DE3021097A1

DE3021097A1 - Einleger zum abstuetzen eines keramikkerns waehrend des brennens und vorrichtung zum brennen von keramikkernen

Info

Publication number: DE3021097A1
Application number: DE19803021097
Authority: DE
Inventors: Marcus Preston Brorom; Frederic Joseph Klug; Wayne David Pasco
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1981-01-08
Also published as: JPS567979A; GB2051324A; IT8022563A0; FR2458776A1; FR2458776B1; US4219328A; JPS6357716B2; JPH0331671B2; GB2051324B; JPH01126277A; IT1131271B; NL8003320A; BE883650A

Description

Einleger zum Abstützen eines Keramikkerns während des Brennens und Vorrichtung zum Brennen von Keramikkernen

Die Erfindung bezieht sich auf das Brennen von Kernen aus Graphit/Aluminiumoxid-Gemischen niedriger Dichte und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Verbessern des Brennens der Kerne. Aluminiumoxidkerne, die durch ein Verfahren hergestellt werden, bei welchem ein Materialgemisch aus Aluminiumoxid und einem Gemisch aus einem Reaktionsmittel und einem flüchtigen Füllstoff verwendet wird, erfordern eine besondere Behandlung während des Brennens, damit eine Deformation der Kerne verhindert wird. Die Kerne werden als Kerne des Typs Graphit/Aluminiumoxid niedriger Dichte (LDGA) bezeichnet. Die Verarbeitung dieser Kerne aus Graphit/Aluminiumoxid niedriger Dichte erfordert,

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daß den möglichen chemischen Reaktionen, die in dem Aluminium-Sauerstoff-Kohlenstoff-System während des Brennens der Kerne auftreten können, besondere Aufmerksamkeit gev/idmet wird. Es ist festgestellt worden, daß die Anfangsreaktion, die während des Brennens der Kerne stattfindet, durch folgende Formel ausgedrückt wird:

^2A12°3(s) ^{+ 3C}(s) -*^A14°4^C(_S) ^{+ 2C0}(g)

Nachdem die obige Reaktion stattgefunden hat, beginnt der Partialdruck von Kohlenmonoxid, P_ro/ abzunehmen, und die Al.O.C-Phase verschwindet durch eine chemische Reaktion, die bislang noch nicht verstanden wird. Das Verschwinden der Al₄O₄C-Phase kann nur stattfinden, wenn gilt P üü,O98 bar (0.1 atmosphere). Das ist der Grund dafür, daß es wichtig ist, daß der Strom des umgebenden Ofenyases um den Kern während des Brennens so gleichmäßig wie möglich ist.

Bislang hat die Mikrogefügeuntersuchung der Querschnitte von gebrannten Kernen ausgeprägtere Dichtegradienten an den der Ofenatmosphäre ausgesetzten Kernoberflächen als an Kernoberflächen, die mit dem Kerneinleger in Kontakt sind, ergeben. Die Untersuchung und die daraus gezogenen Schlüsse zeigen, daß das Al„0-Gas, das durch die Zersetzung von Äl.O.C gebildet wird, kondensiert und Al~0, vorzugsweise auf den freiliegenden Kernoberflächen bildet. Infolgedessen werden die Kerne während des Brennprozesses deformiert.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte Vorrichtung zum Abstützen von Graphit/Aluminiumoxid-Kernen niedriger Dichte während des Brennens zu schaffen.

Weiter soll durch die Erfindung eine neue und verbesserte Vorrichtung zum Brennen von Graphit/Aluminiumoxid-Kernen niedriger Dichte geschaffen werden, in der eine gute turbulente Gasströmung über im wesentlichen sämtlichen Ober-

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flächen des Kernes erzielt wird.

Gemäß der Erfindung wird ein Einleger zum Abstützen eines Keramikkerns während des Brennens geschaffen. Der Einleger besteht aus einem. Keramikmaterial· und hat vorzugsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der mit dem des Materials des Kerns übereinstimmt oder diesem nahekommt. Der Körper hat zwei entgegengesetzte Hauptflächen, bei denen es sich um seine obere bzw. seine untere Fläche handelt, und zwei entgegengesetzte Stirnflächen. Ein Loch erstreckt sich von einer Stirnfläche aus vollständig durch den Einleger.

Die obere Fläche des Einlegers ist so ausgebildet, daß sie mit einer profilierten Fläche eines Keramikkerns übereinstimmt, der darauf wihrend des Brennens des Kerns abzustützen ist. Eine erste Anzahl von gegenseitigen Abstand aufweisenden Nuten ist in der oberen Fläche gebildet. Die Abstand voneinander aufweisenden Nuten sind jeweils im wesentlichen rechtwinkelig zu der Längsachse des Loches ausgerichtet. Die gegenseitigen Abstand aufweisenden Nuten erstrecken sich jeweils bis in eine ausreichende Tiefe, damit ein Teil derselben das Loch schneiden kann.

Eine zweite Anzahl von gegenseitigen Abstand aufweisenden Nuten ist in der oberen Fläche gebildet und erstreckt sich eine Strecke weit in den Körper, die kleiner als die Dicke des Körpers ist. Die gegenseitigen Abstand aufweisenden Nuten schneiden jeweils wenigstens eine der ersten Anzahl von Nuten und sind jeweils im wesentlichen rechtwinkelig zu der Nut, die sie schneiden, ausgerichtet. Jede Nut ist außerdem parallel zu der Längsachse des Einlegers ausgerichtet. Vorzugsweise ist von der zweiten Anzahl von Nuten keine Nut tief genug, um das Loch des Einlegers zu schneiden.

Eine Retorte zum Brennen eines Kerns auf dem Einleger wird vorzugsweise aus Molybdän hergestellt. Die Retorte ist ein Gehäuse, das eine Gaseinlaß- und eine Gasauslaßeinrichtung hat. Ein Gasverteiler ist mit der Gaseinlaßein-

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richtung verbunden. Eine erste Anzahl von rohrförmigen Teilen richtet einen Teil des Einlaßgasstroms in einem auf dem Einleger angeordneten Kern stromabwärts. Eine zweite.Anzahl von rohrförmigen Teilen bildet eine Einrichtung zum Hindurchleiten eines anderen Teils des Einlaßgasstroms durch das Loch jedes in der Retorte angeordneten Einlegers. Der Gasstrom durch das Loch ergibt eine Ansaugwirkung, und das Gas aus der ersten rohrförmigen Einrichtung wird veranlaßt, stromabwärts um und durch das poröse Gebilde des Kerns in die Nuten und in das Loch zu strömen, um das Entfernen von gasförmigen Produkten, insbesondere von der auf dem Einleger ruhenden Seite des Kerns, zu verbessern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ein

legers,

Fig. 2 ..■;-" den Einleger in Draufsicht,

Fig. 3 eine Querschnittansicht des Einlegers in

der Schnittebene 3-3 von Fig. 2,

Fig. 4 eine vergrößerte Draufsicht auf den Ein-

^T leger,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Einle

gers in einer Retorte und

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Retorte.

Die Fig. 1, 2, 3 und 4 zeigen einen Kerneinleger 10, der

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zum Brennen von Graphit/Aluminiumoxid-Kernen niedriger Dichte benutzt wird. Die obere Fläche 12 des Einlegers 10 ist so gestaltet, daß sie mit der Kontur der Oberfläche des zum Brennen auf den Einleger 10 gelegten Kerns übereinstimmt. Das Material des Einlegers 10 hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der mit dem des darauf gebrannten Kerns eng übereinstimmt. Vorzugsweise ist das Material das gleiche wie das des Kerns nach dem Brennen, um eine Wärmeausdehnungsdifferenz zu minimieren. In diesem Fall ist das Material des Einlegers 10 Tonerde, d.h. Aluminiumoxid.

Eine Wand 14 begrenzt ein Loch, das sich über die gesamte Länge des Kerneinlegers 10 von einer Stirnfläche 16 zu der anderen Stirnfläche 18 erstreckt. Die Achse des Loches ist zu der Längsachse sowohl des Einlegers 10 als auch eines Kerns, der durch die Fläche 12 des Einlegers abgestützt wird, im wesentlichen parallel.

Mehrere 'Paare von Wänden 20 und 22 begrenzen eine Anzahl von ersten Nuten, die im wesentlichen rechtwinkelig zu der Wand 14 und zu der Längsachse des Einlegers 10 ausgerichtet sind. Die ersten Nuten schneiden das Loch und bilden einen Weg für eine Gasströmung zu und aus dem Loch. Mehrere Wände 24 und 26 begrenzen eine Anzahl von zweiten Nuten, die zu der Längsachse des Einlegers 10 und des Loches im wesentlichen parallel ausgerichtet sind. Die zweiten Nuten schneiden die ersten Nuten, nicht aber das Loch.

Gemäß den Fig. 5 und 6 wird der Einleger 10 mit einem darauf angeordneten Kern (nicht gezeigt) in einem Kasten oder einer Retorte 28 angeordnet, die aus einem Material, wie beispielsweise Molybdän oder Wolfram, besteht, das Tem-

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peraturen von etwa 1800 C für Zeitspannen von 4 h oder mehr in den erwarteten Ofenatmosphären aushält. Eine Gasverteilungseinrichtung 30 ist in dem Kasten 28 vorgesehen, um das Gas, das die Brennatmosphäre bildet, in einer bevorzugten Weise zu verteilen.

Die Gasverteilungseinrichtung 30 umfaßt ein Jinlaßrohr 32 zum Einleiten des Gases aus einer Gasquelle 34 in einen innerhalb des Kastens 2 8 angeordneten Verteiler 36. Stattdessen kann der Verteiler 36 außerhalb des Kastens 2 8 angeordnet sein. Wenigstens ein erstes Verteilungsrohr 38 ist mit dem Verteiler 36 verbunden und in die Lochöffnung in einem der beiden Enden 16 oder 18 des Einlegers 10 eingeführt. Ein zweites und ein drittes Verteilungsrohr 40 bzw. 42, die am Ende jeweils verschlossen sind, sind jeweils mit dem Verteiler 36 verbunden und so ausgerichtet, daß sie mit Abstand oberhalb eines Längsrandes des Einle-

gers TO liegen und im wesentlichen parallel zu diesem ausgerichtet sind. Die Rohre 40 und 42 haben jeweils mehrere gegenseitigen Abstand aufweisende Öffnungen, die in Wänden 44 gebildet sind, zum Leiten des Gasstroms in den Kasten 28 und vorzugsweise zu der Oberfläche 12 des Einlegers 10 und zu dem darauf angeordneten Kern. Ein am Ende verschlossenes viertes Verteilungsrohr 46 ist vorzugsweise mit dem Verteiler 36 verbunden und so ausgerichtet, daß es oberhalb von und zwischen zwei einander benachbarten Einlegern 10 im wesentlichen parallel zu diesen liegt. In Wänden 48 sind mehrere Löcher gebildet, die den Gasstrom in den Kasten 28 und jeweils zu den Oberflächen 12 der beiden einander benachbarten Einleger 10 leiten. Wände 50 begrenzen Löcher, die den Austritt der Brennatmosphäre aus dem Kasten 28 während des Brennprozesses gestatten.

Ein Deckel 52, der vorzugsweise aus dem gleichen Material

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wie der Kasten 28 besteht, ist vorgesehen, um innerhalb der Retorte eine kontrollierte Brennatmosphäre aufrechtzuerhalten, die von der Ofenatmosphäre unabhängig ist. Der Deckel 52 und der Kasten 28 bilden eine Retorte 54 zum Brennen der Kerne auf dem Einleger 10.

Während des Prozesses des Brennens des Kerns wird das Gas, bei dem es sich beispielsweise um trockenen Wasserstoff handelt, aus der Gasquelle 34 über das Einlaßrohr 32 in den Verteiler 36 geleitet. Innerhalb des Verteilers wird das Gas veranlaßt, zum Teil durch die ersten Verteilungsrohre 38 und durch das Loch des Einlegers 10 zu strömen. Das übrige Gas aus der Quelle 34 wird aufgeteilt und veranlaßt, in im wesentlichen gleichen Anteilen durch das zweite, das dritte und das vierte Verteilungsrohr 40, 42 bzw. 46 zu strömen, aus welchen es über die Löcher ausgestoßen wird, die zu der Oberfläche 12 und zu dem darauf abgestützten und gebrannten Kern gerichtet sind.

Das andere Ende des Loches in dem Einleger ist zum Inneren des Ofens oder der Retorte 54 hin offen. Das Gas, das durch das erste Einlaßrohr 38 und jedes Loch eines Kerneinlegers strömt, dient als Ansauger für das in die geschlossene Retorte 54 über die Rohre 40, 42 und 46 eingeleitete Gas. Das Loch in dem einen Ende des Kastens 28 der Retorte 54 gestattet und drosselt das Abströmen von Gas, so daß ein Gasüberdruck in der Retorte 54 geschaffen wird.

Es wird angenommen, daß das durch das Loch jedes Kerneinlegers 10 strömende Gas als Ansauger wirkt. Der erzeugte Saugeffekt veranlaßt das zu einem durch die Fläche 12 abgestützten Kern geleitete Gas, um und durch das poröse Gebilde des Kerns, der gebrannt wird, und durch die verschiedenen Kanäle zu dem Loch des Kerneinlegers zu strömen und dadurch die gasförmigen Reaktionsprodukte wirksam ab-

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zuführen, die während des BrennVorganges aus dem Kern austreten.

Bei dsm Brennen von Graphit-Äluminiumoxld-Kernen ist es erforderlich, daß bei dem Brennvorgang die Ausbildung eines Gradienten ungleichmäßiger Dichte in der Oberfläche des Kerns verhindert wird. Die Oberflächenungleichmäßigkeit ist eine Anzeige für eine ungleichmäßige Verdichtung, die zum Reißen und übermäßigen Werfen des Kerns führen kann. Ein Strömungswiderstand, der durch Schrumpfen während des Brennvorgänges verursacht wird, muß ebenfalls verhindert werden. Das Verhindern von atmosphärischer Oxydation von Kohlenstoff vor seiner Reaktion mit Al~O_. ist ebenfalls wesentlich. Die Kontrolle der Kohlenstoffoxydation während der Verarbeitung steuert die Gesamtbrennschrumpfung, da die Schrumpfung von der Menge an für die direkte Reaktion mit Aluminiumoxid verfügbarem Kohlenstoff abhängig ist. Ungleichmäßige atmosphärische Oxydation von Kohlenstoff wird zu differentiellem Schrumpfen des Kerns führen. Das Vermeiden von ungleichmäßiger Oxydation von Kohlenstoff und dadurch hervorgerufenen unterschiedlichen Schrumpfungen wird durch die Tatsache kompliziert, daß sich die Dicke des Kerns von 0,5 mm bis «6 mm ändern kann. Die Verwendung von ultratrockenem Wasserstoff, d.h. von Wasserstoff, der <1O ppm H-O hat, minimiert die Sauerstoff quelle, z.B. H?⁰' und minimiert somit die differentielle Schrumpfung.

Der neue Aufbau des Einlegers 10 und der Retorte 5 4 ermöglicht, eine schnelle und gleichmäßige Abfuhr der Reaktionsprodukte , die aus den Reaktionen zwischen Al₂O₁, und C resultieren, zu erzielen. Das ist ein wichtiges Merkmal. Wenn die AliO.C-Phase verschwindet,.bilden sich anschliessend die Äluminiumstiboxide, entweder Al_0 oder AlO, und CO. Ein Teil der gasförmigen Aluminiumsuboxide tritt aus dem Kern aus, während ein Teil nahe der Außenoberfläche konden-

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siert und einen Dichtegradienten erzeugt, der als eine Oberflächensperrschicht dient. Wenn das den Kern umgebende Gas stillstehen sollte, steigt der Partialdruck P an und die Aluminiumsuboxide bilden sich nicht. Diese Situation kann zu einem unterschiedlichen Schrumpfen sowie zu einer unterschiedlichen Bildung des Dichtegradienten, der als Sperrschicht gegen Metalldurchdringung dient, führen. Mit dem neuen Einleger 10 und der Retorte 54 wird das Mikrogefüge des Kerns besser kontrolliert und eine Deformation wird durch Minimieren einer ungleichmäßigen atmosphärischen Oxydation von Kohlenstoff im wesentlichen eliminiert, während das Abführen der Reaktionsprodukte verbessert wird.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Lehre der Erfindung:

BEISPIEL I

Ein offenes Molybdänschiffchen wurde hergestellt, und ein Bett aus Aluminiumoxid mit einer Teilchengröße bis zu 0,85 mm (-20 mesh) wurde auf den Boden des Schiffchens gelegt. Ein Graphit-Aluminiumoxid-Kern wurde auf das Aluminiumoxidbett gelegt und weiteres Aluminiumoxid wurde um ihn herum gepackt. Eine Dicke von wenigstens 3 cm Aluminiumoxid umhüllte den Kern.

Das Schiffchen mit dem Kern wurde in eine kontrollierte Ofenatmosphäre eingebracht. Die Ofenatmosphäre war Sauerstoff mit einem Taupunkt von ungefähr -6,7 °C (+20 ⁰F).

Die Ofenatmosphäre wurde zuerst mit Stickstoff gereinigt und dann wurde die Wasserstoffatmosphäre eingeleitet. Eine Erwarmungsgeschwindigkeit von etwa 300 C/h wurde benutzt, bis 1780 ⁰C + 5 C erreicht wurden. Als die maximale Temperatur erreicht worden war, wurde der Kern für weitere zwei Stunden isothermisch erhitzt und anschließend im Ofen auf

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Raumtemperatur abgekühlt. Das Schiffchen und der Kern wurden aus dem Ofen herausgezogen und der Kern wurde zur Untersuchung aus dem Aluminiumoxid entnommen.

Eine visuelle Überprüfung zeigte, daß der Kern für den technischen Gebrauch zu deformiert war. Der Kern war gebogen und U-förmige Serpentinenabschnitte zeigten größere Schrumpfungen als Durchgangsabschnitte.In dem Entwurf des Kerns gibt es einen T-Schienenabschnitt, und der war ebenfalls deformiert.

BEISPIEL II

Ein Bindemittelsystem wurde hergestellt, das eine Paraffinbasis enthielt, welche aus 33 1/3 Gewichtsteilen jeweils der Paraffine P-21 und P-22 und Ceresin C-245 bestand, die jeweils von der Fisher Scientific, Inc. erhältlich sind. Zu 100 Gewichtsteilen der Paraffinbasis wurden 4 Gewichtstelle weißes Bienenwachs, 8 Gewichtsteile Ölsäure und 3 Gewichtsteile Aluminiumstearat hinzugefügt. Zu 100 g des Bindemittelsystems, das auf 95 C + 10 C erhitzt war, wurden zuerst 130 g 38-900 Al_0^, das bei der Norton Company gekauft wurde, hinzugefügt. Ais das 51 O, benetzt und gleichmäßig dispergiert war, wurden 570 g Alundum mit einer Teilchengröße bis zu 0,125mm (-120 mesh), das von der Norton Company gekauft wurde, zugesetzt und 10 min lang gemischt, um eine gleichmäßige Mischung zu erhalten.

Ein präzisionsbearbeitetes umgekehrtes Profilmodell des Kernes wurde benutzt, um die Profiloberfläche des AlumJ-niumoxideinlegers herzustellen. Das heiße Material wurde in die Form gegossen und etwa 30 s lancf gerüttelt, um eine gute Benetzung der Formoberflächen durch das Materialgemisch zu gewährleisten. Das Einlegergußstück wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und der Form entnommen.

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Das Einlegergußstück wurde auf ein Bett aus Vulcan-XC-72-Graphitpackungspulver gelegt, das von der Cabot Corporation gekauft wurde, wobei das Bett 2 bis 3 cm tief war. Eine ausreichende Menge desselben Graphitpulvers wurde dann auf die Oberseite des Einlegergußstückes gegossen, um eine Tiefe einer Schicht Graphitpulver von 2 bis 4 cm über dem Einleger sicherzustellen. Das Graphitpulver wurde etwas von Hand verdichtet, um einen innigen Kontakt mit dem Einleger zu erzielen.

Das mit Graphit bedeckte Einlegergußstück wurde in einen Luftumlaufofen eingebracht und mit etwa 5 C/h auf etwa 160 C 4^ 5 C erhitzt. Die erhöhte Temperatur wurde ungefähr 24 h aufrechterhalten, um zu bewirken, daß das Bindemittelsystem durch Kapillarwirkung des Graphitpulvers von dem Einlegergußstück abgezogen wird. Das Einlegergußstück wurde aus dem Ofen entnommen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Einlegergußstück wurde dann aus dem Graphitpackungspulver entnommen und loses Pulver wurde von ihm mit einem weichen Haarpinsel entfernt.

Das Einlegergußstück wurde dann in einen Ofen mit einer Luftatmosphäre eingebracht und mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 C/h auf etwa 400 ⁰C erhitzt. Die Erhitzungsgesohwindigkeit wurde dann auf etwa 5O °C/h erhöht und das Gußstück auf etwa 1500 °C + 10 °C erhitzt. Das Gußstück wurde etwa eine Stunde lang auf 1500 °C + 10 °C gehalten und dann im Ofen auf Raumtemperatur oder etwas darüber abgekühlt.

Ein entparaffinierter Graphit-Aluminiumoxid-Kern wurde auf die Oberfläche des Einlegers aufgebracht, die so gestaltet war, daß sie mit der fertiggebrannten Oberfläche des Kerns übereinstimmte. Der Kern und der Einleger wurden in einer offenen Molybdänretorte in einen Ofen mit kontrollierter

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Atmosphäre eingebracht. Das atmosphärische Gas war trockener Wasserstoff mit einem Taupunkt von ^ -73,3 ⁰C ( «> -100 ⁰F).

Der Ofen und die Retorte wurden mit Stickstoff sorgfältig gereinigt, und das Wasserstoffgas wurde dann in den Ofen und das Schiffchen eingeleitet. Das Reinigen wurde mindestens 4 h lang fortgesetzt, nachdem der lineare Anstieg des Brennzyklus begonnen hatte. Das Brennen wurde mit einer Geschwindigkeit von ~300 °C/h bis 1780 ⁰C + 5 ⁰C, wo der Kern zwei Stunden lang isothermisch erhitzt wurde, durchgeführt. Der Kern wurde im Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt und dann aus dem Ofen und dem Ofengraphitpulver zur Untersuchung entnommen.

Die visuelle Überprüfung zeigte, daß ein kleines Ausmaß an Deformation noch vorhanden war. Die geringfügige Deformation erschien als ein Aufwärtsbiegen des Kernes von dem Kerneinleger weg. Die U-förmigen Serpentinen hatten noch eine größere Schrumpfung als die Durchgangsabschnitte. Der T-Schienenabschnitt hatte nun eine leichte Einwärtskrümmung sowie eine Aufwärtsbiegung entwickelt. Die Mikrogefügeuntersuchung des Querschnittes des Kerns ergab einen ausgeprägteren Dichtegradienten auf der oberen Seite des Kerns, d.h. auf der konvexen Seite des Flügelprofilteils, die von dem Kerneinleger am weitesten entfernt ist.

Der Kern war für den technischen Gebrauch nicht akzeptabel.

BEISPIEL III

Die Prozedur des Beispiels II wurde wieder durchgeführt, mit folgenden Ausnahmen:

Das Mölybdänschiffchen wurde modifiziert, um eine bessere Gasströmung sowohl über die konvexe Seite als auch über die konkave Seite des Kerns zu schaffen. Zwei lange, am Ende geschlossene Molybdänrohre wurden so ausgerichtet, daß

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sie über die Länge des Schiffchens längs des oberen Randes desselben verliefen. Mehrere Löcher wurden in jedes Rohr gebohrt, um den aus den Löchern austretenden Gasstrom unter einem Winkel nach unten zu dem Kern zu leiten. Das gestattete einen direkten Gasaufprall auf die konvexe Seite des Kerns, um das Entfernen von Reaktionsprodukten aus dem Kern zu fördern.

Ein Sackloch wurde über der Länge des Aluminiumoxideinlegers gebohrt. Flache Einschnitte wurden in der Oberfläche, auf die der Kern aufgelegt wird, hergestellt. Die Einschnitte schnitten das gebohrte Loch. Ein Molybdänrohr, in das mehrere Löcher gebohrt waren, wurde über die gesamte Länge in das gebohrte Loch in dem Einleger eingeführt. Dieses Molybdanrohr hatte die Aufgabe, strömendes Wasserstoffgas während des Brennens an die konkave Seite des Kerns abzugeben.

Der Brennzyklus des Kerns wurde wieder entsprechend dem in dem Beispiel II angewandten Zyklus ausgeführt.

Eine Untersuchung des Kerns zeigte, daß durch Gas hervorgerufene Erosion sowohl des Einlegers als auch des Kerns an allen Stellen aufgetreten war, an denen ein Loch in dem Molybdänrohr, das in den Einleger eingeführt wurde, in unmittelbarer Nähe zu einem Einschnitt oder Schlitz in dem Einleger war.

Der Kern war für den technischen Gebrauch nicht akzeptabel.

BEISPIEL IV

Die Prozedur des Beispiels III wurde wieder durchgeführt, und zwar mit folgenden Ausnahmen:

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1) Das Loch wurde vollständig durch den Einleger hindurchgebohrt und ein neues Molybdänspeiserrohr wurde ohne Löcher und mit einer ausreichenden Länge hergestellt, um sich bloß in das gebohrte Loch des Einlegers zu erstrecken. Diese Modifizierung wurde gemacht, um einen Durchgangsgasstrom zu schaffen und eine Saugwirkung zu erzielen.

2) Eine zweite Gruppe von Sägeschnitten oder Schlitzen wurde in der Oberfläche hergestellt, die die ursprünglichen Sägeschnitte oder Schlitze unter einem Winkel von ungefähr 90 schnitt. Die Sägeschnitte oder Schlitze waren jeweils im wesentlichen parallel zu der Längsachse und zu dem gebohrten Loch des Einlegers ausgerichtet. Keiner dieser zweiten Sägeschnitte oder Schlitze in der Nähe des gebohrten Loches war jedoch tief genug, um das gebohrte Loch zu schneiden. Ein Deckel wurde für das Schiffchen vorgesehen, um ein geschlossenes Schiffchen oder eine geschlossene Retorte zu schaffen. Austrittslöcher wurden in dem zu dem Gaseinlaßende entgegengesetzten Ende der Retorte vorgesehen.

Die Überprüfung der Einzelteile nach dem Brennen zeigte, daß weder an dem Kern noch an dem Einleger eine durch Gas hervorgerufene Erosion aufgetreten war.

Weiter zeigte der auf dem modifizierten Einleger gebrannte Kern eine minimale Deformation und minimale Schrumpfungen in sämtlichen Abschnitten und erfüllte Maschinenbauanforderungen.

Der Kern war für technische Verwendungszwecke akzeptabel.

Die Abmessungen der auf dem neuen Einleger gebrannten Kerne sind so, daß das Durchgangsbohrloch in dem Einleger einen Durchmesser von 6,4 mm (1/4 inch) hat. Die Sägeschnitte oder

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Schlitze hatten einen gegenseitigen Abstand von etwa 6,4 mm (1/4 ") und waren zu den entgegengesetzten Hauptflächen des Einlegers und zu dem gebohrten Loch rechtwinkelig.

Der Wasserstoffgasstrom wird vorzugsweise so angeordnet, daß die Gesamtströmung durch das gebohrte Loch von einem oder mehreren Einlegern etwa ein Drittel der Gesamtströmung des Wasserstoffstroms durch die Retorte ist. Deshalb gehen ungefähr zwei Drittel des gesamten Wasserstoffstroms durch die erhöhten Rohre mit den geschlossenen Enden, die parallel zu und über der Längsachse des einen oder der mehreren Kerneinleger laufen. Der Wasserstoff tritt aus den Löchern der erhöhten Rohre aus und wird nach unten und um und durch den porösen Kern geleitet, wobei ein Teil des Viasserstoffes durch die Saugwirkung des Gasstroms, der durch das gebohrte Loch des Einlegers hindurchgeht, entfernt wird. Diese Gasströmungsanordnung bildet ein ausgezeichnetes Mittel zum Entfernen der Reaktionsprodukte des Kernes, die während des Brennens des Kerns auftreten.

Ausgezeichnete Ergebnisse werden erzielt, wenn Kerne in einem Ofen gebrannt werden, der eine kontrollierte Atmosphäre von strömendem Wasserstoff mit einem Taupunkt von -6,7 C (+20 F) hatte, während das in und durch die geschlossene Retorte strömende Wasserstoffgas auf einem Taupunkt von < -62,2 ⁰C ( < -80 ⁰F) gehalten wurde. Das wird durch zwei gesonderte WasserstoffVersorgungen erreicht, nämlich eine für den Ofen und eine für die geschlossene Retorte.

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Claims

Patentansprüche :

1. Einleger zum Abstützen eines Keramikkerns während des Brennens,

gekennzeichnet durch einen Körper aus Kerainikinaterial mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der etwa gleich dem eines darauf abgestützten und gebrannten Kerns ist, wobei der Körper zwei entgegengesetzte Endflächen (16, 18) und zwei entgegengesetzte Hauptflächen hat, bei denen es sich um seine obere bzw. untere Fläche handelt, durch Wände (14), die ein Loch begrenzen, das eine Längsachse hat und sich vollständig durch den Körper erstreckt und in den beiden entgegengesetzten Endflächen (16, 18) endigt,

wobei die obere Fläche (12) so gestaltet ist, daß sie einer Oberfläche eines Keramikkerns angepaßt ist, der darauf während des Brennens abzustützen Lst, durch Wände (20, 22), die eine erste Anzahl von gegenseitigen Abstand aufweisenden Nuten in der oberen Fläche be-

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grenzen,welche jeweils im wesentlichen rechtwinkelig zu der Längsachse des Loches ausgerichtet sind und sich wenigstens über eine ausreichende Tiefe von der oberen Fläche aus zu der unteren Fläche erstrecken, damit ein Teil jeder Nut wenigstens einen. Teil des Loches schneidet, und durch Wände (24, 26), die eine zweite Anzahl von gegenseitigen Abstand aufv/eisenden Nuten in der oberen Fläche begrenzen, welche sich eine Strecke weit in den Körper erstrecken, die kleiner als dessen Dicke ist, und jeweils peirallel zu der Längsachse des Loches und rechtwinkelig zu den ersten Nuten, die sie schneiden, ausgerichtet sind.

2. Einleger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Aluminiumoxid ist.

3. Einleger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten Nuten jeweils ungefähr 1,6 mm (1/16 inch) breit sind und daß die einander benachbarten Nuten jeweils ungefähr 6,4 mm (1/4 inch) voneinander entfernt sind.

4. Vorrichtung zum Brennen von Kerainikkernen, gekennzeichnet durch eine Retorte (54)

mit einer unteren Fläche,

mit zwei entgegengesetzten Seitenwänden, die an der unteren Fläche befestigt sind,

mit zwei entgegengesetzten Endwänden_r die an der unteren Fläche und an den Rändern der Seitenwände befestigt sind, •an ein Gehäuse zu bilden,

mit einer Gaseinlaßeinrichtung (30, 32), die in einer Endfläche angeordnet ist,

mit einer Gasauslaßeinrichtung (50), die in der anderen Endfläche angeordnet ist,

mit einer Verteileinrichtung (36), die mit der Gaseinlaßeinrichtung verbunden ist und das Einlaßgas im Inneren

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der Retorte verteilt,

mit einer ersten rohrförmigen Einrichtung (40, 42, 46), die an der Verteileinrichtung befestigt ist, um einen Teil des Einlaßgases nach unten auf einen ausgewählten Oberflächenbereich eines auf der unteren Fläche der Retorte angeordneten Einlegers (10) zu richten, und mit einer zweiten rohrförmigen Einrichtung (38), die an der Verteileinrichtung befestigt ist, um einen weiteren Teil des Einlaßgases durch ein Loch des Einlegers hindurchzuleiten, wobei die zweite rohrförmige Einrichtung eine Einführeinrichtung für das Einführen der zweiten rohrförmigen Einrichtung in das Loch des Einlegers hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste rohrförmige Einrichtung (40, 42, 46) mehrere •am Ende geschlossene Rohre aufweist, von denen jedes mehrere Löcher (44, 4.8) zum Leiten des Gasstroms abwärts zu der unteren Fläche der Retorte (54) aufweist, und daß die zweite rohrförmige Einrichtung (38) wenigstens zwei am Ende offene Rohre aufweist. ^:

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, . daß das Material der Wände, der unteren Fläche, jedes Endes und der rohrförmigen Teile ein Metall aufweist, bei dem es sich um Molybdän oder Wolfram handelt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch einen Deckel (52) zum völligen Verschliessen der Retorte (54).

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