aus der DE 27 07 107 A1 ist weiter ein Sintergefäß bekannt, das aus einem Außenrohr und einem damit verklebten Innenrohr besteht. Die Materialien der beiden Rohre sind so gewählt, daß sie auch bei hohen Temperaturen nicht miteinander reagie­ ren. Weiter wird das Innenrohr von einem gesinterten β′′-Alu­ miniumoxidrohr gebildet. In einem solchen Sintergefäß ergibt sich zwar während des Sinterns eine an Natrium reiche Atmos­ phäre, jedoch zu Lasten des Sintergefäßes, das nach wenigen Sinterzyklen unbrauchbar wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von diesem Stand der Technik ein Sintergefäß anzugeben, bei dem die Natriumverluste während des Sinterns verringert werden, derart, daß mit den erfindungsgemäßen Sintergefäßen eine erhöhte Lebensdauer er­ reicht wird.

Diese Aufgabe wird durch das Sintergefäß gemäß Anspruch 1 gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Hilfe der Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Sinterge­ fäß.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Gefäß gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt eines weiteren erfindungsge­ mäßen Sintergefäßes.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch das Gefäß gemäß Fig. 3.

Zuerst wird eine gründliche Mischung von Alpha- oder Gamma- Aluminiumoxid und Natriumkarbonat in solchen Verhältnissen hergestellt, daß ein Beta-Aluminiumoxid der Formel x Al₂O₃, Na₂O entsteht, bei dem der Wert x zwischen 5 und 11 liegt.

Diese Mischung wird in einen offenen Tiegel gegeben, so daß die Reaktion in offener Atmosphäre erfolgen kann. Nun wird der Tiegel in einen Ofen geschoben und auf eine Temperatur zwischen 1150 und 1300°C, beispielsweise auf eine Temperatur von 1200°C erhitzt, und zwar während einer Dauer von 1 bis 5 Stunden.

Danach läßt man den Tiegel frei abkühlen. Das Beta- Natrium-Aluminiumoxyd wird dann während etwa 2 Stunden zerrieben, worauf die Werkstücke, insbesondere Rohre, ausgeformt werden. Zum Ausformen verwendet man die Technik der Elektrophorese oder eine isostatische Kompression.

Die nachfolgende Sinterung der Werkstücke geschieht in einem Sintergefäß, das in Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Die Werkstücke 1 werden in ein Gefäß gebracht, das aus einer oberen und einer unteren Platte 3 bzw. 4 und einem rohrförmigen Zwischen­ teil 2 aus hitzebeständigem Material besteht. Der Zwischenteil besteht aus mehreren Ringen 2₁, 2 ₂, . . . 2 _i , die leicht austausch­ bar sind und übereinander gestapelt werden. Das Zwischenteil 2 kann aber auch aus einem Stück bestehen.

Die Ringe werden auf folgende Art und Weise hergestellt:

Zuerst wird in wäßriger Umgebung eine Mischung aus drei Bestandteilen erzeugt, und zwar einer Schamotte aus Beta-Aluminium­ oxyd, die durch Schmelzen und Brechen in Körner der Größe 0,5 bis 5 mm entsteht, einem Zement oder Binder aus Beta-Aluminium­ oxyd, der ausgehend von einer Mischung von Alpha-Aluminiumoxyd und Natriumkarbonat bei einer Temperatur von etwa 1200°C durch Reaktion in der festen Phase erhalten wird und eine Korngröße von etwa 10 µm besitzt, und schließlich aus einem Natrium­ salz wie z. B. einem Oxyd oder Karbonat, das eine Natriumatmos­ phäre im Inneren des Sintergefäßes erzeugt und die eventuellen Natriumverluste der Werkstücke während des Sinterns ausgleicht.

Beispielsweise sind diese Bestandteile Schamotte- Zement-Natriumsalz (Na₂CO₃) in folgenden Verhältnissen vor­ handen: 75 zu 20 zu 5.

Nach ihrer Mischung formt man die Ringe aus und heizt sie auf 80°C, damit der Zement abbindet. Schließlich werden die Ringe bei etwa 1200°C gebrannt.

Auf gleiche Weise werden die unteren und oberen Platten 3 und 4 geformt, so daß schließlich durch Stapeln das Gefäß gemäß Fig. 1 entsteht, in das die Werkstücke 1 eines neben dem anderen hineingestellt werden. Nun erfolgt die Sinterung bei einer Temperatur von 1650°C während 1 ¹/₂ Stunden, wobei die Zeitdauer zwischen 30 Minuten und 4 Stunden variiert werden kann und die Temperatur zwischen 1600 und 1700°C. Die Anstiegszeit­ dauer der Temperatur liegt in der Größenordnung von 3 Stunden. Nach dem Sintern läßt man den Ofen frei abkühlen.

Man stellt nun ein Schrumpfen der Werkstücke in ihrer Dimension von etwa 15% fest.

In den Fig. 3 und 4 ist für gleichartige Werkstücke 1 ein modifiziertes Sintergefäß gezeigt, das zwischen einer obe­ ren Platte 13 und einer unteren Platte 14 einen rohrförmigen, aus mehreren Ringen 12 ₁, 12 ₂, . . . 12 _i bestehenden Körper 12 aufweist, deren Abmessungen und Stapelart wie im vorhergehenden Fall ge­ wählt ist, die jedoch auf ihrer Innenseite eine Schicht 15 aus hitzebeständigem Material der gleichen Zusammensetzung besitzt wie das Material des in Fig. 1 gezeigten Gefäßes, während der eigentliche Körper diese Ringe und Platten aus hitzebeständigem Beton besteht, der durch Gießen, uniaxiale Kompression und Fest­ stampfen hergestellt worden ist, insbesondere im Falle von Gefäßen großer Abmessung.

Die Beschichtung erfolgt durch Feststampfen einer feuchten Phase.

Folgende Angaben beziehen sich auf ein praktisches Ausführungsbeispiel: Das Sintergefäß besitzt eine Höhe von 55 cm und einen Außendurchmesser von 25 cm. Sein Innenvolumen von etwa 20 dm³ eignet sich zur gleichzeitigen Sinterung von dreißig rohrförmigen Werkstücken 1 einer Höhe von 51 cm und eines Außen­ durchmessers von 3,5 cm. Die Anzahl der Ringe 12 aus beschich­ tetem Beton ist mit 10 gewählt. Die Schicht 15 auf der Innen­ fläche des Betons hat eine Dicke von etwa 7 mm.

Falls nach einer größeren Anzahl von Sintervorgängen die gebildete Natriumatmosphäre nicht mehr ausreicht, dann werden die Ringelemente 2 ₁, 2 ₂, . . . 2 _i zermahlen und erneut mit einem Natriumsalz gemischt, wodurch der unvermeidliche Verlust an Natrium über eine gewisse Anzahl von Sintervorgängen hinweg ausgeglichen wird. Die verbrauchten Gefäße werden also mit nur geringen Kosten für neue Sintergefäße aufgearbeitet.

Claims (6)

1. Sintergefäß für die Sinterung von Werkstücken aus alkali­ scher β-Tonerde, wobei das Gefäß zumindest auf seiner Innen­ seite ein Schamotte-Material des gleichen Typs wie die zu sin­ ternden Werkstücke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die­ ses Material mit einem Zement oder Binder sowie Natriumsalz gemischt vorliegt.

2. Sintergefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement oder Binder Natrium-β-Tonerde ist.

3. Sintergefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintergefäß ganz aus diesem hitzbeständigen Material be­ steht.

4. Sintergefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß aus Beton besteht und auf seiner Innenfläche mit einer Schicht aus dem hitzebeständigen Material versehen ist.

5. Sintergefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gewichtsanteile der drei Bestandteile Schamotte, Zement und Natriumsalz sich wie 75 zu 20 zu 5 ver­ halten.

6. Verfahren zur Herstellung eines Sintergefäßes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alkalische β-Tonerde geschmolzen und in einer Korngröße von etwa 0,5 mm zerbrochen wird, daß α-Tonerde und Natriumkarbonat bei einer Temperatur von etwa 1200°C in fester Phase zur Reaktion ge­ bracht werden, wobei dieser Zement eine Korngröße von etwa 10 µm aufweist, daß die β-Tonerde und der Zement dann mitein­ ander unter Zugabe von Natriumsalz gemischt werden, vorzugs­ weise in wäßrigem Milieu, daß die Mischung dann gestampft, geformt, bei etwa 80°C gebacken und schließlich bei 1200°C gebrannt wird.