DE3486477T2

DE3486477T2 - Hochtemperatur- und alkalibeständige, feuerfeste Faser zur Verstärkung von Zementerzeugnissen und so verstärkte Erzeugnisse

Info

Publication number: DE3486477T2
Application number: DE3486477T
Authority: DE
Inventors: Asit Ranjan Chaudhuri; Wendell Graydon Ekdahl; William Clyde Miiller
Original assignee: Morgan Crucible Co PLC
Current assignee: Morgan Advanced Materials PLC
Priority date: 1983-04-22
Filing date: 1984-04-16
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2004-04-17
Also published as: EP0144349A4; FR2544710B1; IT1177668B; AR240666A1; JPH05263319A; AU601612B2; ES8507439A1; EP0390223B1; KR860000224A; EP0390223A3; IN162782B; ATE197035T1; AU2064088A; CA1211477A; FI845077A7; IT8448083A1; DK193091A; AU577784B2; US4555492A; JPS6420323A

Description

Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung

Die meiste Entwicklungsarbeit hinsichtlich einer synthetischen anorganischen Faser, die zur Verwendung in zementartigen Verstärkungsmatrizes geeignet ist, wurde bisher auf dem Gebiet von Glas geleistet. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff "Glas" nicht nur auf die glasartige oder nichtkristalline Struktur der resultierenden Faser, sondern auch auf eine Zusammensetzung, die ein oder mehrere Flußmittel, in der Regel Alkalimetalloxide, enthält. Die Funktion dieser Flußmittel besteht in der Erniedrigung der Schmelztemperatur des diskontinuierlichen Gemisches, wodurch die Zusammensetzung durch solche Verfahren, wie kontinuierliches Ziehen und Drehspinnen (Extrusion durch die Löcher einer Tellerdüse), faserbildungsfähiger gemacht wird. Gleichzeitig schmälern diese Flußmittel in der Regel allerdings die chemische Inertheit der Faser und erniedrigen die Gebrauchstemperatur hiervon.
Anorganische Fasern, die im wesentlichen aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Zirconiumdioxid bestehen, sind allgemein bekannt. Der Artikel "Refractory Glass Fibers" von GATES und LENT in "Ceramic Bulletin", Bd. 46(2), 1967, S. 202 ff., offenbart beispielsweise Zusammensetzungen von 50% SiO&sub2;, 22,5% bzw. 27% Al&sub2;O&sub3; und 20% ZrO&sub2; zur Herstellung von "recht feinen langen Fasern, die leicht zu Fasern verarbeitbar sind, bzw. von "langen biegsamen feinen Fasern". Die US-A-3 205 079, die eher halbkristalline Keramikkörper statt Fasern betrifft, offenbart u. a. die Zusammensetzung von 55% SiO&sub2;, 20% Al&sub2;O&sub3; und 20% ZrO&sub2; als geeignet. Eine Zusammensetzung von 55% SiO&sub2;, 25% Al&sub2;O&sub3; und 20% ZrO&sub2; ist in der US-A-2 873 197 als geeignet zur Herstellung von "etwas groben Fasern" mit einem hohen Prozentsatz an langen Fasern beschrieben. Es wird festgestellt, daß in den obigen Referenzen die Schrumpfeigenschaften mit keinem Wort erwähnt werden.
Die US-A-3 904 424 offenbart Fasern, die als Hauptbestandteile SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2; und MgO enthalten. Die bevorzugten Bereiche der genannten Bestandteile sind 35 bis 50% SiO&sub2;, 25 bis 45% Al&sub2;O&sub3;, 7 bis 19% ZrO&sub2; und 3 bis 20% MgO. Es wird erwähnt, daß die Korrosionsbeständigkeit der Fasern gegen eine alkalische Substanz durch den ZrO&sub2;-Bestandteil verbessert wird. In jedem Falle soll der Aluminiumoxidgehalt jedoch unter 45% bleiben, da sonst zum Schmelzen der Bestandteile eine höhere Temperatur erforderlich wäre und die Ausbeute der Fasern vermindert werden würde.
Zirconiumdioxid (ZrO&sub2;) wurde als Hilfsstoff in Glasformulierungen als Mittel zur Verleihung von Alkalibeständigkeit breit eingesetzt. Siehe beispielsweise US-A-3 15 859 106, US-A-3 966 481, US-A-4 036 654 und US-A-4 330 628. Außerdem wird Zirconiumdioxid an sich oder als Hauptbestandteil zur Formulierung feuerfester Zusammensetzungen mit relativ hohen Gebrauchstemperaturen verwendet, s. beispielsweise US-A-2 873 197, US-A-2 919 944, US-A-3 035 929, US-A-3 754 950, US-A-3 793 041, US-A-4 053 321 und US-A-4 119 472.
Der Umfang der Erfindung wird in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
Die beanspruchten feuerfesten Fasern werden durch Aufprallen eines geschmolzenen Stroms auf die Oberflächen von zwei schnell rotierenden Spinnmaschinen formuliert. Dieses Verfahren zur Herstellung von Spinnfasern ist tatsächlich effizienter, wenn der Schmelzstrom im Bereich von 3000º F (1705ºC) vorhanden ist, was die Verwendung der oben erwähnten Flußmittel unerwünscht macht.
Eine Anzahl von Stand-der-Technik-Fasern werden von ihren Herstellern bei 1425ºC (2600ºF) bewertet. Schrumpftest-Vergleichsversuche gegenüber diesen konkurrierenden Fasern zeigen, daß die erfindungsgemäßen Fasern wärmebeständiger sind. Zusätzlich produziert diese Formulierung für die gleiche zugeführte Energie eine höhere Schmelzmenge und einen größeren Prozentsatz an gewonnener Faser pro pound geschmolzener Charge als herkömmliche feuerfeste Aluminiumoxid/Siliciumdioxid-Schmelzen.
Diese und weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung besser verständlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein triaxiales Diagramm und beschreibt die beanspruchte Formulierung der erfindungsgemäßen feuerfesten Hochtemperatur-Faserzusammensetzung; und
Fig. 2 ist eine Vergrößerung eines Teils des triaxialen Diagramms von Fig. 1 und zeigt den entsprechenden Bereich und eine Anzahl von Produktionsdurchgängen für diese Hochtemperaturformulierung.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Faserverstärkte, zementartige Produkte mit einer Calciumsilicatmatrix werden für eine Anzahl von technischen Anwendungen hergestellt, wobei Wärmebeständigkeit und Strukturfestigkeit erforderlich sind. Ein solches hochdichtes Calciumsilicatprodukt ist unter dem Warennamen MARINITE von Manville Building Materials Corporation im Handel.
Eine Verwendung für MARINITE ist die Bildung von Formen zum Gießen von geschmolzenen Metallen. Diese zementartigen Tafeln waren früher mit Amosit- Asbestfasern verstärkt (s. US-A-2 326 516 und die US-A-2 326 517). Die gesundheitlichen Probleme, sowohl real als auch imaginär, die mit Asbestfasern einhergehen, führten dazu, daß nach anderen Fasern als geeignete Ersatzstoffe als Verstärkungsfasern für Calciumsilicatmatrices geforscht wurde. Geeignete Formulierungen, wobei bis zu 40 Gew.-% Wollastonit-Fasern und bis zu 15 Gew.-% der alkalibeständigen Tafel-Glasfasern eingesetzt werden, wurden Mitte bis Ende der 70er Jahre entwickelt (s. US-A-4 111 712 und US-A-4 128 434).
Die Verwendung dieser AR-Glasfasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 12 (oder 20) Mikron machte den Einschluß von 5% organischem Fasermaterial, wie Kraftpapier, als Verarbeitungshilfe zur Verbesserung der Formbarkeit des aufgeschlämmten Gemisches, zur Verlangsamung der Entwässerung und zur Bereitstellung von Grünfestigkeit notwendig. Das Härten dieser Tafeln erfordert mitunter ein Autoklavieren (ein Dampfhärten bei 166ºC = 330ºF und 6,9 bar = 100 psi) zur Beschleunigung der Siliciumdioxid/Calciumhydroxidreaktion. Zusätzlich muß die organische Faser durch eine Wärmebehandlung bei 288ºC (550 ºF), 482ºC (900ºF) oder 593ºC (1100ºF) geglüht werden. Das käuflich erhältliche alkalibeständige (AR)-Glas, das zur Verstärkung dieser Tafeln verwendet wird, besitzt eine Formulierung von SiO&sub2;-61%, ZrO&sub2;-10,5%, Na&sub2;O-14,5%, K&sub2;O-2,5%, CaO-5%, TiO&sub2;-6,0%. Tests zeigten, daß die mit AR-Glasfasern verstärkten Tafeln nach dem Aushärten in einigen Fällen weniger als 70% ihres Moduls oder ihrer Bruchfestigkeit und/oder ihrer spezifischen Festigkeit (Bruchmodul dividiert durch das Quadrat der Dichte, MR/D²) beibehielten. Solche Ergebnisse sind Anzeichen für einen Bruch von einer der faserigen Verstärkungsbestandteile, und die weitere Analyse zeigte, daß es das AR-Glas war, das versagte. Eine chemisch beständige, hochschmelzende Faser wurde als Ersatz für das AR- Glas gesucht.
Zunächst wurden vier Zusammensetzungen (Z1-Z4) experimentell überprüft (s. Fig. 1), wobei nach einer Faser mit den gewünschten Eigenschaften gesucht wurde. Die Zusammensetzungsformulierungen wurden festgelegt, die Bestandteile in den gewünschten Anteilen einem Forschungsschmelzofen von 0,914 m (3 Fuß) Durchmesser, 0,483 m (19 in.) Tiefe zugesetzt. Die Zusammensetzungen wurden elektrisch geschmolzen, wobei der Schmelzstrom aus einer Öffnung austrat und auf ein Paar von Spinndüsen eines Durchmessers von 0,203 m (8 in.), die sich bei 12000 U/min drehten, aufprallte. Dies erzeugte Fasern, die in der Regel einen Durchmesser von 2-7 Mikron, eine Länge von 12,7 mm bis 254 mm (0,5-10 in.) (50,8-76,2 mm = 2-3 in. im Durchschnitt) aufwiesen, mit unterschiedlichem Perlengehalt (in der Regel 35-45%). Die Fasern wurden gesammelt und zur Bestimmung der Zusammensetzung analysiert, und 1-g-Proben dieser verschiedenen Fasern wurden in einer 0,1 N Lösung von NaOH 1 h erhitzt, getrocknet und zur Bestimmung des Gewichtsverlustes in Prozent gewogen. Die Ergebnisse dieser Tests sind in TABELLE 1 gezeigt. Tabelle I
Zur Bestimmung der Kandidaten mit dem besten feuerfesten Verhalten wurden mit diesen Fasern zusätzlich Wärmetests durchgeführt. Für jede der zu testenden Formulierungen wurde Bauschfaser zu einem Filz vakuumgeformt. Längen dieser Faserfilzproben wurde genau abgemessen, für eine bestimmte Zeit und eine bestimmte Temperatur in einen Schamottofen gegeben, abkühlen gelassen und anschließend erneut vermessen. Die Ergebnisse sind zusammen mit der Gießrate (oder der Faserbildungsrate), dem mittleren Faserdurchmesser und dem Perlengehalt in TABELLE II gezeigt. Diese Schrumpfungen sind geringer als für eine Produktionsdecke, da die Filzbildung einen Teil der interstitiellen, in Produktionsmaterialien auftretenden Schrumpfung beseitigt hat (d. h. diese Testproben weisen eine höhere Dichte als die normale Dichte auf). Tabelle II
* Diese Faserzusammensetzung ist in der US-A-3 449 137 offenbart und beansprucht und besitzt eine Formulierung von 40-60% Siliciumdioxid, 35-55% Aluminiumoxid und 1-8% Chromoxid. Die speziellen, in diesem Test verwendeten Fasern waren 43,5% Siliciumdioxid, 55% Aluminiumoxid und 1,5% Chromdioxid.
Die Ergebnisse dieser Tests zeigten, daß 23 das beste Wärmeverhalten und eine annehmbare Alkalibeständigkeit aufwies, während 24 die beste Alkalibeständigkeit mit einem annehmbaren Wärmeverhalten (mit Ausnahme des Wertes bei 1482ºC = 2700º F) zeigte. Es wurde bestimmt, daß zwei getrennte Familien von Fasern verfolgt werden sollten, wobei einerseits die Optimierung des Wärmeverhaltens auf der Basis der Formulierung 23 und andererseits die Optimierung der Alkalibeständigkeit in moderateren Temperaturumgebungen (< 1093ºC = 2000ºF) auf der Basis der Formulierung 24 angestrebt wurde. Diese alkalibeständigen Fasern sind nicht Teil der Erfindung. Es wurde angenommen, daß die Erhöhung von Aluminiumoxid und/oder Zirconiumdioxid in der Formulierung 23 die Feuerfestigkeit verbessern und die Erhöhung von Siliciumdioxid und/oder Zirconiumdioxid in der Formulierung 24 die Alkalibeständigkeit erhöhen würde.
Demgemäß wurde eine Familie von Fasern (B1-B7) auf der Basis der Formulierung 23 unter Verwendung des 0,914 m (3 Fuß)-Forschungsschmelzofens nach den vorstehend ausgeführten Arbeitsabläufen hergestellt. Diese Formulierungen sind in dem triaxialen Diagramm in Fig. I dargestellt. Anschließend wurden diese Fasern zur Bestimmung der Feuerfestigkeit in dem Schamottofen unterschiedlich lang einer Vielzahl von Temperaturen ausgesetzt. Die Ergebnisse dieser Tests und die Formulierungen der Fasern B1-B7 sind in TABELLE III aufgeführt. Tabelle III
Obwohl diese Tests zur Herstellung einer Faser mit ungefähr 10% Schrumpfung bei 1538ºC (2800ºF) im Gegensatz zu 50+% für 23 erfolgreich waren, führten 10 diese Tests nicht zur Bestimmung einer technisch machbaren Faser. Erstens war die Faserbildung mit allen diesen aluminiumoxidreichen Formulierungen (B1-B7) wesentlich schwieriger als mit 23. Zweitens zeigten alle diese Fasern bei Temperaturen über 1093ºC (2000ºF) ein geringes Maß an Wärmebeständigkeit. Die Fasern B1, B5 und B7 entglasten und verloren ihre faserige Natur zwischen 1093 15ºC (2000ºF) und 1316ºC (2400ºF). Ein solches Verhalten schließt ihre Verwendung als Isolierung, Hochtemperatur-Verstärkungsfaser oder für jeden anderen Industriegebrauch aus. Der Abbau der Fasern B2, B3, B4 und B6 war nicht so groß, allerdings wiesen diese Fasern lineare Schrumpfungen von 8-15% nach 260 h Exposition gegenüber 1482ºC (2700ºF) auf. Eine solche hohe Schrumpfung macht diese Fasern auch für jede technische Anwendung unakzeptabel. Zu beachten ist auch, daß jede dieser Fasern (B2, B3, B4 und B6) bei der Herstellung von Proben mit weniger als 5,0% linearer Schrumpfung für 100 h Exposition gegenüber 1482ºC (2700ºF) versagten. Zur Bewertung bei einer bestimmten Temperatur sollte eine Faserprobe dieses Typs (d. h. verfilzt) nicht mehr als eine lineare Schrumpfung von 5% nach 100 h Wärmeeinwirkung aufweisen. Dies gewährleistet, daß eine bestimmte Faser keine unakzeptablen Schrumpfniveaus erfährt (d. h. über 12%), wenn sie während ihrer Lebensdauer wiederholt auf ihre Gebrauchstemperatur erhitzt wird. Werden die Faserproben während eines normalen Produktionsablaufes gesammelt und zu einer Decke vernadelt, statt zu einem Filz verpreßt zu werden, entsprechen die bei diesem Typ von Test auftretenden Schrumpfungen eher den maximalen, während des Gebrauchs erwünschten Schrumpfungen.
Es wurden Herstellungsversuche für verschiedene Formulierungschemien durchgeführt, um zu bestimmen, mit welchen Formulierungen 1) sich gut Fasern bilden ließen, 2) Fasern mit annehmbaren Schrumpfungsniveaus erzeugt wurden und 3) Produktionsergebnisse erzielt werden konnten, die denjenigen vergleichbar waren, die in dem Testschmelzofen erzielt wurden. Während dieser Produktionsdurchgänge wurden die Vorteile dieser Zirconiumdioxidformulierungen offenbar. In einem stabilisierten Schmelzofen der gleichen Konfiguration, die bisher für Siliciumdioxid/Aluminiumoxidschmelzen verwendet wurde (sowohl Hänge- als auch Standelektrode), erzeugte die Zirconiumdioxidformulierung für denselben Energieeinsatz höhere Gießraten und wesentlich bessere Prozentgehalte von gewonnener Faser pro pound geschmolzener Charge (d. h. geringerer Perlengehalt und weniger Deckenabfall).
Proben dieser verschiedenen Deckenformulierungen wurden auf die Chemie analysiert und wie vorstehend auf die Schrumpfung getestet. Der Betrag der linearen Schrumpfung ist ein Zeit/Temperatur-Phänomen. Demgemäß wurden die Proben, obwohl diese Faser wahrscheinlich zur Verwendung in dem Bereich von 1400 bis 1455ºC (2550-2650ºF) beabsichtigt ist, für 4 h in einen Ofen bei 1482ºC (2700º F) eingebracht, um 1) die Tests unter Verminderung der erforderlichen Zeit zu beschleunigen und 2) zu gewährleisten, daß die Decke einer begrenzten Exposition gegenüber Temperaturspitzen über den zur Verwendung empfohlenen Temperaturen ohne katastrophales Versagen standhalten konnte. Die Ergebnisse dieser Tests sind in TABELLE IIIA aufgeführt. Tabelle IIIA
Für diese Tests wird ein annehmbares Schrumpfungsniveau als 11,5% festgelegt. Obgleich dies vielleicht als ungewöhnlich hohes Schrumpfungsniveau erscheint, sollte daran erinnert werden, daß der Schrumpfungsbetrag durch Exposition dieser Proben gegenüber einer Temperatur von 1432ºC (= 2700ºF), die ihre empfohlene Betriebstemperatur (1399-1454ºC = 2550-2650ºF) übersteigt, absichtlich erhöht wurde. Zweitens, findet sich ein großer Teil der unter Verwendung dieser Formulierung hergestellten Decke in Isolationsmodulen des in der US-A-4 001 996 beschriebenen Typs. In einer solchen Modul-Konfiguration erfährt die Decke weniger Schrumpfung, da nur ein kleiner Teil ihrer Oberfläche den Ofen- Innentemperaturen ausgesetzt ist. Außerdem wird ein Hauptteil eines jeden Spaltes, der sich als Ergebnis einer solchen Schrumpfung bilden könnte, bei Expansion der komprimierten Module ausgefüllt.
Aus Tabelle IIIA geht hervor, daß die Formulierungen, die Fasern mit einem annehmbaren Schrumpfungsniveau produzieren, die folgenden Zusammensetzungen aufweisen: SiO&sub2; im Bereich von 46,0 bis 52%, Al&sub2;O&sub3; im Bereich von 32 bis 38% und ZrO&sub2; im Bereich von 13 bis 18% (sämtliche Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht). Als weitere Einschränkung bei dieser Familie von Formulierungen erscheint das Verhältnis von Siliciumdioxid zu Zirconiumdioxid wesentlich und sollte 3,8 nicht überschreiten. Nach TABELLE III weist das SiO&sub2;/ZrO&sub2;- Verhältnis für den definierten Zirconiumdioxidbereich (13-18%) ein Minimum von 2,6 auf Innerhalb dieser Familie ist eine mehr bevorzugte Formulierung (bezüglich der Schrumpfungen) 46,4 bis 50,1% SiO&sub2;, 32 bis 37,3% Al&sub2;O&sub3;, 15 bis 18 25% ZrO&sub2;, und ein SiO&sub2;-zu-ZrO&sub2;-Verhältnis liegt zwischen 2,6 und 3,32.
Die Ergebnisse aus TABELLE IIIA sind in Fig. 1 graphisch dargestellt, wobei die Familie der Formulierungen mit durchgezogener Linie gezeigt ist. Fig. 2 ist eine Vergrößerung eines Teils des triaxialen Diagramms von Fig. 1 (als punktierte Linie gezeigt), um die aufgetragenen Formulierungen deutlicher sichtbar zu machen. Auch in der vergrößerten Ansicht von Fig. 2 lagen zwei Punkte (Proben 13 und 19) zu nahe an den anderen Formulierungen, um als distinkt getrennte Punkte aufgetragen zu werden.
Sowohl die Faser in der Bauschform als auch in der Decke ist bis 1426ºC (2600ºF) brauchbar. Um diese Faser mit einer anderen, bei 1426ºC (2600ºF) bewerteten Faser zu vergleichen, wurden Deckenproben aus der offenbarten Faser (mit einer Formulierung von 49,7% SiO&sub2;, 34,7% Al&sub2;O&sub3; und 15,0% ZrO&sub2;) in parallelen Ofentests auf die Schrumpfung gegenüber 1) einer käuflich erhältlichen feuerfesten Faserdecke mit der Formulierung Al&sub2;O&sub3;-54%, SiO&sub2;-46%; b) einer feuerfesten käuflich erhältlichen Faserdecke, die eine Wärmebehandlung erfahren hat (d. h. vorgeschrumpft wurde) und eine Zusammensetzung von 51% Aluminiumoxid, 49% Siliciumdioxid aufweist und c) einer käuflich erhältlichen feuerfesten Faserdecke mit der Formulierung SiO&sub2;-51,6%, Al&sub2;O&sub3;-47,7%, wobei die Decke anschließend eine Oberflächenbehandlung mit 1/2% Chromoxid erfahren hat, getestet.
Streifen dieser vier Deckenproben wurden auf die Schrumpfung in einer wie in den vorhergehenden Tests durchgeführten Weise getestet. Abgemessene Deckenlängen wurden bei 1400ºC (2550ºF) in einen Ofen gegeben und nach jeweils 25, 50 und 75 h erneut gemessen, wobei die Schrumpfung in Prozent durch Division der Längenänderung durch die ursprüngliche Länge und durch Multiplikation mit 100 berechnet wurde. Aufgrund des relativ geringen Betrags der Schrumpfungsänderung zwischen den Messungen bei 50 und 75 h wurden die anschließenden Tests bei 1426ºC (2600ºF) und 1482ºC (2700ºF) nur bis 50 h laufen gelassen. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle IIIB aufgeführt. Tabelle IIIB
Diese Tests zeigen die Überlegenheit der offenbarten Faser gegenüber den drei anderen käuflich erhältlichen Fasern. In Verbindung mit den Schwierigkeiten der Faserbildung bei einer aluminiumoxidreichen Zusammensetzung, den Problemen, die mit der Chromdioxidbehandlung einhergehen, den zuvor genannten Verbesserungen in der Gießrate und der Fasergewinnungsrate im Vergleich zu anderen Siliciumdioxid/Aluminiumoxidschmelzen ist die erfindungsgemäße Hochtemperaturformulierung anderen bekannten feuerfesten Faserzusammensetzungen deutlich überlegen.
Eine Produktionsfaser, P1 auf der Basis von Z3, wurde in einem Schmelzofen von voller Größe hergestellt. Die Zusammensetzung wich etwas von der Z3- Formulierung ab, um zu bestimmen, welchen Einfluß diese Zusammensetzungsänderungen auf die Fasermerkmale ausüben könnten. 3243,2 kg (7150 pounds) der Faser P1 wurden mit einer geplanten Formulierung von 49% SiO&sub2;, 37% Al&sub2;O&sub3; und 14% ZrO&sub2; hergestellt.
Die Schmelze wurde in einem oben offenen Schmelzofen mit Hängelektrode, allgemein des in der US-Patentschrift Nr. 3 983 309 beschriebenen Typs, hergestellt. P1 weist einen Liquiduspunkt von 1760ºC (3200ºF) auf und wurde bei einer mittleren Schmelzgeschwindigkeit von 491,2 kg/h (1083 lb/h) unter Anwendung einer Energie von 800 kW, die eine Stromtemperatur von 1843ºC (3350ºF) erzeugte, zu Fasern verarbeitet. Während die tatsächliche Faserzusammensetzung für P1 beträchtlich von der geplanten Formulierung abwich, zeigte die Analyse, daß ein Teil der hergestellten Faser die folgende Zusammensetzung aufwies: 49,2 % SiO&sub2;, 36,5% Al&sub2;O&sub3; und 13,6% ZrO&sub2;. Diese Formulierung schneidet bei einem Vergleich mit der ursprünglichen Z3-Faser mit einer 50,1/34,6/15,0- Zusammensetzung günstig ab. Diese beiden Formulierungen zeigten nur eine Abweichung von 0,9/1,9/1,4% voneinander, jedoch schwankte die lineare Schrumpfung für die P1-Proben von 7,0 bis 9,6 nach nur 24 h Exposition gegenüber 1482ºC (2700ºF). Dies legt nahe, daß die Formulierung 23 recht sorgfältig kontrolliert werden muß (± 1%), um eine akzeptable 1482ºC (2700º F)-Faser herzustellen.
Beim Formulieren dieser verschiedenen Zusammensetzungen ist die Verwendung von Bestandteilen notwendig, die einen bestimmten Reinheitsgrad aufweisen. Natürlich würde der Einschluß von CaO oder MgO in die Formulierung 23 einen nachteiligen Einfluß auf das Hochtemperaturverhalten dieser Faser ausüben. In der Tat müssen, um das Hochtemperaturverhalten dieser Faser zu gewährleisten, Verunreinigungskonzentrationen, insbesondere für Alkalimetalloxide und Erdalkalimetalloxide bei oder unter Konzentrationen gehalten werden, die normalerweise für feuerfeste Hochtemperatur-Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Fasern erwünscht sind.
Geeignete Chargenbestandteile umfassen Zirconsand (-325 mesh-Pulver), erhältlich von Continental Minerals als 582 W. S. Zircon, ein gemahlenes 200-mesh- Siliciumdioxid, erhältlich von Wedron Silica Company, und jede Anzahl von 200- mesh-Aluminiumoxiden, beispielsweise normales Aluminiumoxid in Soda-Alaun- Qualität, wie die Qualität C1, erhältlich von Kaiser Corporation, oder die Qualität A-1, erhältlich von Aluminium Company of America.
Verschiedene Änderungen, Alternativen und Modifikationen gehen nach dem Lesen der vorhergehenden Spezifikation hervor. Beispielsweise wird davon ausgegangen, daß die Zugabe von bis zu 2,5% Chromdioxid zu der Formulierung 23 zur Verbesserung der Feuerfestigkeit hilfreich sein. Außerdem kann, obwohl nur eine Faserbildungstechnik diskutiert worden ist, diese hochschmelzende Faser unter Anwendung jedes technischen Verfahrens, wie beispielsweise Blasen, geformt werden. Demnach ist beabsichtigt, daß alle derartigen Änderungen, Alternativen und Modifkationen, wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen, als Teil der Erfindung betrachtet werden.

Claims

1. Feuerfeste Hochtemperaturglasfaser, wobei die Faser in Massen- oder Mantelform einen vorzüglichen Schrumpfwiderstand von weniger als 11,5 % zeigt, wenn sie Temperaturen bis zu 1482ºC (2700ºF) für etwa vier Stunden ausgesetzt wird, wobei die feuerfeste Faser eine Zusammensetzung aufweist, die, in Gewichtsprozent ausgedrückt, aus:

SiO&sub2; 46-52%

Al&sub2;O&sub3; 32-38%

ZrO&sub2; 13-18%

besteht und ein Verhältnis von Silicumdioxid zu Zirconiumdioxid im Bereich von 2,6 bis 3,8 aufweist, jedoch nicht die Zusammensetzung:

SiO&sub2; 50%

Al&sub2;O&sub3; 35%

ZrO&sub2; 15%.

einschließt.

2. Feuerfeste Hochtemperaturglasfaser nach Anspruch 1, die, in Gewichtsprozent ausgedrückt, aus:

SiO&sub2; 46,4-50,1%

Al&sub2;O&sub3; 32,0-37,3%

ZrO&sub2; 15,0-18,0%

besteht und ein Verhältnis von SiO&sub2; zu ZrO&sub2; zwischen 2,6 und 3,32 aufweist.