DE3341524A1 - Feuerfester formkoerper aus teilstabilisiertem zirkoniumdioxid - Google Patents

Feuerfester formkoerper aus teilstabilisiertem zirkoniumdioxid

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DE3341524A1 DE19833341524 DE3341524A DE3341524A1 DE 3341524 A1 DE3341524 A1 DE 3341524A1 DE 19833341524 DE19833341524 DE 19833341524 DE 3341524 A DE3341524 A DE 3341524A DE 3341524 A1 DE3341524 A1 DE 3341524A1
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Description

PA 3227
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Formkörper aus mit bis 4 Gew.-"a CaO, MgO oder Y2O3 teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid mit 94 bis 97 Gew.-I ZrO2 und gegebenenfalls als Rest den Verunreinigungen SiO9, Al7O,, Fe7O und/oder TiO9.
Zirkoniumdioxid-Werkstoffe werden zur Herstellung von feuerfesten Formkörpern verwendet. Hierbei ist es bereits bekannt,
IQ daß dem Ausgangsmaterial Stabilisatoren in Form von Calciumoxid, Magnesiumoxid, oder Yttriumoxid zugesetzt werden können, damit die Formkörper beim anschließenden Brennvorgang bei Temperaturen zwischen 1600 0C und 2000 0C infolge ihres Ausdehnungsverhaltens weniger Risse bekommen und ihre Festigkeit weitgehend beibehalten. In "Stahl und Eisen", Band 97, 1977, Seiten 945-946, wird über das thermische Verhalten von teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid berichtet, wobei als Stabilisierungszusätze Magnesiumoxid und Calciumoxid genannt sind. In diesem Aufsatz ist ausgeführt, daß bei Gegenwart oxidischer Verunreinigungen, vor allem von Siliziumdioxid, eine EntStabilisierung bereits bei Schmelztemperaturen des Stahls einsetzen kann. Weiterhin ist hier angegeben, daß teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid eine höhere Temperaturwechselbeständigkeit als homogenes, voll stabilisiertes Zirkoniumidoxid besitzt. In einem Aufsatz in "Interceram", Nr. 2, 1982, Seiten 126-129, wird ebenfalls über den Einfluß von Verunreinigungen auf die Stabilisierung von Zirkoniumdioxid berichtet. Das Zirkoniumdioxid wurde hier mit Calciumoxid stabilisiert, hierzu wurden Verunreinigungen wie SiO3, Al3O3, Fe3O3, Na3O, K3O oder Mischungen von SiO3 und Al3O3 oder von SiO3 und Na3O oder K3O zugesetzt. In dieser Veröffentlichung ist jedoch angegeben, daß nur bei geringer SiO„-Zugabe bei niedrigen Temperaturen eine beträchtliche Erhöhung der Dichte ohne ausgeprägte EntStabilisierung erreicht wird. Ebenfalls über eine Teilstabilisierung von Zirkoniumdioxid durch Zusätze von Calciumoxid oder Magnesiumoxid wurde in "Stahl und Eisen", Band 100, 1980, Seiten 1457-1462 berichtet,
BAD ORIGINAL
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von feuerfesten Formkörpern auf Basis von teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid der angegebenen Art, welche eine noch bessere Temperaturwechselbeständigkeit besitzen.
Es wurde nun gefunden, daß bei feuerfesten Formkörpern
die Temperaturwechselbeständigkeit noch dadurch wesentlich verbessert werden kann, daß die Mengenverhältnisse der einzelnen Stabilisatoren genau eingestellt sind und bei IQ dieser Teilstabilisierung ein wesentlicher Anteil an Siliziumdioxid neben den als Stabilisator vorliegenden Bestandteilen C^O, MgO oder Y2 0 3 vorhanden ist.
Ein erfindüngsgemäßer, feuerfester Formkörper zeichnet I^ sich dadurch aus, daß er bei Stabilisierung nur mit CaO 1,0 bis 1,5 Gew.-% SiO2 oder bei Stabilisierung mit MgO, Y-O3 oder einem Gemisch von CaO und MgO 0,8 bis 1,5 Gew.-% SiO2 enthält, wobei die Gewichtsmenge an zugesetztem Stabilisator wenigstens das Zweifache der Gewichtsmenge äes vorliegenden SiO2 ist.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen beträgt die 2 Menge bei Stabilisierung mit Magnesiumoxid 1,0 bis 1,2 Gew.-%.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Eisengehalt des feuerfesten Formkörpers durch Zusatz von Eisenoxid auf 0,6 bis 0,8 Gew.-% eingestellt, wobei die zugesetzte Eisenmenge davon abhängig ist, wieviel Eisen bereits im Ausgangs-Zirkoniumdioxid als Verunreinigung vorliegt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Stabilisator ein Gemisch aus Magnesiumoxid und Calciumoxid verwendet, und zwar in einem Verhältnis von 1 : 2 bis 2:1.
üie Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele 1 bis 5 und eines außerhalb der Erfindung liegenden Beispiels 6 näher erläutert.
Als Ausgangsmaterial wurde ein natürlicher Baddeleyit mit folgender chemischer Analyse verwendet: .
ZrO2 SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 CaO Zirkoniumoxid 99"J Ö~~4Ö Ö~7T7 Ö7Ö7 O~7"22 Ö7Ö4
Dem Baddeleyit in der Körnung unter 0,063 mm wurden feinkörniges SiO2 (feingemahlenes Quarzmehl) , CaO in der Form von Calciumzirkonat (CaZrO,), MgO, Y9O, und Fe9O, zugesetzt. Unter Verwendung von 2 Gew.-% Dextrin (trocken) und 2 bis 2,5 % Wasser als Bindemittel wurden diese feinkörnigen Mischungen in einem Mischer
homogenisiert, bei einem Preßdruck von etwa 100 N/mm zu Formkörpern verpreßt, getrocknet und anschließend bei 2000 0C gebrannt. Den Aufbau der Mischungen für die Beispiele 1 bis 5 zeigt die Tabelle 1 (Angaben in Gew.-%). Die Zusammensetzung und die Eigenschaften der gebrannten Formkörper nach den Beispielen zeigt die Tabelle 2.
Tabelle 1
1 2 5 4 5
Zirkoniumdioxid -0,063 mm 100 100 100 100 100
SiO9 + 0,8 + 0,8 + 0,5 + 0,8 + 1,0
CaZrO3 +12,0 + 6,5
MgO +2,5+ 2,5 +2,0
Y2O3 + 3,5
Fe9O, +0,5+0,5+ 0,5 +0,5
Tabelle 2 3 1 2 3 4 5 6
94,6 95,3 95,7 94,7 93,9 96,7
ZrO2 1,20 1,15 0,88 1,17 1,48 0,42
SiO2 0,17 0,16 0,18 0,18 0,17 0,19
Al2O3 0,06 0,06 0,07 0,08 0,07 0,08
TiO2 0,68 0,75 0,70 0,23 0,74 0,19
Fe2O3 3,26 0,05 0,04 0,05 1,78 0,03
CaO 2,45 2,52 1,86 2,30
MgO 3,52
Y2°3 .4,75 4,95 4,90 4,93 4,91 4,76
Rohdichte g/cm -55000 36000 52000 42000 32000 90000
E-Modul N/mm2 >30 > 30 >30 > 30 >30 10
TWB (Wasser)
DIN 51068		 17000C k e ine Riß bild u η g Riß inner
halb 2 Min
Temperaturschock
Anteil Monoklin
ZrO2 Gew.-%
90
Die feuerfesten Formkörper nach Beispiel 1 wurden mit CaO, nach Beispiel 2 und 3 mit MgO, nach Beispiel 4 mit Y2O3 und nach Beispiel 5 mit einem Gemisch aus MgO und CaO teilstabilisiert. Es wurde stets SiO9 als zusätzlicher Anteil in der Mischung verwendet. Bis auf Beispiel 4 erfolgte auch ein Zusatz von Fe9O,.
Die Formkörper nach den Beispielen 1 bis 5 haben eine sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit, was durch die Werte für den Ε-Modul (errechnet aus der Ultraschall-Laufzeit), die Temperaturwechselbeständigkeit (Bestimmung nach DIN 51068, Teil 1 Wasserabschreckverfahren) und durch das Verhalten gegenüber Temperaturschock beim Einsetzen von Formkörpern (Stranggußdüse mit 60 mm äußerem Durchmesser) in einen mit 1700 C betriebenen Ofen zur Geltung kommt. Es wurde ferner festgestellt, daß bei den Formkörpern nach der Erfindung ein relativ hoher Anteil von monoklinem
BAD ORIGINAL
Baddeleyit,bezogen auf 4en Anteil der Stabilisatoren vorliegt.
Demgegenüber erreicht ein außerhalb der Erfindung liegender Formkörper nach Beispiel 6, der lediglich unter Zusatz von MgO teilstabilisiert wurde, eine niedrige Temperaturwechselbeständigkeit bei gleichzeitig hohem Ε-Modul und niedrigem Anteil von monoklinem Zirkoniumoxid.
BAD ORIGINAL

Claims (4)

PA 3227 DIDIER-WERKE AG Lessingstr.16-18 6200 Wiesbaden Feuerfester Formkörper aus teilstbilisiertem Zirkonium- dioxid Patentansprüche
1. Feuerfester Formkörper aus mit 2 bis 4 Gew.-% CaO, MgO oder Y2°3 teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid mit 94 bis 97 Gew.-% ZrO„ und gegebenenfalls als Rest den Verunreinigungen SiO«, Al3O3, Fe2°3 und/oder TiO2, dadurch gekennzeichnet, daß er bei Stabilisierung nur mit CaO 1,0 bis 1,5 Gew.-% SiO3 oder bei Stabilisierung mit MgO, Y2°3 °^er ei-nem Gemisch von CaO und MgO 0,8 bis 1,5 Gew.-% SiO2 enthält, wobei die Gewichtsmenge an zugesetztem Stabilisator wenigstens das Zweifache der Gewichtsmenge des vorliegenden SiO2 ist.
2. Feuerfester Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er bei Stabilisierung mit MgO 1,0 bis 1,2 Gew.-% SiO2 enthält.
3. Feuerfester Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei seiner Herstellung über das im Ausgangszirkoniumdioxid enthaltene Eisen sein Eisengehalt durch Zusatz von Eisenoxid auf 0,6 bis 0,8 Gew.-% eingestellt worden ist.
4. Feuerfester Formkörper nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er nr.t -. ..nem Gemisch aus MgO und CaO von 1 : Z bis 2 : 1 als Stai ilisator hergestellt worden ist.
DE19833341524 1983-11-17 1983-11-17 Feuerfester formkoerper aus teilstabilisiertem zirkoniumdioxid Granted DE3341524A1 (de)

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