DE3134739C2 - Zusammengesetzter Keramikartikel mit niedriger Wärmeausdehnung und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Zusammengesetzter Keramikartikel mit niedriger Wärmeausdehnung und Verfahren zur Herstellung desselben

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Abstract

Es wird ein Keramikartikel mit niederer Wärmeausdehnung und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht über 2,5 · 10 ↑- ↑6/ ° C im Temperaturbereich von 40 bis 800 ° C beschrieben, welcher aus einer Mehrzahl von Keramikteilen besteht, die durch Glaskeramik aus im wesentlichen 10 bis 20 Gew.% MgO, 20 bis 40 Gew.% Al ↓2O ↓3, 40 bis 60 Gew.% SiO ↓2, 0,1 bis 3 Gew.% BaO und 0,01 bis 1 Gew.% ZrO ↓2 zu einer monolithischen Struktur verbunden sind. Der erfindungsgemäße Keramikartikel weist ausgezeichnete Wärmeresistenz- und Wärmeschockresistenzeigenschaften auf und kann vorteilhafterweise als Wärmeaustauscher vom Rota tions-Regenerator-Typ und als rekuperativer Wärmeaustauscher für Gasturbinen, Rührmaschinen, industrielle Apparate und als Rotor für Turbolader verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft Keramikartikel mit niedriger Wärmeausdehnung, welche eine ausgezeichnete Wärmeresistenz und Wärmeschockresistenz aufweisen, und ein Verlahrcn zur Herstellung derselben. Insbesondere betrifft die Erlindung Keramikartikel mit niedriger Wärmeausdchnung, welche eine Mehrzahl von Keramlktellen mit hohem Schmelzpunkt und niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient umfassen, wobei diese Keramikteile durch spe7ltlsch limitierte Glaskeramik mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient in einer monolithischen Struktur gebunden werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Entsprechend dem Fortschritt der Industriellen Technik besteht in letzter Zeit ein ausgesprochen starker Bedarf an Industriellen Materialien, welche eine ausgezeichnete Wiirmcreslstenz und Würmeschockreslstenz aulweisen. Insbesondere werden Kcramlkmaierlallen mit hoher Wärnieresistenz und niederem Wärmcausdehnungskoefli/ient. wie /. B. MgO-AI.Oi-SlO:-Serlen-Materlal (C'ordleritI. MgO-AI;O, ■ TiOi-Sericn-Materlal und dergleichen, in großem Maße als Wärmeaustauscher lür Automobile und tür industrielle Apparate. Im Maschinenteil, wie z. B. als Rotor für Turbolader, und dergleichen verwendet.
Wenn z. B. das keramische Material im Wärmeaustauscher der Gasturbine für ein Automobil verwendet wird, so stellt man eine Mehrzahl von zellartig strukturierten Teilen, die aus dünnen Wänden bestehen, welche aus Cordierii-Material gebildet sind her, und diese werden unter Bildung eines zellartig strukturierten Körpers mit einem großen Durchmesser von mehr als 50 cm verbunden, auich welchen das Gas passiert. Der zeHstrukturierte Körper ist einheitlich an den Mittelteil (hub portion) oder den Randteil gebunden, welcher eine dicke massive Struktur hat, wodurch ein Wärmeaustauscher mit einer monolithischen Struktur gebildet wird.
Es ist jedoch sehr schwierig, integral, lest und gasdicht ein zellartig strukturiertes Teil und ein massiv strukturiertes Teil, die verschiedene Dicken aufweisen, miteinander zu verbinden. Das bedeutet, daß nach den üblichen Methoden zum Verbinden eines zellartig strukturierten Teils, welches aus dünnen Wänden besieht, die aus einem Material geringer Wärnieausdehnung gebildet werden, mit einem masisiv strukturierten (bulk-structured) Teil mit großer Dicke, zur Bildung einer monolithischen Struktur eine Paste, die aus dem gleichen Materal wie die zu verbindenden, geformten Gegenstände hergestellt ist, auf den ungebrannten, geformten Artikel in dem Bereich, der gebunden werden soll, aufgebracht wird, die ungebrannten, geformten Artikel zusammengesetzt werden und diese zusammengesetzten geformten Artikel gebrannt und gleichzotig zu einer monolithischen Struktur verbunden werden. Alternativ dazu wird jeder geformte Artikel im voraus unter Bildung keramischer Teile gebrannt und eine Paste, die aus dem gleichen Material wie das der keramischen Teile hergestellt wurde, wird auf die keramischen Teile in dem Bereich, der verbunden werden soll, aufgebracht, die keramischen Teile werden dann zusammengesetzt, wärmebehandelt und gebunden. Nach der ersten Methode ist es jedoch wahrscheinlich, daß sich Spalten, Risse und Leerstellen In dem Bindungsbereich bilden, was auf die unterschiedliche Schrumplung beim Brennen von geformten Artikeln verschiedener Dicke zurückzuführen Ist. Bei der letzten Methode dagegen ergibt sich beim Brennen eine Schrumpfung Im Bereich der Bindungspaste wiihrend des Bindens der keramischen Teile, wohingegen Im wesentlichen bei den keramischen Teilen beim Brennen keine Schrumpfung auftritt; daher besteht eine Neigung zur Bildung von Lücken, Rissen und Leerstellen Im Bindungsbereich. Somit besteht ein starker Bedarf, einen Keramikartikel zu entwickeln, welcher integral und fest verbundene Keramikteile umfaßt, wobei diese Keramikteile untereinander verschiedene Dicken aufweisen und aus keramischen Malerlallen bestehen, die eine ausgezeichnete Wärmeresistenz und einen niederen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Keramikartikels.
Von der Anmelderln wurden zahlreiche Untersuchungen durchgeführt, um die vorstehend beschriebenen Nachteile bekannter Keramikartikel zu überwinden und einen Keramikartikel mit niederer Wärmeausdehnung zur Verfügung zu stellen, welcher keramische Teile mit voneinander unterschiedlicher Dicke umfaßt und integral und lest durch Glaskeramiken einer spezifisch begrenzten Zusammensetzung gebunden ist. sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Ein Merkmal der vorliegenden Erlindung besteht in der Zurverfügungstellung eines zusammengesetzten ■ Keramikartlkels mit niedriger Wärmeausdehnung, wel-
eher einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht über 2.5xlO-*/°C im Temperaturbereich von 40 bis 8000C aulweist, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Keramikteilen, weiche durch Glaskeramiken aus im wesentlichen 10 bis 20 Gew.-% MgO, 20 bis 40 Gew.-% AIjO1, 40 bis 60 Gew.-% SiO-, 0,1 bis 3 Gew.-% BaO und 0,01 bis 1 Gew.-% ZrO1, zu einer monolithischen Struktur verbunden sind.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Keramikarlikeln mit niedriger Wärmeausdehnung, welches darin besteht, daß Glaspulver, welches im wesentlichen aus 10 bis 20 Gew.-% MgO, 20 bis 40 Gew.-% AI2O1, 40 bis 60 Gew.-*, SiO3, 0,1 bis 3 Gew.-% BaO und 0,01 bis 1 Gew.-'.t, ZrO3 besteht und nach der Kristallisationsbehandlung im Temperaturbereich von 40 bis 8000C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht über 2,5 χ 10 VC aufweist, auf die zu bindenden Oberflächen einer Mehrzahl von Keramikteilen mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von nicht über 2,5xIO-V'C im Temperaturbereich von 40 bis 800°C aufgebracht wird; die Keramikteile zusammengesetzt werden, das sich ergebende zusammengesetzte Gebilde auf eine Temperatur von nicht über 155O°C erwärmt wird, um das Brennen und die Krlstallisationsbehandlung des Glaspulvers zu bewirken, wobei die Kcramiktelle zu einer monolithischen Struktur verbunden werden.
Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert.
Gemäß der Erfindung wird z.B. MgO-AI2O1-SiO2-Serien-Zusammensetzung (Cordlerit), MgO-AI2O1-TlO2-Sericn-Zusammensetzung oder dergleichen mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient nach dem Brennen von 2,5 χ 10"6Z1C im Temperaturbereich von 40 bis 800° C als Material für den keramischen Teil verwendet, welcher eine ausgezeichnete Wärmeresistenz und einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist und gelrennt, z. B. zu einem wabenartig, zellmäßig strukturierten Teil geformt, welches vorzugsweise aus dünnen Wänden besteht, und zu einem zylindrisch oder prismatisch geformten massiv strukturierten Teil, mit großer Dicke, wobei ein übliches Formverfahren für Keramiken angewendet wird, wie z. B. Extrusionsformen, Preßformen oder dergleichen; das erhaltene zellartig strukturierte Teil und das massiv strukturierte Teil werden zu den entsprechenden Formen verarbeitet, wie z. B. solchen Formen, die sich zur Herstellung von Wärmeaustauschern oder dergleichen eignen, und dann gebrannt; auf den zu bindenden Bereich dieser Keramikteile wird Glaspulver aufgebracht, welches Im wesentlichen aus 10 bis 20 Gew.-<*> MgO, 20 bis 40 Gew.-% AI2O1, 40 bis 60 Gew.-% SiO2, 0,1 bis 3 Gew.-% BaO und 0,01 bis 1 Gew.-% ZrO2 besteht und nach der Kristallisationsbehandlung im Temperaturbereich von 40 bis 800° C einen Wärmeausdehnungskoeffizient von 2,5 χ 10"VC aufweist; die keramischen Teile werden zusammengesetzt; darauf wird das erhaltene zusammengesetzte Gebilde auf eine Temperatur von nicht über 1550° C erwärmt, um das Brennen und die Kristallisationsbehandlung des Glaspulvers zu bewirken, wodurch eine Mehrzahl von Keramikteilen zu einer monolithischen Struktur gebunden werden.
Gemäß der Erfindung ist es besonders wichtig. Glaspulver zu verwenden, welches durch Kristallisationsbehandlung als Glaskeramik ausgebildet wird und welches im wesentlichen aus 10 bis 20 Gcw.-"„ MgO, 20 bis 40 Gew.-1V, AI2Oi, 40 bis 60 Gew.-",, SiO2, 0,1 bis 3 Gew.-·',, BaO und 0.01 bis 1 Gew.-",, ZrO; besieht, als Bindungsagens für das gegenseitige Binden einer Mehrzahl von
Keramikteilen, wie sie vorstehend beschrieben werden. Das Glaspulver weist nach dem Kristallisieren und der Bildung von Glaskeramik einen sehr niederen Wärmeausdehnungskoeffizient von nicht über 2,SxIO-6Z0C im Temperaturbereich von 40 bis 800" C auf. Dieser Koeffizient ist der gleiche, wie ihn die Keramikteile aufweisen. Durch das Schmelzen des Glaspulvers werden die Keramikteile fest aneinandergebunden Darüber hinaus tritt bei dem Glaspulver im wesentlichen beim Brennen kein Schrumpfen auf, so daß sich keine Lücken und Risse bilden. Aufgrund der Kristallisationsbehandlung des Glaspuivers nach dem Verbinden der Keramikteile hat die sich bildende Glaskeramik im wesentlichen den gleichen niederen Wärmeausdehnungskoeffizient wie die Keramikteile, so daß ein Keramikartikel mit niederer Wärmeausdehnung und einer monolithischen Struktur sowie ausgezeichneter Wärmeresljtenz und Wärmeschockresistenz erhalten werden kann.
Gemäß der Erfindung besteht eine wesentliche Voraussetzung darin, daß das als Bindungsagens verwendete Glaspulver eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen aus 10 bis 20 Gew.-% MgO, 20 bis 40 Gew.-% Al2O1, 40 bis 60 Gew.-% SiO2, 0,1 bis 3 Gew.-% BaO und 0,01 bis 1 Gew.-% ZrO2, wie vorstehend beschrieben, besteht, und daß die Glaskeramik (glass-ceramics), welche durch die Kristallisationsbehandlung gebildet wird, einen Wärmeausdehnungskoeffizient von 2,5 χ 10-*/°C im Temperaturbereich von 40 bis 800° C besitzt. Wenn die Zusammensetzung außerhalb des vorstehend beschriebenen Bereiches liegt, so tritt keine homogene Vitrifikation ein. Auch wenn das Glaspulver vitrifiziert und dann kristallisiert wird, weisen die kristallisierten Glaskeramiken einen Wärmeausdehnungskoeffizient von über 2,5 χ 10V°C im Temperaturbereich von 40 bis 800" C auf. Aus diesem Grunde bilden sich Sprünge und Leerstellen im Bindungsbereich; eine starke Bindung kann nicht erreicht werden oder es entsteht ein Bindungsbereich, welcher eine verschlechterte Wärmeschockresistcnz aufweist.
Es ist jedoch möglich, daß das Bindungsagens Verunreinigungen Insoweit enthält, als der Wärmeausdehnungskoeffizient nicht den vorstehend genannten Wert übersteigt. So kann z. B. das Bindungsagens CaO, TiO2, Fe2O., K2O, Na2O, MoO1, B2O,, CuO und dergleichen in einer Menge von nicht mehr als 10% enthalten. Die Wirkung von BaO und ZrO2, welche als wesentliche Komponenten gemäß der Erfindung verwendet werden, besteht in der Kembildung zur Kristallisation:. BaO und ZrO2 sind wesentlich zum Ablagern kleiner Kristalle mit einem niederen Wärmeausdehnungskoeffizient.
Als Material für Keramikteile mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von nicht über 2,5 χ 10 VT im Temperaturbereich von 40 bis 800" C wird vorzugsweise Cordierit verwendet, welcher im wesentlichen aus MgO-AI2Oi-SiO2 besteht, und Zusammensetzungen, welche im wesentlichen aus MgO-Al2Oi-TiO., MgO-AI2Oi-TiO2-Fe2Oi oder MgO-AI2O1-TlO2-SlO.-Fe2Oi bestehen. Alle diese Zusammensetzungen weisen einen hohen Schmelzpunkt von nicht unter 1400"C und einen sehr niederen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf; sie sind daher ausgezeichnet in ihrer Warmeresistenz und In ihrer Wärmeschockresistenz.
Diese Materialien können Verunreinigungen insoweit enthalten, als die Wärmeresistenz und die Wärmeschockrcsistenz des gebildeten Kcramikartikels nicht verschlechtert werden. So kann 7. B. die MgO-AI2O, SiO.-Serien-Zusammensetzung Verbindungen wie ZrO.-, B-Oi, P2(X, BaO. CaO. Fe2O,, TiO... MoO,. Na-O, K2O und
dergleichen in einer Gesamtmenge von nicht über 10% enthalten. Die MgO-Al2O,-TiOj-Serien-,
Mg0-AI;0(-Ti0j-Fe:0,-Serien- und die
MgO-AliO,-TiO:-SiO:-Fe.O,-Serien-Zusammensetzun gen können ebenso andere Verbindungen als die Hauptkomponente in einer Menge von nicht über 10% enthalten.
Unter den zu verbindenden Keramikteilen umfassen gemäß der Erfindung die zellartig strukturellen Teile mit dünnen Wänden z. B. Bauteile, welche den Durchgang/üereich für Gas im Wärmeaustauscher vom Regeneratortyp, im rekuperativen Wärmeaustauscher oder im Rotor für Turbolader darstellen und aus dünnen Wänden mit einer Dickt- von nicht mehr als 2 mm bestehen und eine große Zahl von Öffnungen bilden, die sich vom einen zum anderen Ende erstrecken und eine beliebige Querschnittsform aufweisen, wie z. B. die Form eines Dreiecks, eines Quadrates, eines Sechseckes, eines Kreises oder einer Kombination derselben. Die massiv strukturierten Teile mit großer Dicke umlassen Bauteile, welche eine Dicke von mindestens dem dreifachen der Dicke der dünnen Wände der zellstrukturierten Teile aufweisen, z. B. der Mittelbereich oder Randbereich eines Wärmeaustauschers vom Regeneratortyp, der abschließende Flanschbereich eines rekuperativen Wärmeaustauschers und die verstärkende Schicht für die dünne Wand im äußeren peripheren Bereich desselben, der tragende Bereich im Zentrum des Rotors eines Turboladers und dergleichen.
Die Bedingungen, unter welchen das Brennen und das Kristallisieren des Glaspulvers unter Bildung von Glaskeramik durchgeführt wird, variieren in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und Teilchengröße des Glaspulvers. Ein Erwärmen auf eine Temperatur von über 1550 C führt jedoch zu starkem Schmelzen des Glases und erniedrigt dessen Viskosität, das Glas läuft ab (is flowed out) und eine starke Bindung kann nicht bewirkt werden. Aus diesem Grunde wird das Erwärmen zum Brennen und Kristallisieren des Glaspulvers vorzugsweise bei einer Temperatur von nicht über 15503C durchgeführt. Die Wärmebehandlung zum Brennen und Kristallisieren kann in zwei Schritten durchgeführt werden, wobei die Keramikteile durch das Schmelzen des Glaspulvers miteinander verbunden werden und dann die Kristallisation des Glaspulvers bewirkt wird. Alternativ kann das Schmelzen und Kristallisieren des Glaspulvers gleichzeitig in einem Brennschritt durchgeführt werden, ohne daß separat davon eine KriSiallisationsbehandlung erfolgt.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne diese zu beschränken.
Beispiel I
Cordierit-Ausgangsmaterial wird zu keramischen Segmenten, welche aus dreieckigen Zellen mit einer Höhe (pitch) von 1,4 mm bestehen und eine Wanddicke von 0,12 mm aufweisen, durch Strangpressen geformt. Die keramischen Segmente werden 5 Stunden lang bei 1400 C gebrannt und auf diese Weise 35 Stück Matrixsegmente von 130x 180x 70 mm hergestellt. Die Matrixsegmente werden provisorisch zusammengesetzt; der äußere periphere Bereich dieser Zusammensetzung wurde teilweise bearbeitet, so daß die Segmente einen Wärmeaustauscher vom Rotatlons-Regenerator-Typ darstellen und nach dem Verbinden eine monolithische Struktur aufweisen würden. Getrennt davon wurde ein Mittelstück aus dem gleichen Cordlerit-Ausgangsmuterial und mit einer Dicke von ca. 2 cm in radialer Richtung, so daß es in den zentralen Bereich des Wärmeaustauschers eingepaßt weiden konnte, aus dem gleichen Ausgangsmaterial, wie die zellartig strukturierten Matrixsegmente hergestellt und bei 1400" C 5 Stunden lang ί gebrannt. Die vorstehend erhaltenen Follow-Matrix-Segmente wurden miteinander verbunden und das zusammengesetzte Gebilde, das aus Matrixsegmenten und dem im Zentrümsbereich des Matrixsegment-Gebildes angeordneten Kernelement (hub portion) gebildet wird, werden miteinander verbunden, wobei ein Wärmeaustauscher vom Rotations-Rcgenerator-Typ mit einer monolithischen Struktur auf die folgende Weise entsteht. Glaspulver, welches aus 14 Gew.-1O MgO, 32 Gew.-11,, Al2O,, 52 Gew.-",, SiO:. 1,5 Gew.-% BaO, 0,3 Gew.-«,, is ZrO; und 0,2 Gew.-1O einer Gesamtmenge an Fe-Oi, TiO:, CaO. K;O, Na2O, MoO1 und B2O1 besteht und einen Wärmeausdehnungskoeffizient von l,8xl(H/"C im Temperaturbereich von 40 bis 80O5 C nach Kristallisation aufweist, wurde im Bindungsbereich zwischen den -" Foilow-Matrixsegmenten und zwischen der Matrixsegment-Gebilde und dem Kernelement aufgebracht, die vorstehend beschriebenen keramischen Teile wurden zusammengesetzt, das zusammengesetzte Gebilde wurde bei 1400" C 3 Stunden lang gebrannt, um die keramisehen Teile gegenseitig zu binden; dann wurde als Kristalli^ationsbehandlung eine Stunde lang auf 1Ί50 C gehalten, um den Wärmeaustauscher vom Rotations-Regenerator-Typ mit einer monolithischen Struktur herzustellen. Es traten dabei keinerlei Defekte, wie Lücken, JO Risse, Leerstellen und dergleichen weder im Bindungsbereich der Follow-Matrixsegmente, noch im Bindungsbereich des Matrixsegment-Gebildes und des Kernelementes auf. Bei einem Würmeschockresistenztest, wobei der Wärmeaustauscher 30 Minuten lang in einen elektri-■!■> sehen Ofen, der auf einer bestimmten Temperatur gehalten wurde, gestellt und dann aus dem Ölen genommen und in einem Raum abgekühlt wurde, bildeten sich bei einer Temperaturdilferenz von 700° C Sprünge im Matrixsegroent-Bereich. Es traten bei dieser Temperaiurdif-•»o ferenz keinerlei Sprünge in den Bindungsbereichen auf.
Beispiel 2
Eine Charge mit einer chemischen Zusammensetzung von 4,5 Gew.-% MgO, 37,5 Gew.-% AI2O1, 50,5 Gew.-%
-ti TiO2, 2,0 Gew.-% SlO2 und 5,5 Gew.-9t, Fe2O1 wurde durch Strangpressen zu keramischen Segmenten geformt, welche aus quadratischen Zellen mit einer Höhe (pitch) von 6 mm und einer Wanddicke von 1 mm bestanden. Die keramischen Segmente wurden 3 Stunden lang bei
w 1500"C gebrannt und auf diese Weise 25 Stück an Matrixsegmenten von 20Ox 200 χ 200 mm hergestellt. Die Matrixsegmente wurden provisorisch zusammengesetzt und der äußere periphere Bereich des Matrixsegment-Gebildes wurde einer Bearbeitung auf 950 mm 0 unterworfen, so daß die Segmente einen Wärmeaustauscher vom Rotations-Regenerator-Typ mit einer nach dem Verbinden monolithischen Struktur bilden würden. Getrennt davon wurde ein Randbereich mit einer Dicke von ca. 25 mm in radialer Richtung, so daß er an dem
ba äußeren peripheren Bereich des vorstehend beschriebenen Wärmeaustauschers angepaßt werden konnte, aus dem gleichen MgO-AI2O,-TlO2-SiO2-Fe;O,-Serien-Ausgangsmaterial wie lür die zellartig strukturierten Matrixelemente hergestellt, so daß der Randbereich dem äußc-
h) ren peripheren Bereich des vorstehend erhaltenen Wärmeaustauschers angepaßt werden konnte, und dieser 3 Stunden lang bei 1000 C gebrannt. Die erhaltenen Matrixsecmente und der Randbereich wiesen einen WiIr-
ineausdehnungskoclHzienien von 1,2 χ K) '7 C im Temperaturbereich von 40 bis 800 C auf. Die vorstehend erhaltenen Follow-Matrixsegmente wurden miteinander verbunden und dann wurde das zusammengesetzte Gebilde, welches aus den Matrixsegmenten und dem im äußeren peripheren Bereich des Matrixsegment-Gebildes angebrachten Randbercich gebildci wurde, miteinander unter Bildung eines Wärmeaustauschers vom Rotations-Regenerator-Typ mit einer monolithischen Struktur auf die folgende Weise verbunden. Glaspulver, bestehend aus 12 Gew.-",, MgO, 35 Gew.-",, ΛΙ;Ο,, 49 Gew.-",, SiO.., 2,5 Gew.-",, BaO, 0.5 Gew.-",, ZrO., und 1.0 Gew.-",, der Gesamtmenge an Fe2O1, TlO2, CaO, K2O, Na2O, B2O, und dergleichen, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1,3 χ !OV'C im Temperaturbereich von 40 bis 800" C nach Kristallisation, wurde auf den Bindungsbereich zwischen den Follow-Mairixsegmenten und dem Bindungsbereich zwischen der Matrixsegment-Zusammenseizung und dem Randbereich aufgebracht, die vorstehend beschriebenen Keramikteile wurden zusammengesetzt, das resultierende Gebilde wurde 3 Stunden lang bei 1450° C gebrannt um die KeramikteUe gegenseitig zu binden. Das Gebilde wurde dann einer kristallisationsbehandlung des Glaspulvers unter lolgenden Bedingungen L:-.tcrworfen: eine halbe Stunde lang bei 300 C, 1 Stunde lang bei 800 C und I Stunde lang bei 1200' C, wobei ein Wiirmeausiauscher vom Rotatlops-Regenerator-Typ zur Wiedergewinnung industrieller Abwärme erhalten wurde. Dieser Wärmeaustauscher hatte eine monolithische Struktur, bestehend aus dem Matrixleil und dem versUirkenden Randteil und wies eine Dimension von 1000 mim ·χ 200 mmIl auf.
Der erhaltene Wärmeaustauscher wies keine Mängel, wie Lücken, Leerstellen und dergleichen, im Bindungsbereich zwischen den Follow-Matrixsegmenten, im Matrixbereich des zellstrukturierten Teils und im Bindungsbereich zwischen dem Matrixbereich und dem Randbereich des massiv strukturierten Teils auf; der Matrixbereich und der Randbereich waren lest zu einer monolithischen Struktur verbunden.
Beispie! 3
Die Oxidzusammensetzung von Glaspulver gemäß der Erfindung, mit welcher bei gleicher Anwendung, wie es In den Beispielen 1 und 2 beschrieben Ist, gute Ergebnisse erhalten wurden, und die Zusammensetzung eines Glaspulvers zum Vergleich, welche Sprünge Im Bindungsbereich und andere nachteilige Ergebnisse zeigte, sind In der lolgenden Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle
Probe Nr. SiO2 MgO Glaskeramiken gemäß t 3 der Erfindung 5 6 7 8 Vergleichs-
Glaskeramiken		 10 11
zusammen- AhO3 BaO 1 44,4 47,7 4 56,8 56,8 47,9 57,1 9 34,5 36,3
Oxid setzung
(Gew.-o/o)		 ZrO2 39,8 37,7 37,2 48,9 22,3 28,9 31,0 25,9 55,5 39,0 30,8
Fe2O3 36,9 14,5 10,5 29,5 18,0 10,6 9,8 14,6 20,8 17,3 11,9
TiO2 18,0 1,0 2,0 18,4 0,2 1,5 2,5 0,4 13,9 0,2 4,0
CaO 2,8 0,05 0,30 1,0 1,0 0,30 0,80 0,03 0,5 3,00 2,0
K2O
Na2O		 0,02 0,02 0,30
B2O3
MoO3
CuO 2,35 2,30 1,7 1,90 8,00 1,97 6,00 15,00
α* (XlO-V0C) 2,48 2,18 9,00
2,0 1,9 2,4 2,0 2,2 2,1 6,0
2,4 2,1 C O
J,O
*) α stellt den Wärmeausdehnungskoeffizienten dar, welcher nach Kristallisation im lemperalurbereich von 40 bis 8000C bestimmt wurde.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Keramikartikel mit niederer Wärmeausdehnung gemäß der Erfindung, te welcher aus einer Mehrzahl von Keramikteilen gebildet wird, welche durch Glaskeramiken mit einer spezifisch definierten chemischen Zusammensetzung einheitlich verbunden werden, keine Mängel, wie Sprünge, Risse, Leerstellen und dergleichen, im Bindungsbereich auf. Auch in den Fällen, wo der Keramikartikel aus Keramikteilen unterschiedlicher Dicke gebildet wird, zeigen die Glaskeramiken einen außerordentlichen Effekt. Darüber hinaus weist der keramische Artikel eine monolithische Struktur mit einem niederen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Aus diesem Grunde besitzt der keramische Artikel eine ausgezeichnete Wärmeresistenz und Wärmeschockresistenz und erweist sich in der Industrie als Wärmeaustauscher vom Rotations-Regenerator-Typ und als rekuperativer Austauscher für Gasturbinen, Rührmaschinen, industrielle Apparate und dergleichen, sowie als Rotor für Turbolader und dergleichen als besonders nützlich.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Zusammengesetzter Keramikartikel mit niedriger Wärmeausdehnung, welcher im Temperaturbereich von 40 bis 800: C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht über 2,SxIU-11ZC aufweist, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Keramikteilen, welche durch Glaskeramik, die im wesentlichen aus 10 bis 20 Gew.-'fe MgO, 20 bis 40 Gew.-",, AIjO1, 40 bis 60 Gew.-% SiO^, 0,1 bis 3 Gew.-1V, BaO und 0,01 bis 1 Gew.-'\. ZrO? besteht, zu einer monolithischen Struktur verbunden sind.
2. Keramikartikel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Mehrzahl von Keramikteilen aus massiv strukturierten Teilen großer Dicke und der Rest aus zellartig strukturierten Teilen mit dünnen Wänden besieht.
3. Verfahren zur Herstellung von Keramikartikeln mit niedriger Würmeausdehnung, gekennzeichnet durch Aulbringen von Glaspulver, welches im wesentlichen aus 10 bis 20 Gew.-'Y. MgO, 20 bis 40 Gew.-% AhO,, 40 bis 60 Gew.-'\, SiO;, 0,1 bis 3 Gew.-'\, BaO und 0,01 bis 1 Gew.-'v, ZrO2 besteht, und im Temperaturbereich von 40 bis 800' C nach der Kristallisationsbehandlung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht über 2,5 xl(H/C aufweist, auf die zu bindenden Oberllächen einer Mehrzahl von Keramiktcilen, welche im Temperaturbereich von 40 bis 800 C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht über 2,5 χ 10 <7 C besitzen; Zusammensetzen der Keramikteile; Erwärmen des zusammengesetzten Gebildes aul eine Temperatur von nicht über 1550 C, um das Brennen und die Kristalllsationsbchandlung des Glaspulvers zu bewirken, wobei die keramischen Teile in einer monolithischen Struktur gebunden werden.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Mehrzahl an Keraniikteilen aus massiv strukturierten Teilen großer Dicke und der Rest aus zellarlig strukturierten Teilen mit dünnen Wänden besieht.
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